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monocapa autoensamblada

Las monocapas autoensambladas ( SAM ) son ensamblajes de moléculas orgánicas que se forman espontáneamente en superficies por adsorción y se organizan en dominios más o menos di...

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Las monocapas autoensambladas ( SAM ) son ensamblajes de moléculas orgánicas que se forman espontáneamente en superficies por adsorción y se organizan en dominios más o menos distintos (grupo de cabeza, cadena/esqueleto y cola/grupo terminal). [ 1 ] [ 2 ] En algunos casos, las moléculas que forman la monocapa no interactúan fuertemente con el sustrato. Este es el caso de las porfirinas en HOPG [ 3 ] y las redes supramoleculares bidimensionales [ 4 ] de PTCDA en oro . [ 5 ] En otros casos, el grupo de cabeza tiene una fuerte afinidad por el sustrato y ancla la molécula. [ 6 ] Dicha SAM que consta de un grupo de cabeza, una cadena (etiquetada como "cola") y un grupo terminal funcional se muestra en la Figura 1. Los grupos de cabeza comunes incluyen tioles , silanos y fosfonatos .

Figura 1. Representación de una estructura SAM

Las SAM se crean mediante la quimisorción de grupos de cabeza sobre un sustrato desde la fase de vapor o líquida [ 7 ] [ 8 ] seguida de una organización más lenta de "grupos de cola". [ 9 ] Inicialmente, a baja densidad molecular en la superficie, las moléculas adsorbidas forman una masa desordenada de moléculas o una "fase horizontal" bidimensional ordenada. [ 7 ] A mayor cobertura molecular, los adsorbidos pueden comenzar a formar estructuras tridimensionales cristalinas o semicristalinas en la superficie del sustrato durante un período de minutos a horas. [ 10 ] Los grupos de cabeza se ensamblan en el sustrato, mientras que los grupos de cola se ensamblan lejos del sustrato. Se nuclean y crecen áreas de moléculas compactas hasta que la superficie del sustrato está cubierta por una sola monocapa.

Las moléculas adsorbidas se adsorben fácilmente porque reducen la energía libre superficial del sustrato [ 1 ] y son estables debido a la fuerte quimisorción de los grupos de cabeza. Estos enlaces crean monocapas que son más estables que los enlaces fisisorbidos de las películas de Langmuir-Blodgett . [ 11 ] [ 12 ] Por ejemplo, el grupo de cabeza triclorosilano de una molécula de FDTS reacciona con un grupo hidroxilo en un sustrato para formar un enlace covalente muy estable [R-Si-O-sustrato] con una energía de 452 kJ/mol. Los enlaces tiol-metal son del orden de 100 kJ/mol, lo que los hace bastante estables en una variedad de temperaturas, disolventes y potenciales. [ 10 ] Las monocapas se empaquetan de forma compacta debido a las interacciones de van der Waals , [ 1 ] [ 12 ] reduciendo así su propia energía libre. [ 1 ] La adsorción puede describirse mediante la isoterma de adsorción de Langmuir si se desprecian las interacciones laterales. Si no se pueden despreciar, la adsorción se describe mejor mediante la isoterma de Frumkin . [ 10 ]

Tipos

La selección del tipo de grupo de cabeza depende de la aplicación de la SAM. [ 1 ] Típicamente, los grupos de cabeza están conectados a una cadena molecular en la que el extremo terminal puede ser funcionalizado (es decir, agregando grupos –OH, –NH2, –COOH o –SH) para variar las propiedades de humectación e interfaciales. [ 11 ] [ 13 ] Se elige un sustrato apropiado para reaccionar con el grupo de cabeza. Los sustratos pueden ser superficies planas, como silicio y metales, o superficies curvas, como nanopartículas. Los alcanotioles son las moléculas más comúnmente utilizadas para SAMs. Los alcanotioles son moléculas con una cadena alquílica, cadena (CC)ⁿ, como esqueleto, un grupo de cola y un grupo de cabeza SH. Otros tipos de moléculas interesantes incluyen tioles aromáticos, de interés en electrónica molecular , en los que la cadena de alcano es (parcialmente) reemplazada por anillos aromáticos. Un ejemplo es el ditio 1,4-bencenodimetanotiol (SHCH₂C₆H₄CH₂SH ) . El interés en estos ditioles surge de la posibilidad de unir los dos extremos de azufre a contactos metálicos, lo que se utilizó por primera vez en mediciones de conducción molecular. [ 14 ] Los tioles se utilizan frecuentemente en sustratos de metales nobles debido a la fuerte afinidad del azufre por estos metales. La interacción azufre-oro es semicovalente y tiene una fuerza de aproximadamente 45 kcal/mol. Además, el oro es un material inerte y biocompatible que es fácil de obtener. También es fácil de modelar mediante litografía, una característica útil para aplicaciones en sistemas nanoelectromecánicos (NEMS). [ 1 ] Adicionalmente, puede soportar tratamientos de limpieza química agresivos. [ 10 ] Recientemente, otros SAM de calcogenuros: seleniuros y telururos han atraído la atención [ 15 ] [ 16 ] en la búsqueda de diferentes características de enlace a sustratos que afectan las características del SAM y que podrían ser de interés en algunas aplicaciones como la electrónica molecular. Los silanos se utilizan generalmente en superficies de óxidos no metálicos; [ 1 ] sin embargo, las monocapas formadas a partir de enlaces covalentes entre silicio y carbono u oxígeno no pueden considerarse autoensambladas porque no se forman de forma reversible. Las monocapas autoensambladas de tiolatos sobre metales nobles son un caso especial porque los enlaces metal-metal se vuelven reversibles después de la formación del complejo tiolato-metal. [ 17 ]Esta reversibilidad es lo que da origen a las islas de vacantes y es la razón por la que las SAM de alcanotiolatos pueden desorberse térmicamente y experimentar un intercambio con tioles libres. [ 18 ]

Preparación

Los sustratos metálicos para su uso en SAMs pueden producirse mediante técnicas de deposición física de vapor , electrodeposición o deposición sin corriente. [ 1 ] Las SAMs de tiol o selenio producidas por adsorción desde una solución se fabrican típicamente sumergiendo un sustrato en una solución diluida de alcanotiol en etanol, aunque se pueden utilizar muchos disolventes diferentes [ 1 ] además del uso de líquidos puros. [ 16 ] Mientras que a menudo se deja que las SAMs se formen durante 12 a 72 horas a temperatura ambiente, [ 10 ] [ 19 ] las SAMs de alcanotiolatos se forman en minutos. [ 20 ] [ 21 ] Es esencial prestar especial atención en algunos casos, como el de las SAMs de ditiol para evitar problemas debidos a la oxidación o procesos fotoinducidos, que pueden afectar a los grupos terminales y conducir al desorden y la formación de multicapas. [ 22 ] [ 23 ] En este caso, la elección apropiada de disolventes, su desgasificación con gases inertes y la preparación en ausencia de luz son cruciales [ 22 ] [ 23 ] y permiten la formación de SAM "verticales" con grupos –SH libres. Las monocapas autoensambladas también pueden adsorberse desde la fase de vapor. [ 8 ] [ 24 ] En algunos casos, cuando es difícil obtener un ensamblaje ordenado o cuando se necesitan obtener fases de densidad diferentes, se utiliza el autoensamblaje por sustitución. Aquí, primero se forma el SAM de un tipo dado de moléculas, que dan lugar a un ensamblaje ordenado y luego se realiza una segunda fase de ensamblaje (por ejemplo, por inmersión en una solución diferente). Este método también se ha utilizado para obtener información sobre las fuerzas de unión relativas de SAM con diferentes grupos de cabeza y, más generalmente, sobre las características de autoensamblaje. [ 18 ] [ 25 ]

Caracterización

Los espesores de las SAM se pueden medir usando elipsometría y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) , que también brindan información sobre las propiedades interfaciales. [ 22 ] [ 26 ] El orden en la SAM y la orientación de las moléculas se pueden investigar mediante la estructura fina de absorción de rayos X de borde cercano (NEXAFS) y la espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier en espectroscopia infrarroja de absorción de reflexión (RAIRS) [ 20 ] [ 23 ] . Se utilizan numerosas otras técnicas espectroscópicas [ 8 ] tales como la generación de segundo armónico (SHG), la generación de frecuencia suma (SFG), la dispersión Raman mejorada en superficie (SERS), así como [ 27 ] la espectroscopia de pérdida de energía de electrones de alta resolución (HREELS ) . Las estructuras de las SAM se determinan comúnmente usando técnicas de microscopía de sonda de barrido tales como la microscopía de fuerza atómica (AFM) y la microscopía de efecto túnel de barrido (STM). La microscopía de efecto túnel (STM) ha ayudado a comprender los mecanismos de formación de monocapas autoensambladas (SAM) y a determinar las características estructurales importantes que les confieren su integridad como entidades estables en la superficie. En particular, la STM permite visualizar la forma, la distribución espacial, los grupos terminales y su estructura de empaquetamiento. La microscopía de fuerza atómica (AFM) ofrece una herramienta igualmente potente sin necesidad de que la SAM sea conductora o semiconductora. La AFM se ha utilizado para determinar la funcionalidad química, la conductancia, las propiedades magnéticas, la carga superficial y las fuerzas de fricción de las SAM. [ 28 ] La técnica de electrodo vibratorio de barrido (SVET) es otra técnica de microscopía de sonda de barrido que se ha utilizado para caracterizar las SAM, mostrando las SAM sin defectos una actividad homogénea en SVET. [ 29 ] Más recientemente, sin embargo, también se han utilizado métodos difractivos. [ 1 ] La estructura puede utilizarse para caracterizar la cinética y los defectos encontrados en la superficie de la monocapa. Estas técnicas también han mostrado diferencias físicas entre las SAM con sustratos planos y sustratos de nanopartículas. Un instrumento de caracterización alternativo para medir el autoensamblaje en tiempo real es la interferometría de doble polarización, donde se cuantifican el índice de refracción, el espesor, la masa y la birrefringencia de la capa autoensamblada con alta resolución. Otro método que se puede utilizar para medir el autoensamblaje en tiempo real esMicrobalanza de cristal de cuarzo con tecnología de monitorización de disipación donde se cuantifican la masa y las propiedades viscoelásticas de la capa adsorbida. Las mediciones del ángulo de contacto se pueden utilizar para determinar la energía libre superficial que refleja la composición promedio de la superficie de la SAM y se puede utilizar para investigar la cinética y la termodinámica de la formación de SAMs. [ 20 ] [ 21 ] La cinética de adsorción y desorción inducida por temperatura, así como información sobre la estructura, también se pueden obtener en tiempo real mediante técnicas de dispersión de iones como la dispersión de iones de baja energía (LEIS) y la espectroscopia de retroceso directo de tiempo de vuelo (TOFDRS) . [ 24 ]

Defectos

Pueden aparecer defectos debido a factores tanto externos como intrínsecos. Los factores externos incluyen la limpieza del sustrato, el método de preparación y la pureza de los adsorbentes. [ 1 ] [ 10 ] Las SAMs forman defectos intrínsecamente debido a la termodinámica de formación, por ejemplo, las SAMs de tiol sobre oro suelen presentar fosas de grabado (islas de vacantes monoatómicas) probablemente debido a la extracción de adátomos del sustrato y la formación de grupos adátomo-adsorbato. Recientemente, se ha descubierto un nuevo tipo de tensioactivos fluorados que pueden formar una monocapa casi perfecta sobre un sustrato de oro debido al aumento de la movilidad de los átomos de la superficie de oro. [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]

Propiedades de las nanopartículas

La estructura de las monocapas autoensambladas (SAM) también depende de la curvatura del sustrato. Las SAM sobre nanopartículas, incluyendo coloides y nanocristales, "estabilizan la superficie reactiva de la partícula y presentan grupos funcionales orgánicos en la interfaz partícula-disolvente". [ 1 ] Estos grupos funcionales orgánicos son útiles para aplicaciones, como inmunoensayos o sensores , que dependen de la composición química de la superficie. [ 1 ]

Cinética

Existe evidencia de que la formación de SAM ocurre en dos etapas: una etapa inicial rápida de adsorción y una segunda etapa más lenta de organización de la monocapa. La adsorción ocurre en las interfaces líquido-líquido, líquido-vapor y líquido-sólido. El transporte de moléculas a la superficie se produce debido a una combinación de difusión y transporte convectivo. Según el modelo cinético de Langmuir o Avrami, la velocidad de deposición sobre la superficie es proporcional al espacio libre de la misma. [ 7 ]

k(1−θ)=dθdt.{\displaystyle \mathbf {k(1-\theta )} ={\frac {d\theta }{dt}}.}

Donde θ es la cantidad proporcional de área depositada y k es la constante de velocidad. Aunque este modelo es robusto, solo se utiliza para aproximaciones porque no tiene en cuenta los procesos intermedios. [ 7 ] La interferometría de polarización dual, al ser una técnica en tiempo real con una resolución de ~10  Hz, puede medir directamente la cinética del autoensamblaje de monocapas.

Una vez que las moléculas están en la superficie, la autoorganización ocurre en tres fases: [ 7 ]

1. Una fase de baja densidad con dispersión aleatoria de moléculas en la superficie.
2. Una fase de densidad intermedia con moléculas conformacionalmente desordenadas o moléculas que yacen planas sobre la superficie.
3. Una fase de alta densidad con orden compacto y moléculas dispuestas perpendicularmente a la superficie del sustrato.

Las transiciones de fase en las que se forma una monocapa autoensamblada (SAM) dependen de la temperatura del entorno en relación con la temperatura del punto triple, la temperatura en la que la punta de la fase de baja densidad se cruza con la región de fase intermedia. A temperaturas inferiores al punto triple, el crecimiento pasa de la fase 1 a la fase 2, donde se forman numerosas islas con la estructura final de la SAM, pero rodeadas de moléculas aleatorias. De forma similar a la nucleación en metales, a medida que estas islas crecen, se cruzan formando límites hasta llegar a la fase 3, como se muestra a continuación. [ 7 ]

A temperaturas superiores al punto triple, el crecimiento es más complejo y puede seguir dos caminos. En el primer camino, las cabezas de la monocapa autoensamblada (SAM) se organizan en sus posiciones casi finales, con los grupos de cola formados de forma laxa en la parte superior. Luego, al transitar a la fase 3, los grupos de cola se ordenan y se enderezan. En el segundo camino, las moléculas comienzan en una posición horizontal a lo largo de la superficie. Estas forman entonces islas de SAM ordenadas, donde crecen hasta la fase 3, como se muestra a continuación. [ 7 ]

La forma en que los grupos de cola se organizan en una monocapa recta y ordenada depende de la atracción intermolecular, o fuerzas de van der Waals , entre los grupos de cola. Para minimizar la energía libre de la capa orgánica, las moléculas adoptan conformaciones que permiten un alto grado de fuerzas de van der Waals con algunos enlaces de hidrógeno. El pequeño tamaño de las moléculas SAM es importante aquí porque las fuerzas de van der Waals surgen de los dipolos de las moléculas y, por lo tanto, son mucho más débiles que las fuerzas de la superficie circundante a escalas mayores. El proceso de ensamblaje comienza con un pequeño grupo de moléculas, generalmente dos, que se acercan lo suficiente como para que las fuerzas de van der Waals superen la fuerza circundante. Las fuerzas entre las moléculas las orientan de manera que se encuentren en su configuración recta y óptima. Luego, a medida que otras moléculas se acercan, interactúan con estas moléculas ya organizadas de la misma manera y pasan a formar parte del grupo conformado. Cuando esto ocurre en un área grande, las moléculas se apoyan entre sí para formar la forma SAM que se observa en la Figura 1. La orientación de las moléculas se puede describir con dos parámetros: α y β. α es el ángulo de inclinación de la cadena principal con respecto a la normal de la superficie. En aplicaciones típicas, α varía de 0 a 60 grados dependiendo del sustrato y del tipo de molécula SAM. β es el ángulo de rotación a lo largo del eje largo de la molécula. β suele estar entre 30 y 40 grados. [ 1 ] En algunos casos, se ha señalado la existencia de trampas cinéticas que dificultan la orientación ordenada final. [ 8 ] Así, en el caso de los ditioles, la formación de una fase "acostada" [ 8 ] se consideró un impedimento para la formación de la fase "de pie", sin embargo, varios estudios recientes indican que este no es el caso. [ 22 ] [ 23 ]

Muchas de las propiedades de SAM, como el espesor, se determinan en los primeros minutos. Sin embargo, pueden pasar horas para que se eliminen los defectos mediante recocido y para que se determinen las propiedades finales de SAM. [ 7 ] [ 10 ] La cinética exacta de la formación de SAM depende de las propiedades del adsorbato, el disolvente y el sustrato. En general, sin embargo, la cinética depende tanto de las condiciones de preparación como de las propiedades del material del disolvente, el adsorbato y el sustrato. [ 7 ] Específicamente, la cinética de adsorción de una solución líquida depende de: [ 1 ]

  • Temperatura: la preparación a temperatura ambiente mejora la cinética y reduce los defectos.
  • Concentración del adsorbato en la solución: las bajas concentraciones requieren tiempos de inmersión más prolongados [ 1 ] [ 10 ] y a menudo crean dominios altamente cristalinos. [ 10 ]
  • Pureza del adsorbato: las impurezas pueden afectar las propiedades físicas finales de la monocapa autoensamblada (SAM).
  • Suciedad o contaminación en el sustrato: las imperfecciones pueden causar defectos en la SAM.

La estructura final de la SAM también depende de la longitud de la cadena y de la estructura tanto del adsorbato como del sustrato. El impedimento estérico y las propiedades del sustrato metálico, por ejemplo, pueden afectar la densidad de empaquetamiento de la película, [ 1 ] [ 10 ] mientras que la longitud de la cadena afecta el espesor de la SAM. [ 12 ] Una mayor longitud de cadena también aumenta la estabilidad termodinámica. [ 1 ]

Patrones

1. Atraer localmente

Esta primera estrategia consiste en depositar localmente monocapas autoensambladas en la superficie únicamente donde posteriormente se ubicará la nanoestructura . Esta estrategia es ventajosa porque implica métodos de alto rendimiento que generalmente requieren menos pasos que las otras dos estrategias. Las principales técnicas que utilizan esta estrategia son: [ 33 ]

La impresión por microcontacto o litografía blanda es análoga a imprimir tinta con un sello de goma. Las moléculas de SAM se entintan en un sello elastomérico preformado con un disolvente y se transfieren a la superficie del sustrato mediante estampado. La solución de SAM se aplica a todo el sello, pero solo las áreas que entran en contacto con la superficie permiten la transferencia de las SAM. La transferencia de las SAM es un proceso de difusión complejo que depende del tipo de molécula, la concentración, la duración del contacto y la presión aplicada. Los sellos típicos utilizan PDMS debido a sus propiedades elastoméricas, E = 1,8 MPa, que le permiten adaptarse al contorno de microsuperficies, y a su baja energía superficial, γ = 21,6 dyn/cm². Este es un proceso paralelo y, por lo tanto, puede colocar objetos a nanoescala sobre una gran área en poco tiempo. [ 1 ]
La nanolitografía por pluma de inmersión es un proceso que utiliza un microscopio de fuerza atómica para transferir moléculas desde la punta a un sustrato. Inicialmente, la punta se sumerge en un depósito con tinta. La tinta se evapora, dejando las moléculas deseadas adheridas a la punta. Al entrar en contacto con la superficie, se forma un menisco de agua entre la punta y la superficie, lo que provoca la difusión de las moléculas desde la punta hacia la superficie. Estas puntas pueden tener radios de decenas de nanómetros, lo que permite depositar moléculas de SAM con gran precisión en una ubicación específica de la superficie. Este proceso fue descubierto por Chad Mirkin y sus colaboradores en la Universidad Northwestern . [ 34 ]

2. Eliminar localmente

La estrategia de eliminación local comienza cubriendo toda la superficie con una monocapa autoensamblada (SAM). Luego, se eliminan moléculas individuales de SAM de las zonas donde no se desea la deposición de nanoestructuras . El resultado es el mismo que en la estrategia de atracción local, diferenciándose en la forma de lograrlo. Las principales técnicas que utilizan esta estrategia son: [ 33 ]

El microscopio de efecto túnel puede eliminar moléculas de SAM de diversas maneras. La primera consiste en eliminarlas mecánicamente arrastrando la punta sobre la superficie del sustrato. Esta técnica no es la más recomendable, ya que estas puntas son costosas y el arrastre provoca un gran desgaste y una disminución de su calidad. La segunda forma consiste en degradar o desorber las moléculas de SAM mediante un haz de electrones. El microscopio de efecto túnel también puede eliminar SAM mediante desorción de campo y difusión superficial potenciada por campo. [ 33 ]
El uso más común de esta técnica es eliminar las moléculas de SAM en un proceso llamado raspado, donde la punta del microscopio de fuerza atómica se arrastra a lo largo de la superficie eliminando mecánicamente las moléculas. Un microscopio de fuerza atómica también puede eliminar moléculas de SAM mediante nanolitografía de oxidación local . [ 33 ]
En este proceso, se proyecta luz UV sobre la superficie con una monocapa autoensamblada (SAM) a través de un patrón de aberturas en una película de cromo. Esto provoca la fotooxidación de las moléculas de la SAM, que posteriormente se pueden eliminar mediante lavado con un disolvente polar. Este proceso tiene  una resolución de 100 nm y requiere un tiempo de exposición de 15 a 20  minutos. [ 1 ]

3. Modificar los grupos de cola

La estrategia final se centra no en la deposición o eliminación de SAMS, sino en la modificación de los grupos terminales. En el primer caso, el grupo terminal puede modificarse para eliminar la funcionalidad, de modo que la molécula SAM sea inerte. Del mismo modo, el grupo terminal puede modificarse para añadir funcionalidad [ 35 ] , de modo que pueda aceptar diferentes materiales o tener propiedades diferentes a las del grupo terminal SAM original. Las principales técnicas que utilizan esta estrategia son: [ 33 ]

La exposición a haces de electrones y luz ultravioleta altera la química del grupo terminal. Algunos de los cambios que pueden ocurrir incluyen la ruptura de enlaces, la formación de enlaces dobles de carbono, el entrecruzamiento de moléculas adyacentes, la fragmentación de moléculas y el desorden conformacional. [ 1 ]
Una punta de AFM conductora puede crear una reacción electroquímica que puede cambiar el grupo terminal. [ 33 ]

Aplicaciones

Monocapas autoensambladas de película delgada

Las SAM son un recubrimiento superficial económico y versátil para aplicaciones que incluyen el control de la humectación y la adhesión, [ 36 ] resistencia química, biocompatibilidad, sensibilización y reconocimiento molecular para sensores [ 37 ] y nanofabricación. [ 7 ] Las áreas de aplicación de las SAM incluyen biología, electroquímica y electrónica, sistemas nanoelectromecánicos (NEMS) y sistemas microelectromecánicos (MEMS), y artículos domésticos cotidianos. Las SAM pueden servir como modelos para estudiar las propiedades de la membrana de células y orgánulos y la adhesión celular en superficies. [ 1 ] Las SAM también se pueden usar para modificar las propiedades superficiales de los electrodos para electroquímica, electrónica general y varios NEMS y MEMS. [ 1 ] Por ejemplo, las propiedades de las SAM se pueden usar para controlar la transferencia de electrones en electroquímica. [ 38 ] Pueden servir para proteger metales de productos químicos agresivos y agentes de grabado. Las SAM también pueden reducir la adherencia de componentes NEMS y MEMS en ambientes húmedos. De la misma manera, las SAM pueden alterar las propiedades del vidrio. Un producto doméstico común, Rain-X , utiliza monocapas autoensambladas (SAM) para crear una monocapa hidrofóbica en los parabrisas de los automóviles y mantenerlos libres de lluvia. Otra aplicación es un recubrimiento antiadherente en herramientas y moldes de litografía por nanoimpresión (NIL). También se pueden recubrir herramientas de moldeo por inyección para la replicación de polímeros con una monocapa autoensamblada de perfluorodecil triclorosilano . [ 39 ]

Las películas delgadas de SAM también pueden colocarse sobre nanoestructuras . De esta forma, funcionalizan la nanoestructura . Esto resulta ventajoso porque la nanoestructura puede unirse selectivamente a otras moléculas o SAM. Esta técnica es útil en biosensores u otros dispositivos MEMS que necesitan separar un tipo de molécula de su entorno. Un ejemplo es el uso de nanopartículas magnéticas para eliminar un hongo del torrente sanguíneo. La nanopartícula está recubierta con una SAM que se une al hongo. A medida que la sangre contaminada se filtra a través de un dispositivo MEMS, las nanopartículas magnéticas se insertan en la sangre, donde se unen al hongo y luego son expulsadas magnéticamente del torrente sanguíneo hacia una corriente de desechos laminar cercana . [ 40 ]

SAMs con patrones

Los métodos fotolitográficos son útiles para modelar SAMs. [ 41 ] Los SAMs también son útiles para depositar nanoestructuras , porque cada molécula adsorbida puede diseñarse para atraer dos materiales diferentes. Las técnicas actuales utilizan la cabeza para atraer a una superficie, como una placa de oro. El grupo terminal se modifica para atraer un material específico, como una nanopartícula , alambre, cinta u otra nanoestructura en particular . De esta manera, dondequiera que el SAM se modele en una superficie, habrá nanoestructuras unidas a los grupos de cola. Un ejemplo es el uso de dos tipos de SAMs para alinear nanotubos de carbono de pared simple , SWNTs. Se utilizó nanolitografía de pluma de inmersión para modelar un SAM de ácido 16-mercaptohexadecanoico (MHA) y el resto de la superficie se pasivó con un SAM de 1-octadecanotiol (ODT). El disolvente polar que transporta los SWNTs es atraído por el MHA hidrofílico ; A medida que el disolvente se evapora, los SWNT se encuentran lo suficientemente cerca de la SAM de MHA como para adherirse a ella debido a las fuerzas de Van der Waals . De esta manera, los nanotubos se alinean con el límite MHA-ODT. Utilizando esta técnica, Chad Mirkin , Schatz y sus colaboradores pudieron crear formas bidimensionales complejas; una representación de una forma creada se muestra a la derecha. [ 33 ] [ 42 ] Otra aplicación de las SAM con patrones es la funcionalización de biosensores . Los grupos terminales pueden modificarse para que tengan afinidad por células , proteínas o moléculas . La SAM puede entonces colocarse sobre un biosensor para que se pueda detectar la unión de estas moléculas. La capacidad de crear patrones en estas SAM permite colocarlas en configuraciones que aumentan la sensibilidad y no dañan ni interfieren con otros componentes del biosensor . [ 28 ]

superredes metalorgánicas

Ha habido un interés considerable en el uso de SAMs para nuevos materiales, por ejemplo, mediante la formación de superredes metalorgánicas bidimensionales o tridimensionales mediante el ensamblaje de nanopartículas recubiertas con SAM [ 43 ] o matrices de nanopartículas SAM capa por capa utilizando ditioles. [ 44 ] Hamoudi y Esaulov ofrecen una revisión detallada sobre este tema utilizando ditioles [ 45 ].

Referencias

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