Seminario per il corso di Bioelettronica A cura dell Ing. Giorgio Mattana, PhD Student

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Fausta Meloni
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1 Film dilangmuir-blodgett Seminario per il corso di Bioelettronica A cura dell Ing. Giorgio Mattana, PhD Student

2 Overview Chi sonolangmuir e Blodgett? FLB: premessa. FLB: definizione. FLB: preparazione. FLB: caratterizzazione. FLB: applicazioni.

3 Chi sonolangmuir e Blodgett? collaboratori di ricerca negli anni Trenta Irving Langmuir ( ) - ingegnere, fisico e chimico americano; - premio Nobel per la Chimica(1932); Katherine Blodgett ( ) - fisico e chimico americano;

(1881 1957) - ingegnere, fisico e chimico americano; -

4 FLB: premessa Dipolo elettrico elementare: sistema costituito da una coppia di cariche elettriche puntiformi uguali in modulo di valore q, di segno oppostoeposteadunadistanzar. r - + La grandezza che maggiormente caratterizza il comportamento fisico del dipolo è il cossiddetto momento di dipolo. r p = r qr

5 FLB: premessa Anche oggetti più complessi, come ad esempio le molecole possono essere ricondotte a dei dipoli elettrici elementari. H δ + O δ - H δ +

6 FLB: premessa In altre molecole invece, non esiste un momento di dipolo permanente: tali molecole sono dette apolari. H H δ - δ O + δ - C O non siha la formazionedicariche (neanche parziali) siha la formazionedicariche MA tali cariche non sono sbilanciate (momento di dipolo nullo)

H H δ - δ O + δ - C O non siha la formazionedicariche (neanche

7 FLB: premessa Perché è importante conoscere la polarità di una molecola? Trale altrecose, perchédeterminala suasolubilità/insolubilitàin certitipi disolvente. il simile scioglie il simile + permanganatodipotassiok + (MnO 4 ) - acqua

8 FLB: premessa Perché è importante conoscere la polarità di una molecola? Trale altrecose, perchédeterminala suasolubilità/insolubilitàin certitipi disolvente. il simile scioglie il simile

9 FLB: premessa Cosa succede quando tentiamo di mischiare due sostanze non compatibili polarmente? + olio (NON polare) acqua(polare)

10 FLB: premessa Cosa succede quando tentiamo di mischiare due sostanze non compatibili polarmente? Le due sostanze non si mischiano e formano due strati sovrapposti e ben distinti, che si possono separare facilmente.

Le due sostanze non si mischiano e formano due strati

11 FLB: premessa Esistono delle molecole che possono esibire sia un comportamento polare che un comportamento apolare? molecole anfifiliche(o anfipatiche) δ + Parte polare Parte apolare δ -

12 FLB: premessa Esempio di molecole anfifiliche(1/2 ): SAPONE sapone sporco

13 FLB: premessa Esempio di molecole anfifiliche(2/2 ): FOSFOLIPIDI

14 FLB: premessa Esempio di molecole anfifiliche(2/2 ): FOSFOLIPIDI

FLB: definizione Un film di Langmuir-Blodgett è una struttura costituita da uno o più strati (layer) di molecole organiche anfifiliche trasferite dalla superficie di un liquido (in genere una

15 FLB: definizione Un film di Langmuir-Blodgett è una struttura costituita da uno o più strati (layer) di molecole organiche anfifiliche trasferite dalla superficie di un liquido (in genere una soluzione acquosa) su un substrato solido, per immersione del solido nel liquido o per emersione del solido dal liquido. ATTENZIONE! I film di Langmuir-Blodgett non devono essere confusi con i film di Langmuir sebbene, in modo del tutto errato, queste due espressioni siano utilizzate a volte dagli stessi scienziati come sinonimi. Un film di Langmuir è semplicemente uno strato monomolecolare di molecole insolubili (non necessariamente anfifiliche!) che galleggia sulla superficie di una soluzione acquosa.

I film di Langmuir-Blodgett non devono essere confusi con i film di Langmuir sebbene, in modo del tutto errato, queste due espressioni siano utilizzate a volte dagli stessi

16 FLB: preparazione Come si ottiene un film di Langmuir-Blodgett? Il punto di partenza è costituito da un solvente (in genere a base acquosa o comunque polare) in cui è disciolta una sostanza anfifilica.

17 FLB: preparazione Il trasferimento del film avviene in genere utilizzando un apparecchiatura chiamata Langmuir-Blodgett trough, schematizzata in figura: 1) film anfifilico; 2) soluzione acquosa; 3) contenitore; 4) substrato solido; 5) meccanismo di immersione; 6) Whilelmy plate; 7) elettrobilancia; 8) barriera; 9) motore della barriera; 10) meccanismo anti-vibrazione; 11) clean room;

acquosa; 3) contenitore; 4) substrato solido; 5) meccanismo di immersione; 6) Whilelmy plate; 7)

18 FLB: preparazione La barriera spinge lentamente le molecole del film compattandole e guidandole verso il substrato solido. Il substrato solido (idrofilico) viene calato all interno del liquido e lentamente estratto (oppure, al contrario, viene lentamente calato all interno del trough). V V V O Il layer di molecole anfifiliche viene quindi trasferito sul substrato solido.

Il substrato solido (idrofilico) viene calato all interno del liquido e lentamente estratto

19 FLB: preparazione meccanismo di immersione motore della barriera pedana antivibrazioni

20 FLB: preparazione barriere film di Langmuir- Blodgett

21 FLB: wettability In chemodosipuòspiegarel adesionetrailflb e ilsubstrato? concetto di bagnabilità(wettability) Bagnabilità: capacità di un liquido di estendersi sulla superficie di un solidoe dilasciaresudiessaunatraccia. Dipende sostanzialmente da due parametri: 1) tensione superficiale del liquido; 2) energie di interfaccia(elettrostatiche, di Van der Waals, etc.).

22 FLB: caratterizzazione Principalitecnichedicaratterizzazione deiflb: 1)X-ray diffraction; 2)Electron/neutron spectroscopy; 3)Infrared spectroscopy; 4)Optical microscopy (con luce polarizzata).

23 FLB: caratterizzazione Spettroscopia: tecnica di indagine che consiste nello studio dell interazione tra un oggetto (materia) e la radiazione elettromagnetica. La risposta dell oggetto, studiata al variare della frequenza, è costituita dalla radiazione assorbita e da quella riflessa.

24 FLB: caratterizzazione Alcuni tipi di spettroscopia utilizzati nella caratterizzazione dei FLB: 1) X Ray diffraction: la radiazione incidente è costituita da fotoni di energiacompresatrai120ei120kev; 2) IR diffraction: la radiazione incidente è costituita da fotoni di energiacompresatrai10-3 e1ev; 3) Optical spectroscopy: la radiazione incidente è costituita da fotoni dienergiacompresatra1e3.8ev; 4) Electron/neutron diffraction: la radiazione incidente è costituita da un fascio di elettroni o neutroni(electron/neutron beam).

25 FLB: caratterizzazione λ = v f E = hf = v h λ La lunghezza d onda della radiazione incidente viene fatta variare con continuità all interno di un certo intervallo e si misura la quantità di radiazione assorbita in funzione di λ.

26 FLB: caratterizzazione Che informazioni si possono dedurre dall analisi spettroscopica? 1) composizione chimica e natura dei legami della molecola; 2) forma, dimensionie orientamentodellemolecole:

27 FLB: caratterizzazione 3) studio della cristallinità del film; 4) studio delle proprietà dell interfaccia film/substrato;

28 Altretecnichedicaratterizzazione: 1) Microscopia: FLB: caratterizzazione SEM AFM Informazionisullamorfologiae la cristallinità del film. TEM

29 FLB: caratterizzazione 2) analisi elettrica: Misure di conducibilità, di capacità, di proprietà elettrochimiche... 3) analisi meccanica: Misure di elasticità, resistenza allatrazione...

30 FLB: applicazioni Isolante di gate: poly(1,1 difluoroetene) JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 107,

31 FLB: applicazioni Diodi Schottky Aluminium Polymeric blend ITO SUBSTRATE Synthetic Metals 90 (1997)

32 FLB: applicazioni poly (alkyl-thiophene) C60 (fullerene)

33 FLB: applicazioni Film di LB usati come modello per simulare il comportamento delle membrane cellulari. Studio dei canali ionici che attraversano la membrana fosfolipidica.

34 FLB: applicazioni Preparazione di film fosfolipidici in cui sono state inserite delle molecole dette gramicidine che si comportano da canali ionici. Biophys. J. Biophysical Society Volume 59 April

35 FLB: applicazioni Sensoristica: misura della concentrazione di glucosio di una soluzione acquosa. P3HT Acido stearico R. Singhalet al. / Current Applied Physics 3 (2003)

36 FLB: applicazioni glucose oxidase P3HT + STEARIC ACID SUBSTRATE

37 FLB: applicazioni G.O. glucosio+ O 2 D glucono δ lattone+ H 2 O 2 P3HT + STEARIC ACID SUBSTRATE

38 FLB: applicazioni Preparazione e deposizione di substrati di coltura per la crescita di cellule e tessuti. LB deposition drop casting Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 32, (1996)

39 Film dilangmuir Blodgett Grazie per l attenzione! Domande?

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