Adsorption, Aggregation and Structure Formation in Systems of Charged Particles: From Colloidal to Supracolloidal Assembly

این پایان نامه مطالعاتی را در مورد برهمکنش مواد نرم مانند سورفکتانت ها و پروتئین ها با نانومواد سیلیس سخت ارائه می دهد. به دلیل ماهیت بین رشته‌ای آن، مفاهیمی از حوزه‌های شیمی فیزیک، علوم نانو و علم مواد را با هم ترکیب می‌کند و به بینش‌های اساسی در مورد نیروهای هدایت‌کننده ساختار در مقیاس نانو عمل می‌کند. نشان داده شده است که مورفولوژی سنگدانه‌های میسلی سورفکتانت جذب شده در سطح نانوذرات و داخل نانوحفره‌های لوله‌ای را می‌توان در صورت نیاز با جذب همزمان یک اصلاح‌کننده سطح تنظیم کرد. برهمکنش پروتئین‌های کروی با نانوذرات سیلیس تحت تأثیر برهمکنش‌های الکترواستاتیکی است و می‌توان آن را با pH و قدرت یونی کنترل کرد، در حالی که پل زدن نانوذرات توسط مولکول‌های پروتئین جذب‌شده منجر به تجمع‌های هیبریدی در مقیاس بزرگ پروتئین با نانوذرات می‌شود. مفاهیم برآمده از نقش برهمکنش های الکترواستاتیک در تجمع ناهمگن نانوذرات با مولکول های پروتئین برای مونتاژ همزمان ریزدانه های باردار در خوشه های خطی و زنجیره هایی با طول قابل کنترل استفاده می شود.

This thesis presents studies on the interaction of soft materials like surfactants and proteins with hard silica nanomaterials. Due to its interdisciplinary nature it combines concepts from the fields of physical chemistry, nanoscience and materials science, yielding to fundamental insights into the structure-directing forces operating at the nano-scale. It is shown that the morphology of surfactant micellar aggregates adsorbed at the surface of nanoparticles and inside tubular nanopores can be tuned on demand by the co-adsorption of a surface modifier. The interaction of globular proteins with silica nanoparticles is dominated by electrostatic interactions and can be controlled by pH and ionic strength, while the bridging of nanoparticles by adsorbed protein molecules leads to large-scale hybrid aggregates of protein with the nanoparticles. Concepts emerging from the role of electrostatic interactions in the hetero-aggregation of nanoparticles with protein molecules are used for the co-assembly of charged microbeads into linear clusters and chains of controllable length.