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Monostrato auto-assemblato

Un monostrato auto-assemblato o, secondo l'acronimo anglosassone, SAM (Self-Assembled Monolayer), è uno strato organizzato di molecole anfifiliche in cui una delle estremità della molecola, il “gruppo di testa” (head group), mostra una speciale affinità per un substrato. I SAM sono costituiti anche da una coda (tail) a cui può essere legato un gruppo funzionale nella parte finale come mostrato nella figura 1.

Figure 1. Rappresentazione di una struttura di SAM

I monostrati auto-assemblati (SAM) vengono creati tramite il chemioassorbimento di “gruppi di testa” idrofili sopra un substrato dalla fase sia di vapore che liquida [1] seguita da una lenta organizzazione bi-dimensionale di gruppi terminali idrofobici.[2] Inizialmente, le molecole di adsorbato formano una massa disordinata di molecole o una “fase lying down ”,[1] e per un certo periodo di ore, cominciano a formare strutture cristalline o semicristalline sulla superficie del substrato.[3][4] I “gruppi di testa” idrofili si assemblano insieme sul substrato, mentre i gruppi di coda idrofobici si aggregano lontano dal substrato. Le aree di molecole impacchettate compatte (close-packed) si raccolgono nel nucleo e crescono fino a che la superficie del substrato non si copra di un unico monostrato.

Le molecole di adsorbato adsorbono facilmente perché riescono ad abbassare l'energia superficiale del substrato [3] e sono stabili a causa del forte chemioassorbimento dei “gruppi di testa”. Questi legami creano monostrati che sono più stabili dei legami fisioassorbiti degli strati di Langmuir–Blodgett.[5][6] I legami tiolo-metallici, per esempio, sono dell'ordine di 100 kJ/mol, rendendo il legame stabile in un'ampia varietà di temperature, solventi e potenziali.[4] I monostrati si ammassano strettamente a causa delle interazioni di van der Waals,[3][6] riducendo in tal modo la propria energia libera.[3] L'adsorbimento può essere descritto dalla isoterma di adsorbimento di Langmuir se vengono trascurate le interazioni laterali. Se non lo possono essere, l'adsorbimento viene meglio descritto dalla isoterma di Frumkin.[4]

  1. ^ a b (EN) D.K. Schwartz, Mechanisms and kinetics of self-assembled monolayer formation, in Annu. Rev. Phys. Chem., vol. 52, 2001, p. 107, DOI:10.1146/annurev.physchem.52.1.107. URL consultato il 25 marzo 2010.
  2. ^ (EN) Wnek, Gary, Gary L. Bowlin, Encyclopedia of Biomaterials and Biomedical Engineering, Informa Healthcare, 2004, pp. 1331–1333.
  3. ^ a b c d (EN) Love et al., Lara A. Estroff, Jennah K. Kriebel, Ralph G. Nuzzo e George M. Whitesides, Self-Assembled Monolayers of Thiolates on Metals as a Form of Nanotechnology, in Chem. Rev., vol. 105, 2005, pp. 1103–1170, DOI:10.1021/cr0300789. URL consultato il 25 marzo 2010.
  4. ^ a b c (EN) Johannes G. Vos, Robert J. Forster; Tia E. Keyes, Interfacial Supramolecular Assemblies, Wiley, 2003, pp. 88–94.
  5. ^ (EN) Madou, Marc, Fundamentals of Microfabrication: The Science of Miniaturization, CRC, 2002, pp. 62–63.
  6. ^ a b (EN) Kaifer, Angel, Supramolecular Electrochemistry. Coral Gables, Wiley VCH, 2001, pp. 191–193.
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