Supramolecular self-assembly of gold nanoparticles
This thesis focuses on developing novel self-assembled systems at the interface of supramolecular chemistry and nanomaterial science. Herein we introduced two supramolecular binding motifs GCPZ and GCP to the field of metal nanoparticles. Taking advantage of the supramolecular binding abilities of the GCPZ and GCP units, we developed various types of pH-sensitive and switchable self-assembly systems by decorating AuNPs with GCPZ, GCP and other supramolecular motifs.
The first part of this thesis dealt with the development of a dual pH-sensitive reversible self-assembly system by using GCPZ motifs as functional ligands due to their special dual pH responsiveness. A series of ligands featuring thiolalkylated PEG chains, with different terminal motifs (-OH, -COOH, -GCPZ) were synthesized for the functionalization of gold nanoparticles. The attachment of ligands onto gold nanoparticle surface were prepared by typical place-exchange reactions.
The GCPZ functionalized gold nanoparticles (AuNPs-1)show a good dispersibility in the DMSO/water mixtures which was chosen as the solvent for self-assembly investigations. With the utilization of UV/Vis, DLS, TEM and SEM measurements, the dual pH-sensitive reversible self-assembly behaviour of AuNPs-1 was observed. In neutral conditions, the zwitterionic GCPZ unit triggers the self-assembly of AuNPs-1. The resulting self-assembled nanoparticles can be switched back to the disassembled and separated state by adding acid or base. This assembly/disassembly process is reversible and repeatable for several times due to the switchable hydrogen bonding donors on GCPZs at different pH values.
The second topic in this thesis focuses on the development of nanoparticles that undergo multi pH-sensitive reversible self-assembly in aqueous solution.
In the last topic, we focused on developing a template-induced self-assembly of AuNPs on nanofibers, which were themselves based on noncovalent interactions.
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von neuartigen selbstassemblierenden Systemen, die eine Schnittstelle zwischen der supramolekularen Chemie und Nanomaterialwissenschaft darstellen sollen. Somit wurden zwei supramolekulare Bindungsmotive, GCPZ und GCP, zusammen mit Metall-Nanopartikeln verwendet. Durch Anwendung der supramolekularen Eigenschaften der GCPZ- und GCP-Einheiten entwickelten wir verschiedene pH-schaltbare selbstassemblierende Systeme, indem AuNPs mit GCPZ, GCP und anderen supramolekularen Motiven zur Reaktion gebracht wurden.
Der erste Teil dieser Arbeit befasste sich mit der Entwicklung eines dualen pH-schaltbaren selbstassemblierenden Systems unter Verwendung von GCPZ-Motiven, als funktionelle Liganden, um die spezielle duale pH-Schaltbarkeit anzuwenden. Für die Funktionalisierung von Goldnanopartikeln wurde eine Reihe von Liganden mit thiolalkylierten PEG-Ketten mit verschiedenen terminalen Motiven (-OH, -COOH, -GCPZ) synthetisiert. Die Bindung von Liganden an die Oberfläche von Goldnanopartikeln wurde durch die „place-exchange“-Reaktion hergestellt.
Die GCPZ-funktionalisierten Goldnanopartikel (AuNPs-1) zeigten eine gute Verteilung in DMSO/Wasser-Gemischen, welche zugleich als Lösungsmittel für die Untersuchungen gewählt wurden. Unter Verwendung von UV/Vis-, DLS-, TEM- und SEM-Messungen wurde das duale pH-schaltbare Selbstassemblierungsverhalten von AuNPs-1 beobachtet. Unter neutralen Bedingungen löst die zwitterionische GCPZ-Einheit die Selbstorganisation von AuNPs-1 aus. Die resultierenden assemblierten Nanopartikel können durch Zugabe von Säure oder Base in den ungebundenen Zustand zurückversetzt werden. Dieser Prozess ist aufgrund der schaltbaren Wasserstoffbrückenbindungsdonoren des GCPZs bei unterschiedlichen pH-Werten mehrmals reversibel und reproduzierbar.
Das zweite Thema dieser Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Nanopartikeln, die in wässriger Lösung eine mehrfach pH-sensitive reversible Selbstorganisation eingehen.
Im dritten und letzten Thema beschäftigten wir uns mit der Entwicklung einer Templat-induzierten Selbstorganisation von AuNPs auf Nanofasern, die auf nichtkovalenten Wechselwirkungen basieren.