O realizare fascinantă a tehnologiei moderne e posibilitatea de-a crea filme solide extrem de subţiri, chiar de grosimea unei molecule. Tehnica Langmuir-Blodgett (LB) pentru filme monomoleculare este un astfel de proces tehnologic, de o precizie şi sensibilitate extremă, şi destul de puţin studiată şi cunoscută.
În cele ce urmează am încercat să fac o prezentare sumară a tehnicii LB. Pentru persoanele imaginative şi neiniţiate în termeni fizici, am să prezint la Post Scriptum percepţia soţiei mele asupra problemei.
La interfaţa dintre un corp în stare lichidă şi unul în stare gazoasă, anumite molecule se vor orienta astfel încât să-şi minimizeze energia liberă. Ceea ce rezultă din gruparea unor astfel de molecule, un film de grosimea unei molecule (câţiva angstromi) se numeşte strat monomolecular sau mono-strat.
Majoritatea monostraturilor sunt alcătuite din molecule care la un capăt au proprietăţi hidrofile şi la celălalt capăt hidrofobe. Astfel sunt acizii graşi cu molecula lungă (cu formula generală CnH2n+1COOH), substanţe folosite cel mai des pentru a forma filmuri monomoleculare. Un exemplu de astfel de acid gras este acidul eicosanoic (acidul arahidic) cu formula CH3-(CH2)18-COOH. Această moleculă are o structură liniară formată dintr-un lanţ lung de hidrocarbon, 18 CH2, un grup metil CH3 la un capăt şi un grup acid carboxilic COOH la celălalt capăt.
Grupul carboxilic conferă solubilitate în apă moleculei, care este împiedicată de lanţul de hidrocarbon. Echilibrul dintre aceste două forţe conferă monostratului insolubilitate in apă la interfaţa aer/apă. Dacă lanţul de alchil CnH2n+1 ar fi prea scurt sau grupul hidrofil prea puternic, molecula s-ar dizolva mai uşor în apă, şi puţine dintre particule s-ar grupa la suprafaţa lichidului [11].
Dacă un monostrat este comprimat, moleculele din el se vor re-aranja şi va trece succesiv (odată cu creşterea presiunii) prin cele trei stări de agregare (gaz, lichid, solid).
Când monostratul este în stare solidă, moleculele sale sunt grupate compact. În acest moment un film Langmuir poate fi depus pe un substrat prin imersia (sau emersia) acestuia în/din suprafaţa lichidului. Acest transfer depinde de natura subfazei, de unghiul de contact dintre lichid şi solid, de viteza de imersie (emersie) şi de cât de hidrofob este substratul.
Figura prezintă un monostrat pe o subfază în timpul comprimării: (stânga) în stare gazoasă, (centru) în stare lichidă, (dreapta) în stare solidă.
Tehnica aceasta de depunere a monostraturilor este numită tehnica Langmuir Blodgett (LB). Această metodă permite depunerea pe un substrat a unui film de molecule extrem de subţire, de grosimea unei molecule.
Numele metodei a fost dat după cei ce-au descoperit-o, I. Langmuir în a cărui lucrare iniţială [2] au fost dezvoltate aspectele teoretice şi experimentale ale problemei, şi după K. Blodgett [3], [4] care a pus în aplicare aceste tehnici pentru a studia filmuri compuse din straturi multiple. Aparatul folosit pentru depunerea monostraturilor LB este cunoscut sub numele ’trough’(engl.), şi are fie o formă circulară fie dreptunghiulară. Ambele tipuri de aparate funcţionează după acelaşi principiu de bază; filmul este comprimat între două bariere, una fixă, una mobilă. În general, presiunea este înregistrată cu ajutorul unei plăci Wilhelmy.
În momentul în care s-a atins presiunea dorită substratul este imersat (sau extras) din (sau în) ’trough’.
Aplicaţiile acestei tehnici sunt numeroase, intervenind în domenii variate, în special în domeniul biologiei, de exemplu crearea de bio-senzori sau membrane selective.
________________________
Bibliografie:
[1] S. Semal, T.D. Blake, V. Geskin, M.J. de Ruijter, G. Castelein, J. De Coninck, influence of surface roughness on wetting dynamics, Langmuir, vol.15, 1999, pp 8765-8770
[2] I. Langmuir, The mechanism of the surface phenomena of flotation, the Faraday Society, 1919, pp 62-74
[3] K. Blodgett, Built-Up films of barium separate and their optical properties, physical review, vol. 51, pp 964-982
[4] K. Blodgett, films built by depositing successive monomolecular layers on a solid surface, J. of the American Chemical Society, vol. 57, 1935, pp 1007-1022
P.S. (Percepţia soţiei mele asupra acestei probleme 🙂
Problema de care se vorbeşte mai sus e ca pojghiţa ce se formează în cană la suprafaţa laptelui cald la micul dejun: un film solid (monostrat) plutind pe un lichid (subfaza). Aceasta poate fi depusă pe o linguriţă (substratul) fie scufundând linguriţa în cană fie (dacă linguriţa era deja în cană) extrăgând-o cu grijă. Biotehnologia modernă probabil preferă să folosească filmul de pe linguriţă, eu una prefer să beau lichidul rămas (subfaza).
(Autor: Pierre-Yves Devallet, traducere în limba română: Alice Devallet)
Cu stupoare constat ceea ce numai in necunoscator in domeniul chimiei suprafetelor poate sa scrie!
Tehnica Langmuir-Blodgett nu este de ultima ora! Este o tehnica folosita usual, ca urmare recomand autorului articolului sa caute pe http://pubs.acs.org, pagina de internet de la publicatiile sub American Chemical Society, http://www.isiknowledge.com
si multe multe altele.
Personal am publicat citeva articole specifice cercetarii chimiei suprafetelor si filmelor monomoleculare.
Cu Stima
Jhony Orbulescu
Senior Research Associate
University of Miami, Nanoscience Laboratory
Domnule Orbulescu,
articolul, unul de popularizare a stiintei, nu are pretentia difuzarii unei descoperiri de ultima ora. Din acest punct de vedere este nedrept sa afirmati ca autorul este „un necunoscator” – autorul pur si simplu invita la reflectie cititorii saptamanalului ACUM. O puteti face si dv., folosind un ton urban, impartasind din succesele dv. in calitate de cercetator. Va asteptam!
Trebuie sa fiu de acord cu d-l Orbulescu. In primul rind nu vad necesitatea „tonului urban” mentionat de d-l Maier. Ceea ce a scris d-l Orbulescu este doar foarte pragmatic si la subiect, exact cum se face in stiinta. In stiinta daca scrii ceva trebuie sa fie adevarat si complet. Daca cineva trimite un articol la publicat intr-un jurnal specializat si nu are toate datele articolul nu este acceptat pentru publicare in forma respectiva.
Acum sa disec articolul:
” Tehnica Langmuir-Blodgett (LB) pentru filme monomoleculare este un astfel de proces tehnologic, de o precizie şi sensibilitate extremă, şi destul de puţin studiată şi cunoscută.”
Tehnica este cunoscuta de foarte mult timp si poate si este folosita pentru depunerea de multistraturi nu doar monostraturi. Ceea ce autorul articolului nu mentioneaza.
Nu se mentioneaza nicaieri diferitele moduri de depunere X, Y si Z.
Nu este folosita doar pentru molecule amfifile, se poate folosi la fel de bine pentru enzyme si proteine.
Tehnica LB foloseste mai bou 2 bariere care comprima sincron monostratul. Vezi pagina firmei KSV, Kibrom si Nima.
tehnica LB nu poate fi folosita pentru crearea de biosenzori, fapt binecunoscut de cercetatorii in domeniu. Explic si de ce
Tehnica LB se bazeaza pe adsobtia fizica a unul sau mai multe straturi.
Un sensor/biosensor trebuie sa indeplineasca anumite caracteristici printre care reproductibilitate si refolosire.
1. Datorita adsobtie fizice cind „sensorul” este spalat o parte din mono/multistrat se va pierde ceea ce nu indeplineste conditiile unul sensor refolosibil.
2. In timpul depunerii straturilor pot aparea defecte de depunere ceea ce duce la crearea de „sensori” care nu indeplinesc aceleasi caracteristici de fabricatie.
Acum ce se poate cu un monostrat depus pe suport solid (film LB) este doar investigarea controlului distantei dintre molecule, precum si faptul daca un singur monostrat este suficient pentru a detecta o anume specie daca este biosensor.
Sper ca aceste precizari sa fie de folos celor interesati de tehnica LB ca o completare la articolul publicat.
Cit priveste pe d-l Orbulescu, astept sa scrieti si dumneavoastra un articol sa impartasiti din cunostintele dumneavoastra.
Domnule Stinga,
Tonul urban este necesar pentru ca face parte din definitia publicatiei noastre. In titlul ACUM, litera U vine de la Urbanitate.
Nu veti intalni in nici o publicatie de stiinta o replica la un articol de stiinta care incepe cu fraza: „Cu stupoare constat ceea ce numai in necunoscator in domeniul chimiei suprafetelor poate sa scrie!”.
Este un alt autor mai competent decat altul? In cazul nostru ar fi de preferat sa decida cititorii acest lucru. In ACUM ei au aceasta posibilitate, prin ecouri. A gresit cineva? Sa fim generosi cand ii indreptam greselile, daca suntem puternici si mai-bine-cunoscatori. Altfel nu generam decat polemici sterile. Ori adevarul iese, ca uleiul din apa, la suprafata nu trebuie nici pompat, nici tras in sus. Dar dv. stiti toate acestea mult mai bine 🙂
Ca editor al acestei rubrici a RLIV-ACUM nu pot decat sa ma bucur ca apar din ce in ce mai multe ecouri pentru articolele publicate, apartinand unei audiente din ce in ce mai interesate si mai cunoscatoare. M-as bucura si mai mult daca in timp am avea o echipa de specialisti in diferite domenii gata sa comenteze si sa dezvolte articolele publicate, oricare ar fi acestea. Un standard minim pentru ca un articol trimis spre publicare sa fie acceptat se practica, dar ideea este tocmai aceea de a primi ecouri si comentarii dupa publicarea materialului, de la toti cei interesati, in masura sa comenteze. Nu ne-am propus sa substituim vreun jurnal stiintific, dar nici sa ne oprim doar la popularizarea stiintei. Sper sa se inteleaga despre ce e vorba (a se citi si articolul de deschidere, mesajul inaugural, al acestei rubrici).
In ceea ce priveste limbajul articolelor si ecourilor: decenta si urbanitatea sunt cerinte in toate rubricile noastre, dar mai ales in cele care au de-a face cu componenta academe , cum este de altfel peste tot, in cazul publicatiilor care se respecta, deci nu cred ca mai trebuie discutat pe aceasta tema. Sunt sigur ca s-a inteles mesajul si ca se va reveni si in viitor, acolo unde exista cu adevarat interes, cu alte comentarii si precizari, profesioniste, directe, dar diplomatice. A fi profesionist si a te ghida/evalua doar dupa criterii obiective nu inseamna deloc a renunta la diplomatie.
Sebi Buhai, editor CST