Монослой

Монослой — это одиночный, плотно упакованный слой объектов, обычно атомов или молекул . ^{[ 1 ]} Монослои также могут состоять из клеток . Самоорганизующиеся монослои образуются на поверхностях спонтанно. Монослои слоистых кристаллов, таких как графен и дисульфид молибдена, обычно называют 2D-материалами .

Типы

Схема амбифильных молекул, плавающих на поверхности воды.

Монослой Ленгмюра или нерастворимый монослой представляет собой слой нерастворимого органического материала толщиной в одну молекулу, нанесенный на в желобе водную подфазу Ленгмюра -Блоджетт . Традиционные соединения, используемые для получения Ленгмюра, монослоев представляют собой амфифильные материалы, обладающие гидрофильной головной группой и гидрофобным хвостом. С 1980-х годов для производства монослоев Ленгмюра использовалось большое количество других материалов, некоторые из которых являются полуамфифильными, включая полимерные, керамические или металлические наночастицы и макромолекулы , такие как полимеры . Монослои Ленгмюра широко изучаются для изготовления пленок Ленгмюра-Блоджетт (пленок LB), которые образуются путем переноса монослоев на твердую подложку.

Монослой Гиббса раздела или растворимый монослой — это монослой, образованный соединением, растворимым в одной из фаз, разделенных границей , на которой образуется монослой.

Характеристики

Время формирования

Время образования монослоя или время монослоя — это в среднем период времени, необходимый для того, чтобы поверхность покрылась адсорбатом, например кислородом, прилипшим к свежему алюминию. адсорбата равен единице Если коэффициент прилипания , так что каждая молекула, достигающая поверхности, прилипает к нему, не испаряясь повторно, то время монослоя очень грубо:

t={\frac {3\times 10^{-4}\,\mathrm {Pa} \cdot \mathrm {s} }{P}}

где t — время, а P — давление. Покрытие поверхности при давлении 300 мкПа (2×10 ⁻⁶ Торр).

Монослойные фазы и уравнения состояния

Монослой Ленгмюра можно сжимать или расширять, изменяя его площадь с помощью движущегося барьера на пленочных весах Ленгмюра. Если поверхностное натяжение границы раздела измеряют во время сжатия, изотерму сжатия получают . Эта изотерма показывает изменение поверхностного давления ( $\Pi =\gamma ^{o}-\gamma$ , где $\gamma ^{o}$ — поверхностное натяжение границы раздела до образования монослоя) с площадью (обратной поверхностной концентрации $\Gamma ^{-1}$ ). Это аналогично трехмерному процессу, в котором давление меняется в зависимости от объема .

множество двумерных фаз Можно обнаружить , каждая из которых разделена фазовым переходом . При фазовом переходе поверхностное давление не меняется, а меняется площадь, точно так же, как при обычных фазовых переходах меняется объём, а давление — нет. 2D-фазы в порядке возрастания давления:

Двумерный газ: на единицу площади приходится мало молекул, и они мало взаимодействуют, поэтому аналог уравнений состояния трехмерных газов: закон идеального газа можно использовать $\Pi A=RT$ , где $A$ это площадь на моль. По мере увеличения поверхностного давления необходимы более сложные уравнения (Ван-дер-Ваальса, вириал...)
Расширенная жидкость
Сжатая жидкость
Твердый

Если площадь еще больше уменьшается после достижения твердой фазы, происходит коллапс, монослой разрушается и образуются растворимые агрегаты и мультислои.

Монослои Гиббса также подчиняются уравнениям состояния, которые можно вывести из изотермы Гиббса .

Для очень разбавленных растворов $\gamma =\gamma _{o}-mC$ , через изотерму Гиббса достигается другой аналог закона идеального газа $\Pi =\Gamma RT$
Для более концентрированных растворов и применения изотермы Ленгмюра $\Gamma =\Gamma _{\max }{\frac {C}{a+C}}$ , таким образом $\Pi =\Gamma _{\max }RT\left(1+{\frac {C}{a}}\right)$

Приложения

Монослои имеют множество применений как на границе раздела воздух-вода, так и на границе раздела воздух-твердое тело.

Монослои наночастиц можно использовать для создания функциональных поверхностей, обладающих, например, антибликовыми или супергидрофобными свойствами. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Монослои часто встречаются в биологии . Мицелла липидная представляет собой монослой, а фосфолипидно- двухслойная структура биологических мембран технически представляет собой два монослоя. Монослои Ленгмюра обычно используются для имитации клеточной мембраны для изучения воздействия фармацевтических препаратов или токсинов. ^{[ 4 ]}

Клеточная культура

В клеточной культуре монослой относится к слою клеток, в котором ни одна клетка не растет поверх другой, но все они растут бок о бок и часто соприкасаются друг с другом на одной и той же поверхности роста.

См. также

Ссылки

^ Тер Минасян-Сарага, Л. (1994). «Тонкие пленки, включая слои: терминология, касающаяся их приготовления и характеристики (Рекомендации ИЮПАК, 1994 г.)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 66 (8): 1667–1738 (1672). дои : 10.1351/pac199466081667 . S2CID 95035065 .
^ «Функциональные наноразмерные и наночастичные покрытия – Biolin Scientific» . Биолин Сайентифик . Проверено 3 августа 2017 г.
^ «Влияние термического разделения олеиновой кислоты на свойства растворов квантовых точек и оптоэлектроники их ленгмюровских монослоев - Бионанонаука». Бионанонаука . дои : 10.1007/s12668-017-0412-4 .
^ «Взаимодействие биомолекул в моделях клеточных мембран» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 3 августа 2017 г. Проверено 3 августа 2017 г.

Внешние ссылки

«Монослой» . Сборник химической терминологии ИЮПАК . ИЮПАК . 2009. doi : 10.1351/goldbook.M04015 . ISBN 978-0-9678550-9-7 . {{cite book}}: |work= игнорируется ( помогите )
Монослой
Ирвинг Ленгмюр демонстрирует приготовление монослоев на поверхности воды; Фильм 1939 года (Youtube)

[1] Тер Минасян-Сарага, Л. (1994). «Тонкие пленки, включая слои: терминология, касающаяся их приготовления и характеристики (Рекомендации ИЮПАК, 1994 г.)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 66 (8): 1667–1738 (1672). дои : 10.1351/pac199466081667 . S2CID 95035065 .

[2] «Функциональные наноразмерные и наночастичные покрытия – Biolin Scientific» . Биолин Сайентифик . Проверено 3 августа 2017 г.

[3] «Влияние термического разделения олеиновой кислоты на свойства растворов квантовых точек и оптоэлектроники их ленгмюровских монослоев - Бионанонаука». Бионанонаука . дои : 10.1007/s12668-017-0412-4 .

[4] «Взаимодействие биомолекул в моделях клеточных мембран» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 3 августа 2017 г. Проверено 3 августа 2017 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]