Light-assisted functionalization and assembly of zeolite L based hybrid materials

L型沸石杂化材料的光辅助功能化和组装

基本信息

项目摘要

Nanostructured porous microparticles such as zeolite L crystals are particularly interesting for assembly of nano- and microsystems to larger functional entities due to their hierarchical supramolecular organization of various guest molecules. A prerequisite for an efficient design of larger functional systems is the complete control over the assembly process. It is achieved by a versatile combination of selective chemical modification of the zeolite L surface and subsequent optomechanically-assisted linkage of individual single crystals into larger entities. As a visionary goal, we aim to integrate these building blocks into a larger fully functional photonics toolbox, thereby paving the way to a general light-assisted assembly strategy for soft and bio matter entities.Following the successful path of the previous project periods of former TRR 61, in which we combined chemical surface modification and postmodifiable polymer brush structures with zeolite L assembly by holographic optical tweezers, we will implement a paradigm shift in assembly in this project: Light will act as an integral assembly tool. It will not only be a means for optomechanical structuring, it will also be employed for photochemical bonding. In the upcoming project, we will be able to derive novel polymer hybrid (organic, inorganic, metal) assemblies. Light will be the target functionality, leading to applications in sensing, information processing and biomedical photonics. On the one hand, we will use the established Norrish-Type-I chemistry to functionalize zeolite L crystals with metal nanoparticles by site-selective generation of radical species that will reduce respective metal salts. Additionally, the same photochemistry can be applied for photo-induced release of surface-bound cargos. We will study novel approaches for surface modification and crystal assembly by a visible light induced dynamic diselenide exchange reaction. We will extend our binding strategies to the immobilization of DNA strands. If complementary strands are attached to different zeolites, DNA hybridization allows for a new biohybrid technique of assembling.On the other hand, we will use novel optical manipulation and trapping techniques to design sophisticated assemblies of functionalized (loaded) zeolite L nanocontainers exploiting the features of the load itself or structured surface attachments. Optical manipulation will be extended from spatially resolved three-dimensional holographic optical tweezers including full control of amplitude and phase to non-isotropic traps supplemented by complex polarization light fields. Finally, functional optical systems will be realized including loaded zeolite L as optical sensors, chains of zeolite L to create flexible and reconfigurable wave guides, and polarization-sensitive arrays of metallo-organic complexes to induce efficient multidimensional plasmonic wave fields.
纳米结构多孔微粒(例如沸石 L 晶体)由于其各种客体分子的分层超分子组织,对于将纳米和微米系统组装成更大的功能实体特别感兴趣。高效设计大型功能系统的先决条件是对装配过程的完全控制。它是通过对 L 型沸石表面进行选择性化学改性和随后将单个单晶连接成更大实体的光机械辅助连接的多功能组合来实现的。作为一个有远见的目标,我们的目标是将这些构建模块集成到一个更大的全功能光子学工具箱中,从而为软物质和生物物质实体的通用光辅助组装策略铺平道路。 TRR 61,我们将化学表面改性和后改性聚合物刷结构与全息光镊组装的沸石 L 相结合,我们将在这个项目中实现组装的范式转变:光将充当整体组装工具。它不仅是光机械结构的一种手段,还将用于光化学键合。在即将到来的项目中,我们将能够衍生出新型聚合物混合(有机、无机、金属)组件。光将成为目标功能,导致其在传感、信息处理和生物医学光子学方面的应用。一方面,我们将使用已建立的 Norrish-I 型化学,通过位点选择性生成自由基物种来用金属纳米颗粒功能化沸石 L 晶体,从而还原相应的金属盐。此外,相同的光化学可用于表面结合货物的光诱导释放。我们将研究通过可见光诱导动态二硒化物交换反应进行表面改性和晶体组装的新方法。我们将把我们的结合策略扩展到 DNA 链的固定。如果互补链附着在不同的沸石上,DNA杂交可以实现一种新的生物杂交组装技术。另一方面,我们将使用新颖的光学操纵和捕获技术来设计功能化(负载)沸石L纳米容器的复杂组件,利用以下特征:负载本身或结构化表面附件。光学操纵将从空间分辨的三维全息光镊(包括对振幅和相位的完全控制)扩展到辅以复杂偏振光场的非各向同性陷阱。最后,将实现功能性光学系统,包括作为光学传感器的负载型沸石 L、用于创建灵活且可重构波导的沸石 L 链,以及用于诱导高效多维等离子体波场的金属有机复合物的偏振敏感阵列。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
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专利数量(0)
Biolens behavior of RBCs under optically‐induced mechanical stress
  • DOI:
    10.1002/cyto.a.23085
  • 发表时间:
    2017-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    F. Merola;Á. Barroso;L. Miccio;P. Memmolo;M. Mugnano;P. Ferraro;C. Denz
  • 通讯作者:
    F. Merola;Á. Barroso;L. Miccio;P. Memmolo;M. Mugnano;P. Ferraro;C. Denz
RBCs as microlenses: wavefront analysis and applications
  • DOI:
    10.1117/12.2272042
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    F. Merola;Á. Barroso;L. Miccio;P. Memmolo;M. Mugnano;P. Ferraro;C. Denz
  • 通讯作者:
    F. Merola;Á. Barroso;L. Miccio;P. Memmolo;M. Mugnano;P. Ferraro;C. Denz
Optomechanically Assisted Assembly of Surface‐Functionalized Zeolite‐L‐Based Hybrid Soft Matter
  • DOI:
    10.1002/ppsc.201800041
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Á. Barroso;T. Buscher;Katrin Ahlers;A. Studer;C. Denz
  • 通讯作者:
    Á. Barroso;T. Buscher;Katrin Ahlers;A. Studer;C. Denz
Synthesis and Immobilization of Metal Nanoparticles Using Photoactive Polymer‐Decorated Zeolite L Crystals and Their Application in Catalysis
  • DOI:
    10.1002/adsc.202000208
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    M. Wissing;Maximilian H. Niehues;B. Ravoo;A. Studer
  • 通讯作者:
    M. Wissing;Maximilian H. Niehues;B. Ravoo;A. Studer
Massive ordering and alignment of cylindrical micro-objects by photovoltaic optoelectronic tweezers.
  • DOI:
    10.1364/ol.43.000030
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    I. Elvira;J. F. Muñoz-Martínez;Á. Barroso;C. Denz;J. Ramiro;A. García-Cabañes;F. Agullo-lopez;M. Carrascosa
  • 通讯作者:
    I. Elvira;J. F. Muñoz-Martínez;Á. Barroso;C. Denz;J. Ramiro;A. García-Cabañes;F. Agullo-lopez;M. Carrascosa
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