Precise positioning of nanoparticles(NPs) with desired inter-spacing can produce novel optical and electrical properties. Here, we developed functional block copolymer (BCP) particles of polystyrene-b-poly(4-vinylpyridine) (PS-P4VP) by precise control of nanoparticle location inside the BCP particles. Multi-color emitting hybrid BCP-QD particles with three-dimensionally controlled nanostructures were developed through location control of different-colored QDs in BCP micelles. Hydrogen interaction assisted method using supramolecular assembly of BCP micelles was exploited to achieve the location control of different colored QDs without sacrificing any quantum yield efficiency. The spatially controlled, independent light emissions from our QD-encoded particles could be beneficial for use in applications such as security inks for anti-counterfeit, bio-imaging and conducting bioassays by targeting biomarkers. In addition, a dramatic morpho-logical transition of BCP particles was driven by size-controlled Au NP surfactants. Size-induced segregation of Au NPs generated the balanced interfacial interaction between two different PS/P4VP domains of BCP particles and water, producing unique disk-like shape of BCP particles. More importantly, the neutralized interfacial interaction combined with the directionality of solvent induced solvent-induced ordering of BCP domains from the interface of the particle/water, generating defect-free, vertically ordered porous channels within the particles. The mechanism for the formation of these novel nanostructures was investigated systemically by varying the size and the volume fraction of Au NPs. Furthermore, the defect-free porous P4VP channels within the BCP particles can be successfully loaded with various nanoparticles or other materials which have selective affinity; thus these materials hold great promise for use in optical, catalytic, biological applications.
유무기 하이브리드 입자 제조에 있어 나노입자의 정확한 위치 조절은 광학적 전기적 특성을 조절하는 데에 매우 중요하다. 본 연구에서는 블록공중합체 내 나노입자의 위치 조절을 통해 광학적 전기적 특성이 우수한 두 가지 종류의 기능성 PS-P4VP 입자를 제조하였다. 먼저 블록공중합체 마이셀 및 단분자의 수소결합을 이용하여 서로 다른 종류의 양자점의 위치를 정확하게 조절함으로써 다양한 색의 빛을 발광하는 입자를 구현하였다. 두 종류의 양자점이 수 나노미터의 간격을 가질 때는 Forster Resonance Energy Transfer가 일어나지만, 수십 나노미터로 분리를 시킬 경우, 이 현상을 일어나지 않도록 조절 가능하다. 본 연구에서 개발한 블록공중합체 입자는 물에 분산성이 좋으면서도 발광 효율이 뛰어나고, 안정성이 뛰어날 뿐 아니라 RGB 시스템으로 확장할 수 있기 때문에 바이오 이미징 또는 특정 물질을 표적하는 바이오 마커로써 응용이 가능하다. 두 번째로, 크기가 조절 된 금 나노입자를 oil-in-water emulsion 시스템의 계면 활성제로 도입함으로써 블록공중합체의 외부, 내부 몰포로지를 변화시켰다. 금 나노입자를 PS/P4VP의 계면에 위치시킴으로써 인접해 있는 물과 PS, P4VP 사이의 계면장력을 중성화 시켰고, 이를 통해 다공성 디스크 형태의 블록공중합체 입자를 형성하였다. 특히 디스크 입자 내부의 P4VP채널들은 defect없이 육각형의 모양으로 수직 정렬이 되어있으며, 다른 나노입자 또는 affinity를 가지고 있는 단분자들을 도입하는 템플레이트의 역할을 할 수 있기 때문에 광학적, 촉매적 특성을 띄는 입자를 제조함으로써 다양한 분야에 응용될 수 있다.
