ITTO20000878A1 - DEVICE FOR THE PREPARATION OF SINGLE LAYERS OF PARTICLES OR MOLECULES AND FOR THEIR DEPOSIT ON SURFACES. - Google Patents
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Description
Descrizione dell'Invenzione Industriale avente per titolo : Description of the Industrial Invention entitled:
"Dispositivo per la preparazione di monostrati di particelle o molecole e per il loro deposito su superf ici" "Device for the preparation of monolayers of particles or molecules and for their deposition on surfaces"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per la preparazione di monostrati di particelle o molecole e per il loro deposito su superf ici. The present invention relates to a device for the preparation of monolayers of particles or molecules and for their deposition on surfaces.
Il dispositivo della presente invenzione è impiegabile per realizzare un procedimento chiamato DTLF (Dynamic Thin Laminar Flow = Flusso Laminare Sottile Dinamico) per la produzione continua di monostrati, come descritto nel documento WO-A-98/53920. The device of the present invention can be used to carry out a process called DTLF (Dynamic Thin Laminar Flow) for the continuous production of monolayers, as described in WO-A-98/53920.
In tale documento anteriore, oltre al procedimento, è descritto un dispositivo che presenta il problema che proprio all'inizio della produzione, immediatamente dopo l'iniezione di particelle nella sottofase che riveste l'elemento rotante, la particelle vengono adsorbite all'interfaccia gas-liquido e sono guidate in avanti. L'accumulo della primissima fila di particelle su un bordo è 1'inizio della preparazione del monostrato. Tuttavia, l'introduzione della zona di trasferimento tra l'elemento rotante e la superficie di deposizione crea un nuovo problema, che è l'inizio della produzione del monostrato. La distanza tra l'elemento rotante e la superficie di deposizione potrebbe essere troppo grande per consentire un inizio controllato della preparazione del monostrato. Pertanto, nella tecnica anteriore non è previsto, e sarebbe necessario, un elemento distaccatore per dare inizio alla produzione del monostrato . In this prior document, in addition to the process, a device is described which presents the problem that at the very beginning of production, immediately after the injection of particles in the sub-phase that covers the rotating element, the particles are adsorbed at the gas-interface. liquid and are driven forward. The accumulation of the very first row of particles on one edge is the beginning of the preparation of the monolayer. However, the introduction of the transfer zone between the rotating element and the deposition surface creates a new problem, which is the beginning of the production of the monolayer. The distance between the rotating element and the deposition surface may be too large to allow a controlled start of the monolayer preparation. Therefore, in the prior art a detaching element is not provided, and would be necessary, to initiate the production of the monolayer.
Sono pertanto allo studio dispositivi dotati di mezzi distaccatori sotto forma di labbri di teflon: tali dispositivi risultano efficaci per la deposizione su substrati collocati in posizione verticale, ma non sono applicabili a lavorazioni su substrati posti in orizzontale. Therefore, devices equipped with detaching means in the form of Teflon lips are being studied: these devices are effective for deposition on substrates placed in a vertical position, but they are not applicable to work on substrates placed horizontally.
Nel presente documento, la parola "monostrato" indica una disposizione bidimensionale di particelle. Tuttavia, il monostrato potrebbe esso stesso essere modificato chimicamente e rivestito, completamente o in parte, con un altro strato di materiale o molecole organizzato o in massa. La parola "particelle" indica qualsiasi tipo di colloidi, molecole, virus, cellule, proteine, atomi, ecc. In this document, the word "monolayer" indicates a two-dimensional arrangement of particles. However, the monolayer itself could be chemically modified and coated, in whole or in part, with another layer of material or molecules organized or in bulk. The word "particles" means any type of colloid, molecule, virus, cell, protein, atom, etc.
Scopo della presente invenzione è quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore, fornendo un dispositivo che migliori il distacco del monostrato dal film liquido sottile sottostante, consentendo un più facile deposito del monostrato su superfici poste orizzontalmente, consentendo lavorazioni su substrati idrofili, come già previsto, ma non realizzato, nel documento anteriore WO-A-89/53920. Questa operazione è utile allo scopo di effettuare applicazioni industriali. The purpose of the present invention is to solve the aforementioned problems of the prior art, providing a device that improves the detachment of the monolayer from the underlying thin liquid film, allowing easier deposition of the monolayer on surfaces placed horizontally, allowing processing on hydrophilic substrates, as already provided, but not embodied, in prior document WO-A-89/53920. This operation is useful for the purpose of carrying out industrial applications.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell'invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un dispositivo come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l'oggetto delle rivendicazioni dipendenti. The above and other objects and advantages of the invention, as will emerge from the following description, are achieved with a device such as that described in claim 1. Preferred embodiments and non-trivial variants of the present invention form the subject of the dependent claims.
La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali: The present invention will be better described by some preferred embodiments, provided by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:
la Figura 1 è una vista laterale parziale di una realizzazione preferita di un dispositivo secondo la presente invenzione utilizzabile per il deposito di monostrati su supporti idrofili orizzontali; e Figure 1 is a partial side view of a preferred embodiment of a device according to the present invention which can be used for depositing monolayers on horizontal hydrophilic supports; And
la Figura 2 è una vista in dettaglio del dispositivo di Fig. 1. Figure 2 is a detailed view of the device of Fig. 1.
Con riferimento alle Figure, è illustrata una forma di realizzazione preferita, come esempio non limitativo della presente invenzione, di un dispositivo per la preparazione di monostrati di particelle o molecole e per il loro deposito su superfici. Tale dispositivo comprende innanzitutto, come noto, un gruppo 3 supportato da una struttura di supporto 2: tale gruppo 3 comprende mezzi (non illustrati in dettaglio perché noti) per iniettare un film liquido sottile contenente le particelle o molecole disperse in esso sulla superficie esterna di un elemento rotante 1. Tali mezzi comprendono comunemente un modulo di iniezione attraverso cui si iniettano reagenti di adsorbimento da mettere a contatto con le particelle in sospensione nel film liquido sottile; il modulo di iniezione consente anche di aspirare il film liquido sottile dopo la deposizione del monostrato sul substrato 5. With reference to the Figures, a preferred embodiment is illustrated, as a non-limiting example of the present invention, of a device for the preparation of monolayers of particles or molecules and for their deposition on surfaces. This device first of all comprises, as is known, a group 3 supported by a support structure 2: this group 3 comprises means (not illustrated in detail because they are known) for injecting a thin liquid film containing the particles or molecules dispersed therein onto the external surface of a rotating element 1. Such means commonly comprise an injection module through which adsorption reagents are injected to be put in contact with the particles suspended in the thin liquid film; the injection module also allows to aspirate the thin liquid film after the deposition of the monolayer on the substrate 5.
Inoltre, il gruppo 3 comprende mezzi (non illustrati) per regolare le caratteristiche chimiche delle particelle o molecole, che operano al fine di portare le particelle o molecole sulla superficie del film liquido sottile. Tali mezzi di solito comprendono un modulo di iniezione (che può essere quello sopra indicato oppure un modulo analogo), che consente la regolazione della densità di carica superficiale delle particelle o molecole tramite l'iniezione di reagenti di adsorbimento. Furthermore, group 3 comprises means (not shown) for adjusting the chemical characteristics of the particles or molecules, which operate in order to bring the particles or molecules to the surface of the thin liquid film. Said means usually comprise an injection module (which can be the one indicated above or an analogous module), which allows the regulation of the surface charge density of the particles or molecules through the injection of adsorption reagents.
Inoltre, il dispositivo dell'invenzione comprende mezzi 1 per trasportare le particelle o molecole adsorbite all'interfaccia gas-liquido del film liquido sottile in un monostrato uniforme, ove tali mezzi 1 possono essere costituiti anche dallo stesso elemento rotante 1 sopra citato. Furthermore, the device of the invention comprises means 1 for transporting the particles or molecules adsorbed at the gas-liquid interface of the thin liquid film in a uniform monolayer, where such means 1 can also be constituted by the same rotating element 1 mentioned above.
In particolare, il dispositivo dell'invenzione comprende inoltre mezzi distaccatori 7 per separare il monostrato dal film liquido sottille. Infatti, tali mezzi distaccatori costituiscono una sorta di "invito" al distacco del monostrato dal film e a tale scopo sono collocati immediatamente a valle dei mezzi 1 per trasportare il monostrato. In particular, the device of the invention further comprises detaching means 7 for separating the monolayer from the liquid thin film. In fact, these detaching means constitute a sort of "invitation" to detach the monolayer from the film and for this purpose they are placed immediately downstream of the means 1 for transporting the monolayer.
Come illustrato in particolare in Fig. 2, il dispositivo è atto ad operare su un substrato 5 che è costituito da una superficie rigida. A tale scopo, il dispositivo dell'invenzione è realizzato in modo da risultare mobile in senso orizzontale sulla superficie rigida 5 per depositarvi il monostrato. Per realizzare meglio il distacco del monostrato, che è la caratteristica peculiare del dispositivo della presente invenzione, tali mezzi distaccatori 7 sono preferibilmente costituiti da almeno un elemento allungato dotato di un labbro 9 atto a cooperare con i mezzi 1 per trasportare il monostrato, in modo da distaccare da essi il monostrato stesso quando esso viene a contatto con il labbro 9. As shown in particular in Fig. 2, the device is adapted to operate on a substrate 5 which consists of a rigid surface. For this purpose, the device of the invention is made in such a way as to be movable horizontally on the rigid surface 5 to deposit the monolayer therein. To better achieve the detachment of the monolayer, which is the peculiar characteristic of the device of the present invention, these detaching means 7 preferably consist of at least one elongated element equipped with a lip 9 adapted to cooperate with the means 1 to transport the monolayer, in a manner to detach the monolayer itself from them when it comes into contact with the lip 9.
Il labbro 9 è realizzato preferibilmente in vetro o un metallo nobile e genera, con la sua forma a scala asimmetrica, una sorta di compattamento meccanico del monostrato in deposizione, in maniera simile alla compressione laterale del metodo Langmuir-Blodget. The lip 9 is preferably made of glass or a noble metal and generates, with its asymmetrical scale shape, a sort of mechanical compaction of the deposited monolayer, similar to the lateral compression of the Langmuir-Blodget method.
Infine, il dispositivo dell'invenzione può essere dotato anche di mezzi 11 per la regolazione dei flussi dei liquidi di alimentazione, che sono dotati in particolare di almeno una vite filettata di regolazione. Finally, the device of the invention can also be equipped with means 11 for regulating the flows of the feed liquids, which are equipped in particular with at least one threaded adjustment screw.
Con il dispositivo dell'invenzione, è così possibile effettuare lavorazioni in orizzontale su substrati 5 di qualsiasi tipo, compreso quello idrofilo (cosa che non era possibile con i precedenti dispositivi) . Ad esempio, in questo caso, il substrato 5 può essere composto da una piastra di vetro pulita o un foglio di mica. E' ovviamente anche possibile utilizzare un substrato 5 di tipo idrofobo, come ad esempio un substrato 5 composto da una piastra di vetro o di metallo Con il dispositivo sopra descritto, si è in grado di realizzare i seguenti effetti desiderati: a) controllare la quantità della sottofase da lasciare sulla superficie di deposizione; With the device of the invention, it is thus possible to carry out horizontal machining on substrates 5 of any type, including hydrophilic ones (which was not possible with the previous devices). For example, in this case, the substrate 5 can be composed of a clean glass plate or a sheet of mica. It is obviously also possible to use a substrate 5 of the hydrophobic type, such as for example a substrate 5 composed of a glass or metal plate With the device described above, it is possible to achieve the following desired effects: a) control the quantity of the sub-phase to be left on the deposition surface;
b) evitare le perdite e altre modifiche incontrollate di questo tipo; b) avoid leaks and other uncontrolled modifications of this type;
c) essere in grado di modificare in parte o totalmente la sottofase risultante dopo la preparazione del monostrato al di sopra del flusso laminare sottile verso un'altra sottofase (gassosa, liquida o solita) che potrebbe avere sul monostrato i seguenti effetti: c) be able to partially or totally modify the resulting sub-phase after the preparation of the monolayer above the thin laminar flow towards another sub-phase (gaseous, liquid or usual) which could have the following effects on the monolayer:
non avere alcun residuo dopo l'evaporazione della sottofase nel o sul monostrato, e tra il monostrato e la superficie dì deposizione; indurre reazioni (biologiche, chimiche, fisiche, elettriche, meccaniche ed altre) sui monostrati; introdurre nel monostrato, tra il monostrato ed il substrato, o sul monostrato, alcuni additivi, oppure modificare la superficie di deposizione prima, durante o dopo la deposizione del monostrato, per vari scopi, come rammollimento o indurimento, adsorbimento (colla o lubrificazione chimica o fisica, ecc.), assorbimento (assorbimento chimico o fisico), catalisi a reazione superficiale, effetti elettrici (conduzione, isolamento, semiconduzione, superconduzione), effetti magnetici (memorizzazione di informazioni, effetti elettromagnetici, opto-magnetici, magneto-ottici, ecc.), effetti ottici (fosforescenza, fluorescenza, diffrazione, assorbimento, diffusione, riflessione, ecc.), effetti fotochimici (fotosintesi, fotocromatismo, ecc.); have no residue after evaporation of the sub-phase in or on the monolayer, and between the monolayer and the deposition surface; induce reactions (biological, chemical, physical, electrical, mechanical and others) on the monolayers; introduce in the monolayer, between the monolayer and the substrate, or on the monolayer, some additives, or modify the deposition surface before, during or after the deposition of the monolayer, for various purposes, such as softening or hardening, adsorption (glue or chemical lubrication or physics, etc.), absorption (chemical or physical absorption), surface reaction catalysis, electrical effects (conduction, insulation, semiconducting, superconducting), magnetic effects (storage of information, electromagnetic, opto-magnetic, magneto-optical effects, etc. .), optical effects (phosphorescence, fluorescence, diffraction, absorption, diffusion, reflection, etc.), photochemical effects (photosynthesis, photochromatism, etc.);
- produrre una sottofase gassosa sotto il monostrato con bolle, uno strato continuo dì gas o altre forme di volume gassose. Questi volumi gassosi potrebbero essere introdotti o creati in situ tramite alcune reazioni o processi chimici o fisici. Questi volumi gassosi potrebbero essere attaccati alla superficie di deposizione, sotto la superficie del monostrato, nello spazio tra le superfici citate, oppure in una combinazione delle tre posizioni citate in precedenza; - producing a gaseous sub-phase under the monolayer with bubbles, a continuous gas layer or other gaseous volume forms. These gaseous volumes could be introduced or created in situ by some chemical or physical reactions or processes. These gaseous volumes could be attached to the deposition surface, below the monolayer surface, in the space between the mentioned surfaces, or in a combination of the three previously mentioned positions;
essere in grado di modificare in parte o totalmente la sottofase o monostrato dopo la preparazione del monostrato al di sopra del flusso laminare sottile utilizzando la Zona di Trasferimento tra l'elemento rotante 1 e la superficie di deposizione tramite una qualsiasi combinazione di operazioni quali riscaldamento, raffreddamento, illuminazione, irraggiamento, vibrazione o suono, turbolenze, campo o corrente elettrica, campo o impulso magnetico e contatto con una superficie solida, sempre per gli scopi sopra citati. be able to partially or totally modify the sub-phase or monolayer after the preparation of the monolayer above the thin laminar flow using the Transfer Zone between the rotating element 1 and the deposition surface through any combination of operations such as heating, cooling, lighting, radiation, vibration or sound, turbulence, electric field or current, magnetic field or pulse and contact with a solid surface, again for the purposes mentioned above.
Sono state illustrate e descritte in precedenza alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione: ovviamente, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate. Some preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above: obviously, numerous variants and modifications, functionally equivalent to the previous ones, which fall within the scope of the invention as highlighted in the attached claims, will be immediately apparent to those skilled in the art.
In particolare, il dispositivo inventivo, come già visto in parte in precedenza, potrà essere impiegato in modo molto efficace e vantaggioso a livello industriale per la realizzazione di applicazioni di vastissima portata e interesse, tra le quali si possono citare come esempi non limitativi: In particular, the inventive device, as already seen in part previously, can be used in a very effective and advantageous way at an industrial level for the realization of applications of very wide range and interest, among which the following non-limiting examples can be cited:
impiego di particelle magnetiche per dischi magnetici di memorizzazione dati; use of magnetic particles for magnetic data storage disks;
ultrafiltrazione; e ultrafiltration; And
superconduzione. superconduction.
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