Nanodiamond seeding for thin film growth

Tutkin nanokokoisten timanttien asettumista kasvatusalustan pinnalle timanttiohutkalvojen valmistusta varten. Tutkielma esittelee nanotimanttien historiaa ja käyttökohteita kokeellisen osion ohella. Kokeiden aluksi kaupallista nanotimanttien ja veden muodostamaa liuosta laimennetaan joko vedellä tai etanolilla eri timanttikonsentraatioille. Kasvatusalusta, substraatti, kastetaan laimennettuun liuokseen, josta timantit asettuvat alustan pinnalle. Mahdollisimman pienten ja erilleen, mutta tiheästi, asettuneiden timanttien kerrosta tavoitellaan sileän reiättömän kalvon tuottamiseksi. Timanttikalvot kasvatetaan nanotimanttien muodostamasta kerroksesta kaasukasvatusmenetelmää hyödyntäen. Laimennetuista nanotimanttiliuoksista määritettiin dynaamisen valon siroamisen ja elektroforeettisen liikkuvuuden mittauksilla timanttien koko ja zeta-potentiaali, joka vaikuttaa timanttien paakkuuntumiseen liuoksessa sekä niiden vuorovaikutukseen pinnan kanssa. Liuoksia käsiteltiin ultraäänellä ja sentrifugoimalla timanttien paakkuuntumisen välttämiseksi. Asettumista puolijohtaville ja metallisille pinnoille verrattiin. Substraateille muodostuneita kerroksia tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla, atomivoimamikroskoopilla ja ionisuihkuanalyysilla. Mikroskooppikuvista määritettiin timanttien koko, korkeusprofiili ja niiden määrä pinta-alaa kohti sekä arvioitiin hiilen määrä. Ionisuihkuanalyysillä määritettiin hiilen määrä. Timanttien etäisyyksiä toisiinsa tutkittiin vertaamalla oikeita mikroskooppikuvia simuloituihin kuviin ja laskemalla kuvista timanttien tiheys etäisyyden funktiona. Dynaamisen valon siroamismittauksen rajakooksi nanotimanttiliuoksissa paljastui 0.2 nm, jota pienemmillä konsentraatioilla kokomittauksen tulokset erosivat huomattavasti kuvista määritetyistä kooista. Liuoksen käsittelyllä ei ollut merkittävää vaikutusta timanttien kokoon. Pienimmät timantit 19.0 nm ja eniten timantteja pinta-alaa kohti 4.5*10^10 cm^-2 saavutettiin piisubstraatilla, joka oli kastettu 2.0 g/l timanttikonsentraatioiseen etanoliliuokseen. Metallisilla substraateilla timantit kasaantuivat huomattavasti tiiviimpään kuin puolijohtavilla substraateilla. Hiilen määrä oli luokkaa 3--8*10^15 cm^-2 ionisuihkulla tehdyn alkuaineanalyysin mukaan. Simulaatioista havaittiin, että halkaisijaltaan pienemmät timantit voivat asettua lähemmäs toisia timantteja kuin suuremmat.The influence of the properties of nanodiamond seeding dispersions and substrate materials were studied to improve the seeding density for growing nanocrystalline diamond thin films. Particle sizes and zeta potentials of dispersions were analysed with dynamic light scattering and electrophoretic mobility. Scanning electron microscopy and atomic force microscopy images of seed layers were taken and analysed. The surface density of carbon was determined with ion beam analysis. The density variation of nanodiamond seeds was determined and simulated. The different treatments of dispersions have no effect on the particle size. The highest achieved seeding density of separated seeds was 4.5*10^10 cm^-2 and the smallest seed size was 19.0 nm both on same semiconducting substrate. On metallic substrates the particles accumulated. Surface density of carbon on semiconducting substrates was 3--8*10^15 cm^-2. Density variation indicated that smaller particles deposite closer to other particles than larger ones

Redox properties and in vivo magnetic resonance imaging of cyclodextrin-polynitroxides contrast agents

This paper reports the synthesis, characterization and in vivo application of water-soluble supramolecular contrast agents (Mw:5-5.6 kDa) for MRI obtained from β-cyclodextrin functionalized with different kinds of nitroxide radicals, both with piperidine structure (CD2 and CD3) and with pyrrolidine structure (CD4 and CD5). As to the stability of the radicals in presence of ascorbic acid, CD4 and CD5 have low second order kinetic constants (≤0.06 M-1 s-1) compared to CD2 (3.5 M-1 s-1) and CD3 (0.73 M-1s-1). Relaxivity (r1) measurements on compounds CD3-CD5 were carried out at different magnetic field strength (0.7, 3, 7 and 9.4 T). At 0.7 T, r1 values comprised between 1.5 mM-1s-1 and 1.9 mM-1s-1 were found while a significant reduction was observed at higher fields (r1≈0.6-0.8 mM-1 s-1 at 9.4 T). Tests in vitro on HEK293 human embryonic kidney cells, L929 mouse fibroblasts and U87 glioblastoma cells indicated that all compounds were non-cytotoxic at concentrations below 1 µmol mL-1. MRI in vivo was carried out at 9.4 T on glioma-bearing rats and using the compounds CD3-CD5. The experiments showed a good lowering of T1 relaxation in tumor with a retention of the contrast for at least 60 mins confirming improved stability also in vivo conditions