Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft Materials

Autores
Zaldivar, Gervasio; Pérez Sirkin, Yamila Anahí; Debais, Gabriel Federico; Fiora, Maria; Missoni, Leandro Luis; Gonzalez Solveyra, Estefania; Tagliazucchi, Mario Eugenio
Año de publicación
2022
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
The supramolecular organization of soft materials, such as colloids, polymers, and amphiphiles, results from a subtle balance of weak intermolecular interactions and entropic forces. This competition can drive the self-organization of soft materials at the nano-/mesoscale. Modeling soft-matter self-assembly requires, therefore, considering a complex interplay of forces at the relevant length scales without sacrificing the molecular details that define the chemical identity of the system. This mini-review focuses on the application of a tool known as molecular theory to study self-assembly in different types of soft materials. This tool is based on extremizing an approximate free energy functional of the system, and, therefore, it provides a direct, computationally affordable estimation of the stability of different self-assembled morphologies. Moreover, the molecular theory explicitly incorporates structural details of the chemical species in the system, accounts for their conformational degrees of freedom, and explicitly includes their chemical equilibria. This mini-review introduces the general ideas behind the theoretical formalism and discusses its advantages and limitations compared with other theoretical tools commonly used to study self-assembled soft materials. Recent application examples are discussed: the self-patterning of polyelectrolyte brushes on planar and curved surfaces, the formation of nanoparticle (NP) superlattices, and the self-organization of amphiphiles into micelles of different shapes. Finally, prospective methodological improvements and extensions (also relevant for related theoretical tools) are analyzed.
Fil: Zaldivar, Gervasio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Fil: Pérez Sirkin, Yamila Anahí. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Fil: Debais, Gabriel Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Fil: Fiora, Maria. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; Argentina
Fil: Missoni, Leandro Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Fil: Gonzalez Solveyra, Estefania. Universidad Nacional de San Martin. Instituto de Nanosistemas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Tagliazucchi, Mario Eugenio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Materia
REVIEW
MOLECULAR-THEORY
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
OAI Identificador
oai:ri.conicet.gov.ar:11336/210135
Acceder
id CONICETDig_39bbb5368653ac5883524776c61e8b90
oai_identifier_str oai:ri.conicet.gov.ar:11336/210135
network_acronym_str CONICETDig
repository_id_str 3498
network_name_str CONICET Digital (CONICET)
spelling Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft MaterialsZaldivar, GervasioPérez Sirkin, Yamila AnahíDebais, Gabriel FedericoFiora, MariaMissoni, Leandro LuisGonzalez Solveyra, EstefaniaTagliazucchi, Mario EugenioREVIEWMOLECULAR-THEORYhttps://purl.org/becyt/ford/1.4https://purl.org/becyt/ford/1The supramolecular organization of soft materials, such as colloids, polymers, and amphiphiles, results from a subtle balance of weak intermolecular interactions and entropic forces. This competition can drive the self-organization of soft materials at the nano-/mesoscale. Modeling soft-matter self-assembly requires, therefore, considering a complex interplay of forces at the relevant length scales without sacrificing the molecular details that define the chemical identity of the system. This mini-review focuses on the application of a tool known as molecular theory to study self-assembly in different types of soft materials. This tool is based on extremizing an approximate free energy functional of the system, and, therefore, it provides a direct, computationally affordable estimation of the stability of different self-assembled morphologies. Moreover, the molecular theory explicitly incorporates structural details of the chemical species in the system, accounts for their conformational degrees of freedom, and explicitly includes their chemical equilibria. This mini-review introduces the general ideas behind the theoretical formalism and discusses its advantages and limitations compared with other theoretical tools commonly used to study self-assembled soft materials. Recent application examples are discussed: the self-patterning of polyelectrolyte brushes on planar and curved surfaces, the formation of nanoparticle (NP) superlattices, and the self-organization of amphiphiles into micelles of different shapes. Finally, prospective methodological improvements and extensions (also relevant for related theoretical tools) are analyzed.Fil: Zaldivar, Gervasio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Pérez Sirkin, Yamila Anahí. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Debais, Gabriel Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Fiora, Maria. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; ArgentinaFil: Missoni, Leandro Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Gonzalez Solveyra, Estefania. Universidad Nacional de San Martin. Instituto de Nanosistemas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Tagliazucchi, Mario Eugenio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaAmerican Chemical Society2022-11info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501info:ar-repo/semantics/articuloapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11336/210135Zaldivar, Gervasio; Pérez Sirkin, Yamila Anahí; Debais, Gabriel Federico; Fiora, Maria; Missoni, Leandro Luis; et al.; Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft Materials; American Chemical Society; ACS Omega; 7; 43; 11-2022; 38109-381212470-1343CONICET DigitalCONICETenginfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.2c04785info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1021/acsomega.2c04785info:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/reponame:CONICET Digital (CONICET)instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas2025-10-22T11:23:43Zoai:ri.conicet.gov.ar:11336/210135instacron:CONICETInstitucionalhttp://ri.conicet.gov.ar/Organismo científico-tecnológicoNo correspondehttp://ri.conicet.gov.ar/oai/requestdasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.arArgentinaNo correspondeNo correspondeNo correspondeopendoar:34982025-10-22 11:23:43.933CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicasfalse
dc.title.none.fl_str_mv Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft Materials
title Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft Materials
spellingShingle Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft Materials
Zaldivar, Gervasio
REVIEW
MOLECULAR-THEORY
title_short Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft Materials
title_full Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft Materials
title_fullStr Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft Materials
title_full_unstemmed Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft Materials
title_sort Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft Materials
dc.creator.none.fl_str_mv Zaldivar, Gervasio
Pérez Sirkin, Yamila Anahí
Debais, Gabriel Federico
Fiora, Maria
Missoni, Leandro Luis
Gonzalez Solveyra, Estefania
Tagliazucchi, Mario Eugenio
author Zaldivar, Gervasio
author_facet Zaldivar, Gervasio
Pérez Sirkin, Yamila Anahí
Debais, Gabriel Federico
Fiora, Maria
Missoni, Leandro Luis
Gonzalez Solveyra, Estefania
Tagliazucchi, Mario Eugenio
author_role author
author2 Pérez Sirkin, Yamila Anahí
Debais, Gabriel Federico
Fiora, Maria
Missoni, Leandro Luis
Gonzalez Solveyra, Estefania
Tagliazucchi, Mario Eugenio
author2_role author
author
author
author
author
author
dc.subject.none.fl_str_mv REVIEW
MOLECULAR-THEORY
topic REVIEW
MOLECULAR-THEORY
purl_subject.fl_str_mv https://purl.org/becyt/ford/1.4
https://purl.org/becyt/ford/1
dc.description.none.fl_txt_mv The supramolecular organization of soft materials, such as colloids, polymers, and amphiphiles, results from a subtle balance of weak intermolecular interactions and entropic forces. This competition can drive the self-organization of soft materials at the nano-/mesoscale. Modeling soft-matter self-assembly requires, therefore, considering a complex interplay of forces at the relevant length scales without sacrificing the molecular details that define the chemical identity of the system. This mini-review focuses on the application of a tool known as molecular theory to study self-assembly in different types of soft materials. This tool is based on extremizing an approximate free energy functional of the system, and, therefore, it provides a direct, computationally affordable estimation of the stability of different self-assembled morphologies. Moreover, the molecular theory explicitly incorporates structural details of the chemical species in the system, accounts for their conformational degrees of freedom, and explicitly includes their chemical equilibria. This mini-review introduces the general ideas behind the theoretical formalism and discusses its advantages and limitations compared with other theoretical tools commonly used to study self-assembled soft materials. Recent application examples are discussed: the self-patterning of polyelectrolyte brushes on planar and curved surfaces, the formation of nanoparticle (NP) superlattices, and the self-organization of amphiphiles into micelles of different shapes. Finally, prospective methodological improvements and extensions (also relevant for related theoretical tools) are analyzed.
Fil: Zaldivar, Gervasio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Fil: Pérez Sirkin, Yamila Anahí. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Fil: Debais, Gabriel Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Fil: Fiora, Maria. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; Argentina
Fil: Missoni, Leandro Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
Fil: Gonzalez Solveyra, Estefania. Universidad Nacional de San Martin. Instituto de Nanosistemas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Tagliazucchi, Mario Eugenio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
description The supramolecular organization of soft materials, such as colloids, polymers, and amphiphiles, results from a subtle balance of weak intermolecular interactions and entropic forces. This competition can drive the self-organization of soft materials at the nano-/mesoscale. Modeling soft-matter self-assembly requires, therefore, considering a complex interplay of forces at the relevant length scales without sacrificing the molecular details that define the chemical identity of the system. This mini-review focuses on the application of a tool known as molecular theory to study self-assembly in different types of soft materials. This tool is based on extremizing an approximate free energy functional of the system, and, therefore, it provides a direct, computationally affordable estimation of the stability of different self-assembled morphologies. Moreover, the molecular theory explicitly incorporates structural details of the chemical species in the system, accounts for their conformational degrees of freedom, and explicitly includes their chemical equilibria. This mini-review introduces the general ideas behind the theoretical formalism and discusses its advantages and limitations compared with other theoretical tools commonly used to study self-assembled soft materials. Recent application examples are discussed: the self-patterning of polyelectrolyte brushes on planar and curved surfaces, the formation of nanoparticle (NP) superlattices, and the self-organization of amphiphiles into micelles of different shapes. Finally, prospective methodological improvements and extensions (also relevant for related theoretical tools) are analyzed.
publishDate 2022
dc.date.none.fl_str_mv 2022-11
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
http://purl.org/coar/resource_type/c_6501
info:ar-repo/semantics/articulo
format article
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/11336/210135
Zaldivar, Gervasio; Pérez Sirkin, Yamila Anahí; Debais, Gabriel Federico; Fiora, Maria; Missoni, Leandro Luis; et al.; Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft Materials; American Chemical Society; ACS Omega; 7; 43; 11-2022; 38109-38121
2470-1343
CONICET Digital
CONICET
url http://hdl.handle.net/11336/210135
identifier_str_mv Zaldivar, Gervasio; Pérez Sirkin, Yamila Anahí; Debais, Gabriel Federico; Fiora, Maria; Missoni, Leandro Luis; et al.; Molecular Theory: A Tool for Predicting the Outcome of Self-Assembly of Polymers, Nanoparticles, Amphiphiles, and Other Soft Materials; American Chemical Society; ACS Omega; 7; 43; 11-2022; 38109-38121
2470-1343
CONICET Digital
CONICET
dc.language.none.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.2c04785
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1021/acsomega.2c04785
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/
eu_rights_str_mv openAccess
rights_invalid_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv American Chemical Society
publisher.none.fl_str_mv American Chemical Society
dc.source.none.fl_str_mv reponame:CONICET Digital (CONICET)
instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
reponame_str CONICET Digital (CONICET)
collection CONICET Digital (CONICET)
instname_str Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.name.fl_str_mv CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.mail.fl_str_mv dasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.ar
_version_ 1846781768584134656
score 12.982451

Publicaciones similares