6
Freeze-Drying of Soft Nanoparticles with Projection Coronas Forms Three- Dimensional Microconstructs** By Tatsuo Kaneko, Kazuhiro Hamada, Ming Qing Chen, and Mitsuru Akashi* The self-assembly of organic [1,2] and inorganic [3±6] particles can lead to various constructs with unique morphologies. Ve- lev et al. reported the dielectrophoretic assembly of gold nanoparticle wires, [3] and Caruso et al. produced thin films of gold nanoparticles and hierarchically ordered monoliths of zeolite nanoparticles. [4,5] On the other hand, the three-dimen- sional (3D) assembly of organic particles can be manipulated by various organochemical modifications and can be con- trolled to give a wide-range of sizes. These features are impor- tant in the study of biomedical materials that use nanoparti- cles with immobilizing bioactive molecules on their surfaces, as well as in photonic devices prepared by colloidal crystalli- zation [7] of nanoparticles, comparable in size to the wave- length of visible light (about 200±800 nm). Three-dimensional microconstructs with spherical morphology have been formed by the organization of nanoparticles on a spherical solid tem- plate, i.e., hetero-assembly, [8,9] which creates constructs based on nanoparticle±template interactions, and the construct mor- phology is controlled by the template shape. The organization of only one species of nanoparticles (homoassembly) can also lead to 3D microconstructs, some of which have been pre- pared by interparticle accumulation on a droplet template in a liquid±liquid [10±12] or an air±liquid system. [13] As the morphol- ogy is determined by the droplet shape, the constructs were always spherical or hemispherical. Homoassembly may rep- resent a simple bottom±up technique using interparticle inter- actions and may be a basic step leading to the development of more complex organization methods, such as hetero-assembly. However, to the best of our knowledge, there have been no studies on 3D-microconstruct formation using simple poly- meric-particle homo-assembly without a solid or liquid-drop- let template. We have demonstrated an efficient one-step method for controlling the shape of a nanoparticle. [14,15] Here we report that freeze-drying results in the successful forma- tion of 3D microconstructs by the simple homo-assembly of shape-controlled polymeric nanoparticles, by using physical interactions such as the exclusion force from freezing water. We recently prepared uniform nanoparticles of poly(sty- rene-co-acrylonitrile-co-poly(ethylene glycol) monomethoxy methacrylate, poly(St-co-AN-co-PEGm)s, with projection coronas (Fig. 1a) by the dispersion radical polymerization of monomers in an ethanol±water mixture. [14,15] The projection size increased with increasing polymerization period, whereas the polymer composition did not change. [15] Polymerization for 1 h yielded nanospheres without projections (Fig. 1c). The projections began to appear at 2 h, and after 3 h the projec- tions gradually began to grow (transmission electron micros- copy (TEM) images inset in Figs. 1d,e). However, we pre- viously showed that the number of projections per nanosphere remained at 26 ± 2, regardless of the polymerization period after 2 h. [15] Figures 1c±e show scanning electron microscopy (SEM) im- ages of nanoparticles with various projection sizes, freeze- dried from the water-dispersion state. When the polymeriza- tion time was 1 h, no projections were studded on the nano- particles, and no specific arrangement was created (Fig. 1c). On the other hand, nanoparticles prepared by polymerization for 3 h formed projections on the nanosphere surface, the ge- ometry of which was measured by TEM (Fig. 1d, inset). We defined the projection geometry by its height (d 1 ), diameter at half height (d 2 ), and the central interval (d 3 ) between pro- jections, as shown in Figure 1f. A data set of 30 projection val- ues gave d 1 = 24±26 nm, d 2 = 39±42 nm, and d 3 = 78±85 nm. The nanoparticles were arranged hexagonally in a dense pack- ing pattern (Fig. 1d). The nanoparticles prepared by polymer- ization for 4, 5, and 6 h also showed a hexagonal arrangement. Since d 2 is close to half the value of d 3 , the projection coronas of the nanoparticles may be able to mesh with each other, as shown in the inset of Figure 1d (white arrow), to create a larg- er contact area corresponding to at least one projection sur- face area of 2.5 10 3 nm 2 . More contact surface area is created in this way than by point contact between the spherical nano- particles, thereby enhancing surface interactions. However, the nanoparticles prepared by polymerization for 24 h were not as densely packed and showed an irregular arrangement (Fig. 1e). In this case, the projections showed values of d 1 = 55±61 nm, d 2 = 71±75 nm, and d 3 = 76±85 nm (Fig. 1e, in- set). As the projections grew for a long polymerization period, the space between the projections became narrower, and d 2 became close to d 3 , which, thus, prevented the nanoparticles from meshing. Figure 2 shows demagnified views of the SEM image shown in Figure 1d. One can observe various constructs formed from the nanoparticles prepared by polymerization for 3 h: a rod- like 3D construct with flat surfaces (Fig. 2a), a spherical con- struct with only a convex plane (Fig. 2b), 3D constructs with COMMUNICATIONS 1638 2005 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim DOI: 10.1002/adma.200401288 Adv. Mater. 2005, 17, 1638±1643 ± [*] Prof. M. Akashi, Prof. T. Kaneko, K. Hamada Department of Applied Chemistry Graduate School of Engineering, Osaka University 2-1 Yamadaoka, Suita, 565-0871 (Japan) E-mail: [email protected] Prof. M. Akashi, Prof. T. Kaneko Core Research for Evolutional Science and Technology (CREST) Japan Science and Technology Agency (JST) Kawaguchi Center Building 4-1-8, Honcho, Kawaguchi, 332-0012 (Japan) Prof. M. Q. Chen School of Chemical and Material Engineering Southern Yangtze University Wuxi 214036 (P.R.China) [**] This work was financially supported by CREST from the Japan Science and Technology Agency and was partly supported by Sekisui Chemical Co. Ltd. Supporting Information is available online from Wiley InterScience or from the author.

Freeze-Drying of Soft Nanoparticles with Projection Coronas Forms Three-Dimensional Microconstructs

Embed Size (px)

Citation preview

����������� �� ��� ���������������� ��������� ������ ����� ��������������� ����������������

�� ������ ����� ����� �� �������� �� � �� ���� ��� � ����� ���� �

� �� �������� � ������������ ��� �������������� ����������� ��� �� ����� � ������ ��� !�� ��" ����������# $��� � ��# ������ � ������������� ������� � ��������������� !������� ��� %�� �� � ��# ���� �� ��� ���� � ���� ������������ ��� ����������� ����� �������� � &���� ������������#�'�(� )� � ��� ���� � �������������� *�+, ������� � ������� �������� ��� � ����� ������ ����� � ������������ ���� �������� ��� ��� � ���������� �� ��� � !������� � ��&�# �� �� �� �� ���������� �� � �� �� � ��������� �������� ��� � ������������� !�� ��������&��� �������� ���� �� �� ��� � � ������ !�� �� �� ������� ����� ������ �� ��������� ����������&������-� � ������������� ��������� �� ��& �� � !������� � ������ ���� *��� � �..�/.. ��,# ������������������������ ��� !�� ������� ��������� �� �� ������ � ������&����� � ������������ �� � ������� ����� �������� �##� �������������/�0� !�� ����� ������ ��� ������ ������������������ ������������ ��� � ������ �� ���������� �� ��������� �� � ������ ���# � ������&������ ���� �� ����� � ������������ *����������, ��� ������� �� �+ ����������� ���� ��� � !�� �� �� ������� �� ����������� ��� � ������ �� � ������ ������ �� ���" �����" ����.���� �� �� ������" �� �����#���� 1� � ���������� �� ������� �� � ������ ���� � ������ ��� !���!��� ������� �� ���������# 2���������� ��� ������� � ����� ������� � ����" ���� ����������� ������������ ��� ��� � � ����� ��� ������ �� � �������� � ��� �����3 ������&����� ������ � � �� �����������#2�!��� �� � ��� � � � 4��!���� �� �� �� ���� ��� �� �+������������ �� �������� ���� ����� �����

������������ ����������� !��� � � ����� �� ��" ���������� ������# 5 �� ���������� �� ����� ���������� �� ����������� � ��� � � �����������#��'��(� 2�! ����� ��� �&������� �� ��� �� � � ���� � ��������� � �+ ����������� ��� �� � ����� ����������� � ������������� �������� ������������� �� ���� ������������������ � � �� � 3�� ���� ��� ��� �&��� !���#5 ������ ������ �� ��� ������������ � ����*����

��������������������������*���� ������, �������3����������� ����*6�����17����89:�,�� !�� ���;������������ *<��# ��, �� � ��������� ������� �������&����� � ������� �� �� ������!��� ��3� �#��'��(� � ���;�������& ������� !�� ��������� �������&����� ������ !���� ������ ����������� ��� ��� ����#��(� 8������&����� �� � ����� �������� !��� � ���;������ *<��# ��,# ����;������ ���� �� ����� �� � � ��� � �� � � ���;������� ���� ���� ���� �� ���! *������������ ������ ����������� *�9=, ����� ���� �� <���# ���,# 2�!��� ! ������ ��� ��!� ��� � � ��� � ���;������ �� ������������� �� �� � �� �������� � � �������&����� ������ �� � #��(�

<�� �� ��� ��! �������� ������ ���������� *69=, ������ � ������������ !�� ����� � ���;����� ��&�� �&����� ��� � !������������� ����# 5� � �������&������ ��� !�� � � �� ���;������ !� �� ��� �� � �������������� ��� �� ���� �� ��������� !�� ����� *<��# ��,#)� � ��� ���� ������������ ������ �� �������&����� �� � ���� ���;������ �� � ������� � � ��� � ������� � !�� !�� ��� �� �� �9= *<��# ��� ����,# 5� ��� � ���;����� ������ �� ��� ��� *��,� �������� �� ��� *��,� ��� � ������ ������� *��, ��!� ����;������� �� ��!� �� <�� � � # 1 ���� �� � �. ���;����� ���� � ��� �� > �'��� ��� �� > �0�'� ��� ��� �� > -/�/( ��#� ������������ !� ������� 3�������� �� � ��� ���4���� ������ *<��# ��,# � ������������ ������ �� ��������&����� �� '� (� ��� � ���� ��!� � 3������ ���������#6��� �� �� ���� �� �� � ��� � ��� � ���;����� �������� � ������������ ��� � ��� �� �� !�� �� ���� ����!� �� � ���� � <�� � �� *!�� ����!,� �� ���� � ������ ������� ��� ������������ �� �� ���� �� ���;����� � �� �� ��� � �#( ?�.� ���# =�� ������� � � �� ��� �� ������� ��� !�� ��� �� ����� ������� ��!� � ������� �������������� ���� ������� � � �� �����������# 2�!���� ������������ ������ �� �������&����� �� �' !���� �� ����� ���4� ��� ��!� �� ���� ��� ���������*<��# �,# @� ��� ���� � ���;������ ��!� ��� � � �� > ((��� ��� �� > -��-( ��� ��� �� > -��/( �� *<��# �� �����,# 1� � ���;������ ��! �� � ���� �������&����� ������� ���� ��!� � ���;������ ���� �����!�� ��� ������ ���� �� ��� !��� � �� ������ � ������������ ��� �����#<�� � � ��!� ������ �� ��!� � � 69= ���� ��!�

�� <�� � ��# )� ��� ����� ����� � ������ ��� ���� ���� ������������ ������ �� �������&����� �� � A � ������4 �+ ������ �� !�� ��� � � ��� *<��# ��,� � ������� ������� �� !�� ���� � ����3 ���� *<��# ��,� �+ ������ ��� !��

��

��

��

�����

��

���� � ���� ������ ������ ��� � ��� ����� �������� ���� ���� �� ������ ���� ����� ��� �� � !"#� $!

�%&' (��)� *� �+�,��� (��)� -� ����+�� �� ���.�

/�0��1���1 �) �00���. �����,1�2���.3�1� 45���� �) ������������ 6,�+� 7��8��,�12�� ���.��+�� 43�1�� � ��"9� :;�0��<�����= �+�,��>5���������,�+�3��5�?0(��)� *� �+�,��� (��)� -� ����+����� @�,���5� )�� �8��31����� 45���5� ��. -�5������2 :�@�4-<;�0�� 45���5� ��. -�5������2 ����52 :;4-<��A��35�� ���1�� B3��.���$�"� ��5��� ��A��35��� !!����� :;�0��<(��)� *� C� ����45���� �) �����5�� ��. *�1����� �����������4�31���� ���1D� 7��8��,�12�3E� ��$�! :(�@������<

%&&' -��, A��+ A�, )����5����2 ,300��1�. �2 �@�4- )��� 1�� ;�0��45���5� ��. -�5������2 ����52 ��. A�, 0��1�2 ,300��1�. �2 4�+�,3������5�� ��� �1.� 4300��1��� ��)����1��� �, �8������� ������ )�������2 ��1��45���5� �� )��� 1�� �31����

���������� ���������� !�� ��� ������ ��� ����3����� *<��# ��,� ��� ��������� ��� ���4���4 �+ ������� ��� *<��# ��,# � ������ � � ������� ������ �������� ��!� �#(��. ��� !��� � ��& � � ��� ������� ��� ����� ��!� (��. ��# 2�� ! �� ���� � ������������� �������� � ����������� �+ ������ ���# 5 ���� �� ��� � ����������� �� �� � ���� � ������� ������������!�� ����� ����� *� � �� ���� ������� �� ����3,� ��� ����� � ����������� ������� !�� ���������� ���� ��� �����# <��� ������������ ������ �� �������&����� �� � �� � � ������ �!� ��������� ����������� ���� ������� � ��� ��..��.. ������������� !� ����� �� � !�� ��� � �69= ���� */. ���,# 1����� ��� � � ������������ ; �� ���� �������� !�� ���������� ���� ��� �����# � � ���� ����� � ������������ ������ ����������� ��� !�� ������ �.�(B# )� � ��� ���� �� � ����������� ��� �������� �� �������&����� �� ��� ��� � � ������ ��� � � ������������ *C 00#.B, !� ����������� ���� ������������ ���� ��� ����� � �� � ����� � � ���;������#5 �3� ������ � ��������� � � �+ ����������� ������� �� ����A ��� � ������� ��� ��� ����������� ���!�� ��� ��� �!� ��� ������ � � �� ���� ��� ������#��� � ������� �+ ����������� ��� !�� ���� �� ����3����� � � �� ����� ������� ��� ��� ���# ��� � �������� �+ ����������� ��� ��� �� �� ���� �� ����������� ��� ������ ������� ��� � �����3 ���������#<�� ������������ ������ �� �������&����� �� � �� � ����� � ��� � !� ��� ������� !�� ��� � ���������

��� ��� !� ��� ���# @� � � ��� � *<���# ����,� ! �������� � ��� �� � �� �� ����� ����� ��.��(. ������������ ��� ����� �� �� ��� � �. ... ���� �� � D �B � ��� �� �(��.B � ��� �� ��� -.�-(B � ��� �# @� ���� ���� ��� � �. ����������� ��� !�� � ���4���4 �+ ���������� !� ���� ����# @� � '�� ��� �� ��� � ������������ ��� !� ���� ���� � � � ��� �� � ��� � ������������� �� �.��(B� !�� � ��� �� � ��� � �������������� �� -(�/.B# @� � �� ��� �' ��� ��� ���� ������������ ��� !� ���� � � ���� � �� !� ���4�*<��# �,� ��� � � � ��������� ������� ���� �� �� ��� ��������# @ ! ��! � � �� � � ������ �� � 69=���� ���� � � ����� �� � �� ���!�� ��� � � ��� � ������������ ��� ��������� !�� ��� ��� � ��� � ������������ ��� ����4��� �� � ����� ���� ������# ��� ����������� ����� ��� � ��� � ����������� ��� !� ������ �� ����� � � ������ ���E�� �� ��� ����������� ���#5� ! ���!�� ���� !��� *� �F, �� � �&����� ���

��������� ��� *.#.( ��, ��� ��� ���!�� ����������� �������� ����� *( ���, �� �. � �� !� � ���� ��� ���������# ��� ������������������� ���� !�� �� �� �� !4�� !��� �� ���� ������ � �������� � � ����������� ����������� �� ��&� ���������� ��� � 89: ����� �� � ������������ �� � � �� !� � ������� ��������� �� ��������������� � � ����������� ���# 69= ����������� � ������������ ��� ���� ��� ������ ���������� ��!� ����� !� ��� ���4� �� � ����������E������ ������� ����������� ��� �� !� ���������� �� � �� � ��� �� ���4

��

��

��

������

���� ����� ��� �� � !"#� $! ��� ��� ��� � ���� ������ ������ ��� � ��� ����� �������� ����

lm n

NO O

O

37

c d e

100nm 100nm

f d3 d1 d2 d1: height d2: diameter at half height d3: center interval

SEM stage

dispersion

glassLiq. N2

a b

������ � (��0���1��� ��. ���0�����2 �))���D�.���. ����0��1�5��, �) 0��2:41� �F� (�� ��5���������<, )��� 1�� A�1��.�,0��,��� ,1�1�� �< �����5�� ,1�3513�� �) 0��2:41� �F� (�� ��5���������<,� -�� 3��1 ��1�� �)�G�G� �, ����,1 5��,1��1 �1 $$=��=��9 �����.��,, �) 1�� 0��2����D�1��� 0����. %� '� �< 45����1�5 ���3,1��1��� �) 1�� ,2,1�� )�� )���D�.�2��� 1�� .��0��1 �) ����0��1�5�� .�,0��,��� ��1�� 4�* ,1���� 5< 4�* ����� �) 1�� ����0��1�5��, )����. )��� 1��0��2��� 1��1 ��. ����0��2����D�. )�� � �� .< F���0��1�5��, )����.)��� 1��0��2��� 0��2����D�. )�� ! �� � ��0��,��1�1�8� -�* ����� 3,�. )�� ���0�����2����2,�, �, ,��A� �� 1�� ��,�1� A���� 1�� A��1�����A ,��A, 1�� ����0��1�5�� ������ �� 1����,�� �< F���0��1�5��, )����. )��� 1��0��2��� 0��2����D�. )�� �$ �� � ��0��,��1�1�8�-�* ����� 3,�. )�� ���0�����2 ����2,�,�, ,��A� �� 1�� ��,�1� )< /�)���1��� �) 1�� 0��?�51��� ���0�����2� 5#�< 45��� ���,= � ���

� �� ������ ������# )� � ��� ���� 69= ������������ � ����������� ��� � �� ���� ��������� *��� ���(. ���, � � ���������� ��� ���� �� � ��� ��� ������ ���� ������ ���������� ��!� � ������� ���4 �� ��� � ������������ ��� *<���# ����,# �� ����������� � ���� ���� ������� ������������� !�� ������������� ���������� ����� � ��� ���� � �������� ������ � ���� � ��������������� ��� �� ��������� ���4� � ����� � ��� � � ������������ ���# 6��������� � ����������� ��� !� � ���� ���

������� �� �� ������� ��� ���� � � � ������ *����� � ������� � ����G .#.� =,� � � �� ��� ���������� ���� ������������ ��� ��� ��� �����#�� �� ��� �������� � ���� ��� ������ ����� �� ������ �� ������ ���� � ����������� �������� ��� !� � ���;������ ��������������� � �� �� ���� � !�4 � � �� ����������!��4��� ��!� � 89: ��� � ����� !�� ������ ��� �� ������&� ������ �����# � �������� ���4�� � � ����������� ��� �� � !�������������� ������ ��� ��������� �� ���������������� � ����������� �� ��� �� �# <�� � ����!� ��� ���� � � ������� ��� ���������� ����� ���� �� <�� � ��� � ������� � � ������������ �� ��� � �� ��� � � �� ������ ���� � ���������� ������# @� ��� ����� !���� � �� � ��� � ���4� �������� ����������� ��� ����������� ���� ���������� � �� �� ������������� �����# �� ����������� ���������� � ��� � ����������� ��� ��� ��� � ����!#)� � ��� ���� � ��� � ��� � ������������ ��� !� ��� ���4� � ���� � ����������������� ���������� ��� �� ����������� ��� !��� �� ��� � ��� � ����������� ���# �� ������ � ������� � � ��� � ��� � ������������ ���� ! �������� ��� ���4 ��!� ��� � � ����������� ���# 69= ����������� � � ����4� ������ ��!� ��� � ��� � ��� � ������������ ��� !� ��� ����!#5 �� ��� ������� � ������� ���� � �����

�������� ���� ���� �� �� ��� � ��� � � � ������ � �� ����������� �� �� ��� ���� ��� ����� ��� ���� !� � � ��� ��������� ��� �������� ���� �� � 69= �����# � �������� ������� ���� �� �� ����!�A ��� �A �.�(B���� �A ��/B� ��� �A 0��0/B� ��� ���4���4 �+������ ���A �.�(B# 6��� ��� � � ��� � ������������ ��� !� ����!� � ����� � ��� �� � ����������� �������� �� ��� � !�� ������ ������ �� ��� �# < ������� � ��� � ��� ����!����������� �� !�� ������� � ��� ������ ���� ���� ����� ���� ��������� �� ���������� � ��� � ������������# �� ��� � ���� ����� ������� � ������������ ��� !� �������� �� ���� � ��� � ����������� ��� ����� !����*��/B,#<�� � ������������ ������ � �� ��� �

� �������&����� ������� � �&������� ��������� �� ��� � ������������ �� ������� ��� �� ����������#)� � ��� ���� �� �������� ��� ��� ��� � !� ����������� � ��� � �� ������������ !� �������� ������� �� ���� ������ � �� � ����� � ������� �� ��!� �� ����������� 69= ��������� � � ������������ ������� �� �������&����� �� � *<��# ��,# ��� �� �� � ������� ��������� � � �&������� ������� ��� ������������� � ����������� ����������� �� !�4#

��

��

��

�����

��

��� � ���� ������ ������ ��� � ��� ����� �������� ��� ��� ��� ���� ����� ��� �� � !"#� $!

a b

c d

e

Type 1 Type 2

Type 3

Type 3

Type 1

Type 2

������ � 4�* �����, �) 1�� ��5��5��,1�351, 5��0�,�. �) ����0��1�5��, �) 0��2:41� �F� (���<, )���D�.���. )��� 1�� A�1��.�,0��,��� ,1�1�� �#.< H���D�.���.����0��1�5��, )����. )��� 1��0��2��� 0��2����D�. )�� ! �� -��,� �����, 0��8�.� .������)��. 8��A, �) H��� �.� �< � 120�5�� ��.��+� ��5��5��,�351 ��8��� � )��1 ,3�)�5���< � 120�5�� ,0����5�� ��5��5��,1�351 :5��8�E ,3�)�5�<� -�� ��,�1 0��8�.�, � 5��,�308��A� A���� �� ����A ,��A, 1�� ��1��0��1�5�� ,0�5� �� 1�� ,3�)�5�� 5< 4���1�,3�)�5�.��5��5��,1�351, A�1� 5��0��5�1�. ���0�������, ��5�1�. �� � ��5��5��,1�351 ��8���� 5��5�8� ,3�)�5�� -�� ��5��5��,1�351 ��, �����+� ������, ,300��1�. �2 ,3�)�5� ��1���51���, :A��1� ����A,<� .< *��2 ��5��5��,1�351, A�1� ,0����5�� :���5+ ����A,< ��..�,+��+� :A��1� ����A,< ���0�������,� �< H���D�.���. ����0��1�5��, )����. )���1��0��2��� 0��2����D�. )�� �$ �� -�� ��5��5��,1�351 ��, ,�8���� 5��5+,� 45��� ���,=��5#�< �� �� ��. �< � ���

@� ��������� ! �� ���� �� 3������ ������������ ���������� � � �&������� ������ �� ����������� �� ��������#5� � ��������� � � ������������ *� , !�� ���&� ��� �� ��!� ������ � ����� �� ����������� ��� !��� !� ���������� �� 69= *<��# ��,# ��� �� �� ����������� ������ �� � ��&� ���� �� �� ���� �� ���������������� �� ��������# � �+ ����������� ��� !� �������� ������ �� �� ������ ��� �������� ��� � � ������ ������ � ������� �� � ������� ���# � � � �� ����������� �������� ������������ ����� ��� � ��������� !�� ������������������� � � 89: �������� !�� ���� �� � � � �� ��� ����� �� � ������������# � � ���� � ������ � !��� ��� � ������� ��� �� �&������� �� �� �� �� ����������& � 89: �����# � �� ! �� ���� � !������� H���� �� � ������� *51H+, �� ��# � 51H+ ������� � � �+ ������������ ��� ��!� � � �������� �� ������� ��4� �� ��>�-#���0#(� ��#'� ��� �0#(I *�A �� ������� ����,� ������������ �� ����������� 89: *����� ��� ���� �� ������� ��4�,���� ��� ����������������� *817, * ���� ��� � �� �� ������� ��4�,#��-� ����� �� ��!� ��� � 89: ����� �� � ������� ��� � ������������� ��� � ���������&�� ���������� ��� � 89:����� � ��� ������������ �� ������ ���4� ���� � ����������� ��� ��� � �������� ����������� �� ������ ��#� ����������� ��� ���� � ���� � �&������� ����

��� !� �������� ��� ����� �&�����# 69= ������

����� ��!� �� ���4� ����������� ���� �������� ��� �������� �&������� ����� ��� ��� � �� �� �������# )�� ��� ���� ��� � � �������� ����������� ��� !� �&���!� ��� �� ���� �� ���� ������ �# 69= ����������� ��!� ��� ��� � �� ����������� ��� 4����� ����� � � ���� �������� ���� ������������ *<��# �,#)� ������� 3��������� �� ��� ��� ����������� ��� !����4� ���� ������������ �� ���!��� �� ���� �� ��� ������������ � � �� !�� ������# 9�� � �! ������������ ��� !� � ���� �� ��� ���!��� ��� �� !� �� ��������� ���� ������������ �� � ������ ��!���#=���������� �� �������� ��� � �&������� � �����

�������� ������ �� � ��������� �������&����� � 6�� 17���� 89:� !�� ���� ��� ���� �� � �� ��� � 69= ������������# 6��� ������������ !�� ���;������ *�������&� ����� ��� � , � ���� ��� ���� �+ ����������� ���� ���� ���;������ � �������� *�������&� �� � , ����� ���� ��� ����������� ���� ! ����� � ��� � ���;���������� �� ��������� ���# ) ��� � ������ ������ �� ������������� ������ �� �������&����� �� � !� ����� ����� �� ������ ����������� ���� �� � ���;�������������� ��� �� �� � ���� ���������� �� ����������� ���� � ����������� ������� ���# 6��� ��� � ������������� !� !���������� �� !��� � �� ��� ���������� � ��� �� !� � ��� ��� �� � ���� ��� �� � !���

��

��

��

������

���� ����� ��� �� � !"#� $! ��� ��� ��� � ���� ������ ������ ��� � ��� ����� �������� ����

c

a

e d

b

������ � 4�* �����, �) ����0��1�5��, )����. )��� 0��2:41� �F� (�� ��5���������<, 0��2����D�. )�� ! � 1��1 A��� .���. )��� 1�� A�1��.�,0��,��� ,1�1� �2 8����3, ��1��.,� ���< -��0��2��� ����0��1�5��, 1��1 A��� )���D�.���.� ��.�,0��,�. �� 03�� A�1��� ,��+��� ��. 1��� ,0��1����3,�2.���. �1 ���� 1��0���13��� �< -�� ,0����5�� ��5��5��,1�351, A��� 0��1����2 ���+�� 1� 5��)��� 1��1 1��2 )����. �����A ,1�3513��,� �< ���,� 30 8��A �)� 120�5�� ���+�� ,0����5�� ��5��5��,1�351� -�� ����0��1�5�� ����������1 ��,�.� 1�� ,���� A�, 5��)����. 1��3�� 1�� ����� 5< -��0��2��� ����0��1�5��,1��1 A��� ,0��1����3,�2 .���. �1 ���� 1��0���13�� �� 1�� ���,, ,3�,1��1�� .< -��0��2��� ����0��1�5��, 1��1 A��� )���D�1��A�. :��1 )���D�.���.< ��.1��� ,0��1����3,�2 .���. �1 ���� 1��0���13��� F� ��5��5��,1�351, A��� ��,��8�.� �< -��0��2��� ����0��1�5��, 1��1 A��� )���D�.���.� ��.�,0��,�. ��03�� A�1��� )���D�1��A�.� ��. 1��� ,0��1����3,�2 .���. �1 ���� 1��0���13��� 45��� ���,= ���< �� �� ��. �#.< ����

���� �� ��� �� �� ��� �������# �� ��� � ������������� ���� ��� � ��������� ���� �� ���� ������ � ������ ��� ��� ����������� ���# + ���� � �&������� �������� � ������������ �� �� � ���������� ��� ��� ����� 3�� ���� ��� � �&��� !���� ��� ������� �� ���� �������� ����������� ! ������ ���� ���� �������� ������� ��� ������ � ��# �� ���� �������� ��� � ����������� ������� �� �� ��������� �� ����� ������������ �� ������� �����������# 1 ������� 3��������� �� ��� �� ��� � ������������� !� �������� �� � 3�� ���� ��� � � �&���!���� ��� �� � ���!��� �� ��� �� � �� � ��������� ���� � ��������� !���� � ��� ���� �������� ����� ���� ��� ���� ������ ���� ���# � � � �� ��� ���� ������ �� � ����� � � ���;������� !�� ������������ ���� � ���������� ��� *<��# ��� ����,# @� ���� ! ���� ����������� ��� !�� ������4 ������ ���4� �� !������!� �� <�� � ��� !�� !� � ������ ����� �� � � �� ����# � ����������� ��� 4�� ��� ��� � ���� � ����������� ��� ������ ������� !��� 2� � ��# ������ ������������ ������� ���� ������ �� � � ����� ������ ������ ; �� �� ������#��/� ��� ���������� �������� ��� ������ ����! ����������� ��� ������� � ������������!�� ���;������ �� ��� �����# � ���;������ ��� ���� ����������� ��� �� ������� � � � �� ����# )� � ������� � ����������� ��� !� ��������� ���4� �� � ������������ � � �������� ��� ����# 5 ��� � ��� � �������� ���4� ���� � � �� ����������� !�� �� �� ��� � � ����� � ������������� �������# 5 ������� � 4��������� � � ������� ����������� �� *!���� �> �#- ? �.��' 4�,�������� � �... ������������ *������A �#� � ����� ��������� � � ������� � ��������� *86�, ��� 817,��0��.� !��� ���� � � �.. �� �� � ������ � � �> �0/ J� �� � ��� �� ? �.����( ? �.��( K ��� �E����# 2�� �� !�� ��� �� ���� ����������� �� ���� �� � ��� ������� *�, �� �!���� ��!��� �� �> .#��.#( � ���� !�� !�� ������� ���������� ����� � � ������� ���������� *6)7L 2�������+%M�8%�(.,# )� � ��� ���� ! ������� � � � ������ � � ������������ �� � ������� ��� *�� �����#( ? �.� ���, �� � (#- ? �.��-�-#( ?�.��- K� ���� �� ���� ����!� ���������� ���� �� *�.��. �K��,#���� @ �� ���.��.. ����������� ������� ���� �� � ���4��� ������ � ������ � � �� ��� ��� � ���� ���� �� � �#� ?�.��(�-#( ?�.��( K#� 4����� ���� � � ��4��� ������� � ���� ����������� �� ��������� �� � ����� ������� � � �� ���� !�� ��������� ��� � ������� ���4��� � � ����������� ��� � ����� ���������� ������� !�� � �� � ��4��� ����� �#5 �3� ���� �� � ��������� � � ����������� ���# 5

��� ���� ��� ��� � ��� � ����������� ��� !� ���� ��� �������� ���� ��� ���� ������ ��� � �� �� �4 �� ������ � � �� ��� !� ��� ���!� � �� ���� � � ����� ��� �� ���!�# � ����� �� � �������� � ��� � ������������ ��� ��� � ��� � ������ !�� ��&� ��� � ������� � �� � ����� � ������# )� � ��� ���� � ��� ����������� � � ����������� ��� ��� � ���� �� ������� ���� ��� ���� ��� ������� ��� ��� � �� �� ���� ���� �� � ������ � ��� �� � ����� � �� �����

���� !�� ����� � ����������# 1��� � �� �� �� �� �� �� ������� �! � ����! ��� �� � !�� ����� �� ��� �������& ��� � �+ ������� ����������� ��� ��� � � ������ ��� � �������� ��� � � �� �� � � ��� � ���������� � �� 3����� ���# � ����! ��� �� � �� ��� ���������� ���� �� ��� ������ � �������������� ������� ��� ������������ ���� *����! �� <��# ��, �� � ����������� ��� � �� ��� ������ � �������������� ������# 5�� ������ �� � ��� � ����������� ���� !�� �� � ���� �� ������ � � �� ����� �� ��� � ���� �� � ����� ����� ��# )� ��� ��� � ��� ��� ����������� �� ������������ � ����� �� � �� �� � � ����������� ��������� � � ����� ���� ��# 5 ������ ��� � ������������&������������ ��� ������� � ��� � �� !� ���� �� � ��������� � � ��������� �&��� ��� ���� ���� ��!# @ ������������ �� �� � ����� ���� �� !�� �������� �" &��� � ���!��� ������� ��� �� � ����3 ����� � � ���������� !� �� ��4�� � ���������� ���� � ����������� ����� ���� ������ ����� *#�#� � ��� � ����������� �� ��� �������� ���� � <��# ��,# +��4���4 �+ ����������� ������ ���� � ���� �� ��� ���� ��� ��!� �!� ���!��� ����������# 1� � �� �� � �� � ���������� � ��� �� ��� ����� ���4���4 ����������� ��� ��� ������ ���� � ������ ������� ��� �� �� � ���!� �!�� �� ���� �� ��� � ���#8�� � ��# ���� �� �� � ������� ������ ��� ���� ��

����!��� ���� ��#������� ��� ���� �� ��� � � �� ��������� ��������� !��� � � ����! ��� �� �# )� � ������� ������ � ��# ���� ����! ������� ������ ��� �� ������������� � ��������� ������������#���� 2�!��� ������� ��� ��� !� ��������� ���4� �� �� �4 !� ��!���������� �� ��� �� ��# ������ � ��# ������ ��� � !����������� ����� ��� ������ ��� � ��� �� �� !� �������&���# 1�� � � ����������� �������� ����������� ��������� � � �� !� ������ �� ���� ���� ����� ������E�� ��������� �������G ! ������ �� � �&����������� �� ����� ����! ����������� ��� !��� � ��� �� ���# < ������� ����! ����������� ��� !� � ���� ����������� �� !��� ��� ��������� � ����������������������� �� �� !4# @ � ������� �� �� � ����� ���� !����� ����! ����������� ���� �� ��� �������� ��! � ��������������� ������� �� 3����� �� !��� ��!# � ������ ����������� ���� *����! �� ���� � <��# ��, �� � ������������ �� � � �� ��� ����� � �������������� ������#7����������� !�� ���;����� �������� !�� !� ������

������� ��&� �� ����! � �������� �� �� !�� �� ����� ������� �� �� ���� ����������� �+ ����������� ���� ����� � ���������� � ���� � �&������� ������# 2�����! ������� ����������� ��� !� ����� !��� � � ��������� ����� ����������� ����������� ���� �� !�4 ������������ �����������# ��� � � �� �� � �&������� ���� ��������� � � �+ ����������� �� �������� �������! �� ���� ���������� �� �������� ����� ��� ��������� �� �� ��������� � � �� �� �������� ����� *����!������ ���, ��� ��" ������� ����� !�� ���� �� ��������������� �������� � �� � ��������� � � ���;�������� !�� �� � ������������ ������#

��

��

��

�����

��

���� � ���� ������ ������ ��� � ��� ����� �������� ��� ��� ��� ���� ����� ��� �� � !"#� $!

���� �����

�������� �� ������� �� ��� ������ � ��A 6 6 �������� @� ��������� �� ������#� ������������ ������� ��A 1 .#.( �F ������ � � !���������

������� ��������� *������������A � �F��, � ����*6�����17����89:�,� !�� ����� �� � ����� ���� *!��� �� ������ �������,�!�� !�� �� �� � ���� � � �������� ������ ��������� �� ���� �� ������� ������ ����� ��� *<��# ��,# � ������ !����� �� ����� ������� !�� � ��" �� �������� � � � ���� !�� ������������ ���� ��� ��� ���� � ������ !�� ��&�� ��� ����� ���� ������ �# @� ���4 ��� ��� .#� � �� � ������ �� �& ���������# K �� � �� �&���� � ������ !� ���� �� ��� � *�#( 8�, �� �� �� ���� � !�� ��!��# =���������� �� �������� !�� ���� ���� �� 69= *2@�1%2@ 6�'�..2 69=� � 4$� �. �1, ������������ �� !�� � ������ !�� ����� �� )�)' � ( �� ���4���#

M����A 1 � �� �� �..'<���� ������A =��� �'� �..(

���� �# 1������ 1# K������ K# F!��� =# M� � J# M������ 8# 5��������

������ ����! �" �� ���� '� �#� :������ 6���� 8 �������� 7!L��4 � �#

��� M# %# 2��!���� +# 1# 6������ @# 1# 14���� ����� � � #$#� (�#��� J# 2# ����� )# +# $��� %����� � � !� &$� '�-#�'� +# @# :������� 1# 6# 6 ��� �# 6����� <# %�� ��� ���' ����' � ��

(#� (./#�(� J# 2# M���� 6# 1# +����� <# %�� ��� �# N���� 6# =���� ���' ���

��' � � (&� �/��#��� =# %# +����� +# 1��� �� ���' )�' � !� ($#� �0�#�-� �# )4 ��� ����' ���!�' *� ' "##$� (+� '/�#�/� 6# M� � ��� %# 8�����F������ 6# M������ %# =������ �� 9# + �

� �� 9# �� �����F���� ���' ����' � �� (#� ��('#�0� %# M������ <# ��������� 8# 6� ��&� 5# �# 9����� %# =���4�!�4��

*� �� � $� ,$$� --(#��.� 1# +# +������� =# <# 2� � =# :# 7�4������� =# =��" &� 1# M#

�� ��� +# 1# 5��&� *� �� � $� &-+� �..�#���� :# M# L�� �# ������ $# 7# =�������� =# K# 2!���� 6# K# K��� +# K#

8��� 6# M# O �4� 6# =# L���� ���' ����' � $� (.� ��..#���� :# M# L�� $# 7# =�������� 6# J���� J# M# ��&&���4�� +# K# 8���

<# <# F���� 6# =# L���� ���' ����' � �� (#� ���-#���� 7# ������� +# ������ �# K��4���� +# 1# 5��&� +# 1# 9�!����� ����'

����' ����' *� ' /*� � �� --� �� ..�#��'� =# O# %�� �# J��4�� %# 2# %�� =# 14���� ���' %��' � "�

��.�#��(� �# J��4�� J# 2������ =# O# %�� =# 14���� ������������

� !� ,0� (.�#���� =# =�����!�� �# ������ L# L�� ��� J# 7�&�4�� <# L��������������

���� � "� ,#� ��-0#��-� 6# M�;������ �# =��������� M# J������ *�� � *��� 1�� �� � �

(,$� �'�#��/� =# <# 2� � =# :# 7�4������� 1# +# +������� 1# M# �� ��� $# +#

:������ H# %�� K# 5# 2 �������� +# 1# 5��&� %����� � � %�&(� �0��#

��0� 9# <4�� 9# <����� <# +������� �# 8 4���&4�� ���!�' ���' � � ##����#

��.� 1# L����� +# 6�!��� �# J����� �# J�������� =# @��� M# 6# 8����������������� "##&� ,$� '�-.#

���� K# 7# @����������� 1����������� ��� *��"�� 2���� 3 �� ���� ���� ��� �� ����� ��� ��� ���� ��� *!����� 1������� F����� "#'%#

����(����)�� �� �������*�+ ��(,-��+ ����������� .����� /��������+)� 0� ��� ��� �����������������

�� � 4��� 5��� �!���� /�� �� * ���� ������ ���" �' � �!��

% ������ �� �� ���� ������ �� � �������� �� ��������� ���������� � ����� �������� ��� ��������� ������������� ��� ������� ��� � � �� ������� ��� � ���������#��� ��� � � ��� ������ � ���� �������������������������� +71 ���� �� �� ������ ��� �� ������ �� �� �� ���������& ���� ��� ������� ���� �������������� � ������� � ������� � ���������� � ������� �� ����������� �� !�� �� ���� ������� ������ �� ������� � ����� ����� ��� �������#����� 5�� �� ��� �� �� ����'���� ����� �������� +71������������ ���; ���� ���������� ; �� ������ ���������� ��� *�##� �� ������ ������ �" ��, !�������� ! �� ������ ������ ����� �������� ��������������� ���; ���� ���������� �� ��� +71 �" ���*��,(�,#

����

� ���3� �� ����,(� ����� � � ��� � �� � ��� �" ��� ������ �� � ������������ ������� ����!� *�� ��������, � �� ��� *��� ��������,# � ��,(������������� ���� ������ ������ ������&����� ������������� �� ������� �� ����������� ���� �������� ���; ����#�� ���� � �������� ��� � �������� �� P������� ���������Q� ����� � �� � 3����������� ���� ����� � 5������%���4 ��� �������� � ����� � ������ ������ �" ��� ���� ������� ���� ��� �������� ������� �� ����� � �� ���������� �� ����� ����� ����� �� � ��������R � � ���#1� �� 3����� ! �� ��!� ��� �� �������� +71�

����������� ���; ����� ��,(�� !�� ������� �!� �� ���+71 ��������� �� ������� �� +71 ������&����� ����� � ����� �� ����� �������� � ������ ���4�� ��������4������������� *<��# ��,#��'� @� ��� �������� � �!� �� ���+71 �" ��� � ��,(�( !� ����&�� � � ��� ���������� �� �������� "� !�� �� �� ��������&����� � ����� ����������� � �������� �� � � ����� �� ���� � ���������!� ��� � � ����������� ���4� %# � ����� ��� � ���������� �� �������� � ��,(�( *�, !� �� �� �����

��

��

��

������

���� ����� ��� �� � $!#� $9 ���� ���� �� ����� � ���� ������ ������ ��� � ��� ����� �������� ����

SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS

�%&' (��)� �� *� F����2��� /�� B� I�3� /�� B� ��2���

H�5������5� ������� 7��8��,�1J1 /��1�3�.B������,5������,5�� *�+��,1�3+13�1�5���+611� ��� 41�� � /$$��9 /��1�3�. :������2<�����= 5���,1�)������2��>3��.��1�3�.�.�(��)� 7� 4������,1�131 )K� ��������,5�� ������ .�� @�- ��5���(��)�(����141�� �� /���� ��5��� :������2<

%&&' -��, A��+ A�, ,300��1�. �2 /�31,5�� H��,5�3��,������,5��)1:/H�< 1���3�� ����1 F�!LLG$! ��. B3�.�,����,1���3� )K� B��.3��3�. H��,5�3�� :B*BH< 1���3�� ����1 �!F" $!� �� 1���+ (��0� �D���+� )�� ���0 A�1� 1�� ,2�1��,�, �) 1�� /F����. ����0��1�5��,� 4300��1��� ��)����1��� �, �8������� ������ )��� ����2 ��1��45���5� ��)��� 1�� �31����