ここでは、動的光散乱粒子径測定時に、ポリマー凝集に対する電圧及び温度変化の影響を探ることを目的として、溶液に電圧を印加するプロトコルを提示する。
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この記事について
サマリー
要約
動的光散乱(DLS)は、ポリマー、タンパク質、その他のナノ粒子および微粒子のサイズ分布を特徴付けるための一般的な方法です。現代の計測では、時間や温度の関数として粒径の測定が可能ですが、現在は印加電圧の存在下でDLS粒子径分布測定を行う簡単な方法はありません。このような測定を行う能力は、センシング、ソフトロボット、エネルギー貯蔵などのアプリケーションに対する電気活性、刺激応答性ポリマーの開発に役立ちます。ここでは、DLSと結合した印加電圧と温度ランプを用いて、電気活性モノマーの有無にかかわらず熱応答性ポリマーにおける凝集および粒子サイズの変化を観察する手法が提示される。これらの実験で観察された凝集動作の変化は、電圧と温度制御の組み合わせによる応用によってのみ可能であった。これらの結果を得るために、ポテンショスタットを溶液に電圧を印加するために修正されたキュベットに接続した。ポリマー粒子径の変化は、定電圧の存在下でDLSを用いてモニタリングした。同時に、現在のデータを生成し、粒子サイズデータと比較して、現在と粒子の挙動の関係を理解した。ポリマーポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(pNIPAM)は、温度に対するpNIPAMの応答が十分に研究されているように、この技術の試験ポリマーとして役立った。pNIPAMおよびポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)の低臨界溶液温度(LCST)凝集挙挙の変化は、電気化学的に活性なブロックコポリマーであるブロック-ポリ(フェロセニルメチルメタクリレート)、適用電圧の存在下で観察される。このような変化の背後にあるメカニズムを理解することは、印加電圧の存在下で可逆性ポリマー構造を達成しようとする際に重要です。
概要
動的光散乱(DLS)は、溶液1を通じて散乱する光の強度のランダムな変化を用い、粒子サイズを決定する技術である。DLSは、粒子サイズを決定することによってポリマーの凝集を測定することができる。この実験では、DLSを制御温度変化と組み合わせることで、低臨界溶液温度(LCST)2,3を超えることを示すポリマー凝集体を観察した。LCSTの下には、均質な液相が1つ存在する。LCSTの上に、ポリマーは溶けにくくなり、凝集し、溶液から凝縮する。散乱場全体に印加電圧(電位や電界)を導入し、電界が散乱挙動やLCSTに及ぼす影響を観察しました。粒子サイジング測定における電圧の適用は、センサー、エネルギー貯蔵、薬物送達システム、ソフトロボティクスなどの分野における粒子挙動とその後の応用に関する新たな洞察を可能にします。
このプロトコルでは、2つの例のポリマーが使用された。ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)、またはpNIPAMは、高分子鎖4、5上に親水性アミド基と疎水性イソプロピル基の両方を含む熱感受性ポリマーである。pNIPAMのような熱応答性ポリマー材料は、近年
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プロトコル
1. ポリマー製剤の例
- pNIPAMポリマー合成
注:この準備は1g/L溶液の10 mLを生成し、3-4の実験のために十分です。- シュレンク線装置を準備します。冷たいトラップデュワーフラスコがドライアイスとアセトンのスラリーで満たされていることを確認するか、機械式冷凍トラップを使用する場合は、トラップが適切な温度に達していることを確認してください。
- 50 mLの丸底フラスコで、 0.566 g N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)モノマー、0.016gの可逆付加断片化連鎖移動重合(RAFT)剤(フタルミドメチルブチルトリチオカーボネート)、0.0008g2,2-アゾビス(2-メチルプロピオニトリル)(AIBN)、10mL(AIBN)を加える。フラスコにかき棒を入れます。フラスコをゴム中隔で密封し、ビニールテープで包み、モノマーを1,4-ジオキサンに溶解させます。
- フリーズポンプ解脱ガスを次のように行う:ドライアイスとメタノールのスラリーを含むデュワーフラスコに丸底フラスコを浸して溶液を凍結する。すべての材料が凍結されたら、シュレンクラインの真空マニホールドを使用してフラスコを100kPa以下の内圧に避難させます。フラスコを分離し、温水を使用して静電気の下で解凍します。シュレンクラインの窒素マニホールドを使用してフラスコを大気圧に戻します。
- ステップ1.1.3を3回繰....
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結果
図 3に示すように、温度ランプ内の各実行のリアルタイム ファイル出力は、表として示されます。各レコードは、ボリュームサイズ (図 4)と相関係数 (図5)を表示するために個別に選択できます。体積粒度分布(PSD)は、分布全体とLCSTを解釈する最も正確なデータですが、データの品質は相関グラフ(図5)を使用して評価して、分析から除外すべき点があるかどうかを判断する必要があります。一般的に滑らかな曲線を持つ相関グラフ (図 5)は、非平滑グラフまたは低品質のデータを分析で除外する必要がある良好な品質と見なされます。24.5 °Cのカーブは、カーブにいくつかの隆起と小さなピークを持っていますが、これはポリマー凝集の急激な変化に起因する可能性があり、したがって、これらのデータが含まれて.......
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ディスカッション
pNIPAMまたはp(NIPAM-b-FMMA)溶液に電圧を印加すると、温度に応じてポリマー凝集挙が変化しました。両方の材料で、印加電圧が存在する場合、溶液がLCST以下で冷却されてもポリマーの体積サイズは高いままでした。これは、電圧のない試験でポリマーが元のサイズに戻ることを示したため、予想外の結果でした。これらの実験により、温度範囲に対して、加えられる電圧では、pNIPAMに追加された電気活性モノマーに関係なく、ポリマー凝集は完全に可逆的ではないと結論付けられます。
図9とp(NIPAM-b-FMMA)LCSTの変更のさらなる検査で、もう一つの興味深い結果が見られます。電圧を使用しない場合、最大音量は1000 nm前後で、凝集は可逆的です。ただし、印加電圧を使用すると、安定な凝集度は約100nmであり、非可逆性である。これは、電圧の欠如と比較して印加電圧で形成された新しい安定な凝集状態を示すであろう。
一定の印加電圧からの電流応.......
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開示事項
著者らは利益相反を宣言していない。
謝辞
著者らは、NSF(CBET 1638893)、(CBET 1638896)、NIH(P20 GM113131)、およびUNHのハーメル学部研究センターからの財政支援を認めたいと思います。さらに、著者らは、DLSへのアクセスのためのケーブル配線とスコット・グリーンウッドの支援のためのダーシー・フルニエの支援を認識したいと考えています。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| N-イソプロピルアクリルアミド | 東京化学工業株式会社 | I0401-500G | |
| 1,4-ジオキサン | アルファ Aesar | 39118 | |
| 2,2"-アゾビス(2-メチルプロピオニトリル) | SIGMA-ALDRICH | 441090-100G | |
| キュベット | マルバーン | DTS0012 | |
| ダイナミック光散乱マル | バーン | ゼータサイザーNanoZS | |
| メタクリル酸フェロセニルメチル | ASTATECH | FD13136-1G | |
| フタリミドメチルブチルトリチオカーボネート | SIGMA-ALDRICH | 777072-1G | |
| ポテンショスタット | Gamry | 参照 600 |
参考文献
- Xu, R. Particuology Light scattering : A review of particle characterization applications. Particuology. 18, 11-21 (2015).
- Szczubiałka, K., Nowakowska, M. Response of micelles formed by smart terpolymers to stimuli studied by dynamic light sca....
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再版と許可
