超分子胶体的合成与表征

描述了一种用于合成和表征涂有超分子部分的胶体的方案。这些超分子胶体在紫外线激活表面锚定分子之间的氢键后发生自组装。

该方案的总体目标是描述如何通过将超分子部分锚定到相互作用强烈、定向和可逆的胶体上来指导胶体自组装。这种方法可以帮助回答材料科学领域的关键问题，例如如何精确控制胶体自组装以创建具有有趣特性的复杂和介观结构材料。该技术的主要优点是胶体结合是由超分子部分驱动的，这些分子部分在表面固定后对光和温度保持反应。

因此，胶体在紫外线对分子的氢键进行光活化后自组装。为了合成荧光二氧化硅种子，首先将 2.5 毫升染料官能化 aptes 与 25 毫升 25% 氨和 250 毫升乙醇混合在 1 升圆底烧瓶中。为了获得单分散二氧化硅晶种，在反应混合物的弯液面下添加正硅酸四乙酯非常重要。

使用玻璃移液管，加入 10 米利特的 TEOS，同时用磁力搅拌器搅拌。同样，5 小时后，再加入 1.75 毫升 TEOS，并在氩气气氛下搅拌混合物过夜。第二天，按照文本方案中的说明清洗种子。

为了合成核壳二氧化硅颗粒，首先将乙醇、去离子水、25% 氨水和种子分散液加入 1 升圆底烧瓶中。然后，在塑料注射器中加入 5 毫升 TEOS 和 10 毫升乙醇。在第二个塑料注射器中加入 1.34 毫升 25% 氨水、3.4 毫升去离子水和 10.25 毫升乙醇。

用塑料管将两个注射器连接到圆底烧瓶上。为烧瓶配备氩流。氩气入口必须靠近第二个注射器的出口，以避免来自 TEOS 液滴的氨气接触并防止二次成核。

使用蠕动泵以每小时 1.7 毫升的速度同时添加两个注射器的内容物，同时搅拌混合物。确保获得自由落体的液滴，以避免在壁上碰撞，从而避免二次成核。7 小时后停止添加以获得半径约为 300 纳米的核壳颗粒，然后再按照文本方案中的说明洗涤颗粒。

为了合成 NVOC 官能化胶体，将 10 毫克核壳二氧化硅颗粒分散在 1 毫升乙醇中，并将 12 毫克 NVOC 保护的连接分子和 31 毫克硬脂醇分散在 50 毫升圆底烧瓶中。对混合物进行超声处理 10 分钟，以确保所有分子都溶解并且颗粒分散良好。在混合物中加入磁力搅拌棒，并在室温下用稳定的氩气流蒸发乙醇。

在继续之前，请确保没有乙醇残留，否则可能会与颗粒的硅醇基团发生反应。接下来，在连续搅拌和稳定的氩气流下将培养瓶加热至 180 摄氏度 6 小时，然后按照文本方案中的说明洗涤二氧化硅胶体。为了合成 BTA 胶体，将 10 毫克官能化颗粒分散在 3 毫升氯仿中。

为了均匀地裂解 NVOC 基团，将样品放入 UV 烘箱中，并在脱保护的同时用磁力搅拌器轻轻搅拌。将分散液照射 1 小时，得到胺官能化颗粒。然后，将 9 毫克 BTA、8.7 微升 DIPEA 和 5.2 毫克 PyBOP 溶解在 1 毫升氯仿中。

将溶液添加到胺官能化颗粒分散液中，并在室温和氩气气氛下搅拌过夜。分散液离心后，去除上清液并加入 3 mL 新鲜氯仿。对新分散液进行超声处理 3 分钟，然后再次离心并去除上清液。

将颗粒在 70 摄氏度真空中干燥 48 小时。将 20 毫克小官能化颗粒分散在 1 毫升氯仿中，并在紫外线烘箱中照射分散体 1 小时以裂解 NVOC 基团。在脱保护时，用磁力搅拌棒轻轻搅拌分散液。

离心得到的胺官能化颗粒并去除上清液。然后，在 70 摄氏度下干燥颗粒 2 小时。接下来，将 0.5 毫克 SPDP 溶解在 200 微升 DMF 中。

将 SPDP 溶液添加到 20 毫克干燥的胺官能化颗粒中，涡旋系统30 min。用 1 毫升 DMF 洗涤颗粒，洗涤 6 次。在最后的洗涤步骤中，尝试去除尽可能多的上清液。

然后，将 0.53 毫克 DTT 溶解在 50 微升 DMF 中。将 DTT 溶液加入颗粒中，涡旋分散液 30 分钟，在此期间，吡啶 2 硫酮基团被裂解。用微量紫外-可见分光光度计测定上清液中以 233 纳米波长释放的游离吡啶 2 硫酮的吸光度。

为了通过共聚焦显微镜监测胶体组装体，首先在环己烷中制备 400 微升重量百分比为 0.1 的 BTA 官能化颗粒的分散体，并对样品进行超声处理 20 分钟。然后在 UV 烘箱中照射样品瓶以裂解 BTA 的邻硝基苄基。在不同的照射时间（例如，从 0 到 30 分钟）取 25 微升等分试样，以监测聚集过程。

垫片的帮助下将不同的等分试样放在不同的载玻片上，并用盖玻片关闭腔室。关闭腔室后，将盖玻片倒置，让颗粒沉淀并吸收到玻璃上，从而促进成像。在每次照射时间制备样品后，尽快用共聚焦显微镜拍摄每个样品的几张图像。

为了产生超分子胶体，首先通过硬脂醇和 NVOC 保护接头的功能化使二氧化硅胶体疏水。然后 NVOC 保护基团被裂解，胶体可以用超分子部分进行后功能化。静态光散射测量允许计算胶体的折射率。

通过拟合日期，确定了裸胶体的值为 1.391，硬脂醇包被的胶体的值为 1.436。这清楚地表明了胶体的功能化如何影响其折射率。为了评估每个颗粒的活性位点的量，裂解的吡啶 2 硫酮基团的量与每个颗粒的胺的数量直接相关。

在这里，发现每 46.4 平方纳米含有 1 个胺。共聚焦图像分析允许量化单粒数作为紫外线照射时间的函数。在紫外线照射光裂邻硝基苄基部分之前，80% 的胶体以单线态形式存在。

随着 BTA 的氢键被激活，最长为 354 纳米的照射会引发胶体聚集。在尝试此程序时，保持系统无水很重要，因为胶体可能会因毛细管力而聚集。因此，应在所有合成步骤中阐明痕量水。

这项工作表明，弥合胶体科学和超分子科学之间的差距为材料科学领域的研究人员创造对外部刺激敏感的复杂材料铺平了道路。看完这个视频，你应该对如何通过将超分子基序锚定在胶体颗粒上来利用氢键来指导胶体自组装有一个很好的了解。