Synthese und Charakterisierung von supramolekularen Kolloid-

Neus Vilanova; Isja De Feijter; Ilja K. Voets

doi:10.3791/53934

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Methodenartikel

Synthese und Charakterisierung von supramolekularen Kolloid-

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DOI:

10.3791/53934

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22. April 2016

Neus Vilanova¹^,⁴ , Isja De Feijter¹^,²^,⁴ , Ilja K. Voets¹^,³^,⁴

¹Laboratory of Macromolecular and Organic Chemistry, Eindhoven University of Technology, ²Laboratory of Chemical Biology, Eindhoven University of Technology, ³Laboratory of Physical Chemistry, Eindhoven University of Technology, ⁴Institute for Complex Molecular Systems, Eindhoven University of Technology

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Ein Protokoll zur Synthese und Charakterisierung von Kolloiden, die mit supramolekularen Einheiten beschichtet sind, wird beschrieben. Diese supramolekularen Kolloide durchlaufen eine Selbstorganisation, wenn die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den oberflächenverankerten Molekülen durch UV-Licht aktiviert werden.

Zusammenfassung

Die Kontrolle über die kolloidale Assemblierung ist von größter Bedeutung für die Entwicklung funktionaler kolloidaler Materialien mit maßgeschneiderten strukturellen und mechanischen Eigenschaften für Anwendungen in der Photonik, Wirkstoffverabreichung und Beschichtungstechnologie. Hier stellen wir eine neue Familie von kolloidalen Bausteinen vor, die sogenannten supramolekularen Kolloide, deren Selbstorganisation durch Oberflächenfunktionalisierung mit einer von Benzol-1,3,5-Tricarboxamid (BTA) abgeleiteten supramolekularen Einheit gesteuert wird. Solche BTAs interagieren über gerichtete, starke, aber reversible Wasserstoffbrückenbindungen mit anderen identischen BTAs. Darin wird ein Protokoll vorgestellt, das beschreibt, wie diese BTAs an Kolloide gekoppelt werden können und wie die Anzahl der Kopplungsstellen, die die Multivalenz der supramolekularen Kolloide bestimmt, quantifiziert wird. Lichtstreumessungen zeigen, dass der Brechungsindex der Kolloide nahezu mit dem des Lösungsmittels übereinstimmt, wodurch die Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Kolloiden stark reduziert werden. Vor der Photoaktivierung bleiben die Kolloide gut dispergiert, da die BTAs mit einer photolabilen Gruppe ausgestattet sind, die die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen blockiert. Durch die kontrollierte Entschützung mit UV-Licht werden die kurzreichweitigen Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den BTAs aktiviert, was die kolloidale Selbstorganisation auslöst. Die Entwicklung vom dispergierten Zustand zum geclusterten Zustand wird durch konfokale Mikroskopie überwacht. Diese Ergebnisse werden durch Bildanalyse mit einfachen Routinen unter Verwendung von ImageJ und Matlab weiter quantifiziert. Diese Verschmelzung von supramolekularer Chemie und kolloidaler Wissenschaft bietet einen direkten Weg zu einer licht- und wärmeempfindlichen kolloidalen Assemblierung, die in der oberflächentransplantierten Monoschicht kodiert ist.

Einleitung

Mesostrukturierte kolloidale Materialien finden breite Anwendung in Wissenschaft und Technologie, als Modellsysteme für grundlegende Untersuchungen auf atomarer und molekularer Materialien ^1,2, als photonischer Materialien ^3,4, als Drug - Delivery - Systeme ^5,6, als Beschichtungen ⁷ und in der Lithographie für Oberflächenstrukturierung ^8,9. Da lyophoben Kolloide metastabilen Materialien sind, die schließlich irreversibel aggregieren aufgrund der allgegenwärtigen van der Waals-Wechselwirkungen, deren Manipulation in spezifische Zielstrukturen ist notorisch schwierig. Zahlreiche Strategien wurden kolloidale Selbsta....