Name: Synthese cyclischer Polymere und Charakterisierung ihrer Diffusionsbewegung im geschmolzenen Zustand auf der Einzelmolekülebene (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 55 s
Description: Erfahren Sie die Charakterisierung der Diffusionsbewegung zyklischer Polymere auf Einzelmolekülebene im geschmolzenen Zustand. Diese Methode ermöglicht die quantitative Analyse heterogener Diffusionsdynamiken in verhärteten Bedingungen.

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Diese Arbeit wurde unterstützt durch ein Grant-in-Aid für wissenschaftliche Forschung Nr. 22750122 (S.H.), Nr. 26288099 (T.Y.) und Nr. 23350050 (Y.T.) der Japan Society for the Promotion of Science. S.H. ist dankbar für die Kurata Memorial Hitachi Science and Technology Foundation. Die in dieser Veröffentlichung berichtete Forschung wurde von der King Abdullah University of Science and Technology (S.H.) unterstützt.

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Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Die 4-armed und 8 förmige Polymere wurden über die ESA-CF - Protokoll (1) hergestellt, die ein kritischer Schritt für die Synthese ist. 12,24 mono- und bifunktionelle lineare Poly (THF) s mit N -phenylpiperidinium Endgruppen waren nach dem vorstehenden Verfahren synthetisiert. 11 der Ionenaustausch wurde durch Umfällung aus einer Aceton - Lösung eines Polymervorläufers mit Triflat Gegenanionen in eine wässrige Lösung , die eine überschüssige Menge an carboxylat durchgeführ...

Zyklische Polymere sind insofern einzigartig, als sie keine Kettenenden haben. Sie zeigen oft ungewöhnliche Verhaltensweisen, die sich von ihren linearen Gegenstücken unterscheiden, einschließlich einer erhöhten thermischen Stabilität von Polymermizellen durch eine lineare zu zyklische Umwandlung1,2 und der räumlichen Organisation der DNA in Bakterienzellen durch eine Schleifenbildung. 3 Es wird angenommen, dass topologische Wechselwirkungen zwischen den zyklischen Ketten der entscheidende Faktor für solch ungewöhnliche Verhaltensweisen sind. 4,5 Daher ist die Charakterisierung der Bewegung und Relaxation von zyklischen Polymeren unter verschränkten Bedingungen seit Jahrzehnten ein wichtiges Forschungsthema in der Polymerwissenschaft. 6
Die zyklische Polymerdynamik wurde sowohl mit synthetischen als auch mit natürlich vorkommenden Molekülen mittels ensemblegemittelter experimenteller Methoden wie Kernspinresonanz (NMR), Lichtstreuung und Viskositätsmessungen untersucht. 7-9 Diese Studien leiden jedoch häufig unter Verunreinigungsmolekülen in den Proben. 10 Darüber hinaus sind räumlich-zeitliche Heterogenitäten der Bewegung einzelner Moleküle, die durch die inhärente strukturelle Heterogenität verschränkter Polymere verursacht werden, in diesen Studien oft hinter der Ensemble-Mittelung verborgen. Um die Dynamik auf molekularer Ebene von zyklischen Polymeren zu charakterisieren, müssen eine Synthesemethode entwickelt werden, die hochreine zyklische Polymere liefert, sowie ein Experiment- und Analyseverfahren, das eine quantitative Charakterisierung der molekularen Bewegung auf Einzelmolekülebene ermöglicht. Hier zeigen wir ein Verfahren zur Synthese von hochreinen zyklischen und dicyclischen Poly(THF)s, die eine Fluorophoreinheit unter Verwendung eines elektrostatischen Selbstorganisation und kovalenten Fixierungsprozesses (ESA-CF)11-13 enthalten, und ein Verfahren zur Analyse der Bewegung der einzelnen Fluorophor-eingebauten Polymerketten unter Verwendung einer Kombination aus Analysen der mittleren quadratischen Verschiebung (MSD) und der kumulativen Verteilungsfunktion (CDF).
Es hat sich gezeigt, dass eine korrekte Datenverarbeitung für die genaue Charakterisierung der Diffusivbewegung unerlässlich ist. Mit einer adäquaten MSD- und CDF-Analyse wurde eine Multimodendiffusion der cyclischen und dicyclischen Polymere in der Schmelze und halbverdünnten Lösung der linearen Polymerketten aufgedeckt,14-16 was auf die signifikanten Auswirkungen der topologischen Zustände der Polymere auf die Diffusionsbewegung der Ketten unter verschränkten Bedingungen hindeutet. Während die experimentellen und analytischen Ansätze zur Charakterisierung der Bewegung der zyklischen Polymere in diesem Protokoll beschrieben werden, kann die gleiche Methode zur quantitativen Charakterisierung der Diffusionsbewegung in vielen anderen heterogenen Systemen verwendet werden. Der Ansatz wäre besonders geeignet, wenn mehrere in den Proben vorhandene Diffusionskomponenten analysiert werden sollen.

<table><tbody><tr><td>Materials</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>THF</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wakosil C-300</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Toluol</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>n-Hexan</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>CHCl3</td><td>Kanto Chemical</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bio-Beads S-X1</td><td>Bio-Rad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Methyltriflate</td><td>Nacalai Tesque</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Triflic Anhydrid</td><td>Nacalai Tesque</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kaliumhydroxid</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly( Tetrahydrofuran)</td><td>Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chloroform</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Immersionsöl</td><td>Cargille</td><td>Type 37 / Type A</td><td></td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>2-Neck 100 ml Rundkolben</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kolbenbecher</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Trichter</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Filterpapier</td><td>Whatman</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Reflux Kondensor</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Spritze</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wasserbad</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Magnetrührer</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rotationsverdampfer</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop Deckgläser (24 x 24 mm, Nr. 1)</td><td>Matsunami Glass</td><td>CO22241</td><td></td></tr><tr><td>Färbeglas</td><td>AS ONE Corporation</td><td>1-7934-01</td><td></td></tr><tr><td>Ultraschallreiniger</td><td>VWR International</td><td>142-0047</td><td></td></tr><tr><td>Inverses Mikroskop</td><td>Olympus</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>Ar-Kr Ionenlaser</td><td>Coherent</td><td>Innova 70C</td><td></td></tr><tr><td>Berek Kompensator</td><td>Newport</td><td>5540</td><td></td></tr><tr><td>Anregungsfilter</td><td>Semrock</td><td>LL01-488-12.5</td><td></td></tr><tr><td>Dichlorspiegel</td><td>Omega optisch</td><td>500DRLP</td><td></td></tr><tr><td>Emissionsfilter</td><td>Semrock</td><td>BLP01-488R-25</td><td></td></tr><tr><td>Objektiv und Spiegel</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EM-CCD Kamera</td><td>Andor Technology</td><td>iXon</td><td></td></tr><tr><td>Objektiv (100X, N.A. = 1.3)</td><td>Olympus</td><td>UPLFLN 100XOP</td><td></td></tr><tr><td>Objektivheizung</td><td>Bioptechs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Preparative GPC</td><td>Japan Analytical Industry</td><td>LC-908</td><td></td></tr></tbody></table>

synthese cyclischer polymere und charakterisierung ihrer diffusionsbewegung im geschmolzenen zustand auf der einzelmolekülebene

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

Wir demonstrieren eine Methode zur Synthese zyklischer Polymere und ein Protokoll zur Charakterisierung ihrer Diffusionsbewegung im Schmelzzustand auf Einzelmolekülebene. Für die Synthese des cyclischen Poly(tetrahydrofuran) (Poly(THF)) wird ein elektrostatisches Selbstorganisations- und kovalentes Fixierungsverfahren (ESA-CF) verwendet. Die Diffusionsbewegung einzelner zyklischer Polymerketten im Schmelzzustand wird mit Hilfe der Einzelmolekül-Fluoreszenzbildgebung visualisiert, indem eine Fluorophoreinheit in die zyklischen Ketten eingebaut wird. Die Diffusionsbewegung der Ketten wird mittels einer Kombination aus Mean-Squared-Displacement-Analyse (MSD) und einer kumulativen Verteilungsfunktionsanalyse (CDF) quantitativ charakterisiert. Das zyklische Polymer weist eine Mehrmodendiffusion auf, die sich von seinem linearen Gegenstück unterscheidet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Diffusionsheterogenität von Polymeren, die oft hinter der Ensemble-Mittelwertbildung verborgen bleibt, durch die effiziente Synthese der cyclischen Polymere mit dem ESA-CF-Verfahren und die quantitative Analyse der Diffusionsbewegung auf Einzelmolekülebene mit Hilfe der MSD- und CDF-Analysen aufgedeckt werden kann.

Die Perylendiimid-4 enthalten einarmigen Stern und 8-förmigen dicyclic Poly (THF) s wurden unter Verwendung der elektrostatische Selbstorganisation und kovalente Fixierung synthetisiert (ESA-CF) Prozess (Abbildung 1, Abbildung 2). Zeitraffer-Einzelmolekül - Fluoreszenzbilder wurden für die 4-armed (Abbildung 3a) gemessen und 8-förmigen (Abbildung 3b) Polymere. Die Zeitraffer-Fluoreszenzbilder (Abbildung 3)</stron...

Ein Protokoll für die Synthese und Charakterisierung von Diffusionsbewegung von zyklischen Polymeren auf der Einzelmolekülebene vorgestellt.

Synthese cyclischer Polymere und Charakterisierung ihrer Diffusionsbewegung im geschmolzenen Zustand auf der Einzelmolekülebene

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single ...

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments besteht darin, die diffusive Bewegung topologischer Polymere, insbesondere zyklischer Polymere, unter verhakten Bedingungen auf Ebene einzelner Moleküle zu charakterisieren. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen auf dem Gebiet der Polymerphysik zu beantworten, beispielsweise die von der Topologie abhängigen raumzeitlichen Dynamiken von Polymeren. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass heterogene Diffusion auf Ebene einzelner Polymerketten quantitativ charakterisiert werden kann, was normalerweise auf irgendeiner Ebene verborgen bleibt.Um dieses Verfahren zu beginnen, lösen Sie das Perylen-Diimid-Salz in 150 Milliliter Wasser und lösen anschließend das monofunktionelle Poly(THF) in vier Millilitern Aceton. Geben Sie die Acetonlösung tropfenweise unter starkem Rühren zur wässrigen Lösung hinzu. Sammeln Sie das gebildete Präzipitat durch Vakuumfiltration.Bereiten Sie anschließend eine Lösung des Niederschlags in Toluol mit einer Konzentration von fünf Milligramm pro Milliliter vor. Rühren Sie die Lösung vier Stunden unter Rückfluss. Nach dem Abkühlen der Lösung wird das Lösungsmittel unter vermindertem Druck vollständig durch Rotationsevaporation entfernt.Wenn der Vorgang abgeschlossen ist, lösen Sie den Rückstand in einer 2:1-Mischung aus n-Hexan:Aceton und filtrieren Sie die resultierende Lösung durch eine Säule aus Kieselgel. Anschließend geben Sie die filtrierte Lösung zu eiskaltem Wasser, um das Produkt auszufällen. Um die Polymerschmelzprobe vorzubereiten, geben Sie 100 Mikroliter nicht markiertes lineares Poly(THF) in eine Glasflasche und erhitzen Sie diese mit einem Föhn auf etwa 25 Grad Celsius.Stellen Sie eine 10⁻⁶ molare Lösung der mit Fluorophor markierten Polymerlösung in Chloroform her. Geben Sie anschließend ein Mikroliter dieser Lösung zu 100 Mikrolitern der nicht markierten linearen Poly(THF)-Schmelze. Nach gründlichem Vermischen der Probe mit einer Pipettenspitze wird das Chloroform durch Erhitzen mit einem Föhn verdampft.Platzieren Sie mithilfe einer Mikropipette 10 Mikroliter der Probe auf einem gereinigten Deckglas. Legen Sie ein weiteres gereinigtes Deckglas auf die Probe und drücken Sie die beiden Deckgläser vorsichtig mit Plastiktangente zusammen. Befestigen Sie anschließend einen Objektivheizer am Objektiv eines invertierten Mikroskops und stellen Sie die Temperatur auf 30 Grad Celsius ein.Geben Sie einen Tropfen Immersionsöl auf das Objektiv und befestigen Sie die Probe auf dem Mikroskoptisch. Stellen Sie sicher, dass eine Probendicke von etwa 10 Mikrometern erreicht wird, indem Sie die axiale Position der unteren und oberen Probenoberfläche überprüfen. Stellen Sie dann den Fokus des Mikroskops auf einige Mikrometer oberhalb der unteren Probenoberfläche ein.Danach wenden Sie eine elektronenvervielfachende oder EM-Verstärkung an einer CCD-Kamera an, um ein hochwertiges fluoreszenzoptisches Bild des einzelnen Fluorophors zu erhalten. Legen Sie nun mithilfe der die Kamera steuernden Software einen interessierenden Bereich fest. Um die experimentellen Bedingungen zu optimieren, stellen Sie den Beleuchtungsbereich der Probe mithilfe der in den Anregungsstrahlengang eingefügten Blende auf einen Durchmesser von etwa 20 Mikrometern ein.Stellen Sie die Anregungslaserleistung an der Probe durch manuelle Auswahl eines geeigneten Neutraldichtefilters, der in den Anregungsstrahlengang eingefügt wird, auf vier bis acht Milliwatt ein. Nehmen Sie abschließend 500 bis 1000 Fluoreszenzbildsequenzen des in den Schmelzzustand eingebauten Fluorophors im Polymer bei einer Bildrate von 100 bis 200 Hertz auf. Zeitrafferaufnahmen von Einzelmolekül-Fluoreszenzbildern wurden für die vierarmigen und achtförmigen Polymere gemessen und zeigen räumlich isolierte, helle und scharfe Signale aufgrund der Einarbeitung des hochfluoreszierenden Perylen-Diimid-Fluorophors in die Ketten.Die Häufigkeits-Histogramme des durch die Analyse der mittleren quadratischen Verschiebung bestimmten Diffusionskoeffizienten zeigen breite Verteilungen, die sowohl auf den statistischen Fehler der Analyse als auch auf die Heterogenität der Diffusion zurückzuführen sind. Die Häufigkeits-Histogramme weisen deutliche Abweichungen vom Modell der homogenen Diffusion auf, was die heterogene Diffusion der Polymermoleküle belegt. Die ein- und zweifache Gaußsche Modellfunktion passt gut an die experimentell erhaltenen kumulativen Verteilungsfunktionen an und zeigt, dass die Diffusion des gebildeten Polymers durch eine breite Verteilung des Diffusionskoeffizienten beschrieben wird, während das achtförmige Polymer zwei unterschiedliche Diffusionsmodi aufweist.Wenn man die Synthese von Polymeren einmal beherrscht, kann sie innerhalb von sechs Stunden durchgeführt werden, und das Einzelmolekül-Immersionsexperiment kann innerhalb mehrerer Stunden durchgeführt werden, sofern es ordnungsgemäß durchgeführt wird. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg dafür, dass Forscher auf dem Gebiet der Polymertechnik die Dynamik von Polymeren in überfüllten Umgebungen erforschen konnten. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man die diffusive Bewegung topologischer Polymere unter verhedderten Bedingungen auf der Ebene einzelner Ketten charakterisieren kann.Es darf nicht vergessen werden, dass die Arbeit mit Lasern und organischen Lösungsmitteln äußerst gefährlich sein kann, und Vorsichtsmaßnahmen wie Lasersicherheit und die Überprüfung der Sicherheitsdatenblätter sollten stets beachtet werden, während dieses Verfahren durchgeführt wird.

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Forschung

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Chemistry

Chemie

Nicht gerührt Fällungspolymerisation liefert eine schnelle, reproduzierbare Prototyping Ansatz zur Synthese von Stimuli empfindlichen Poly (N Isopropylacrylamid) Mikrogele mit enger Größenverteilung. In diesem Protokoll Synthese, Charakterisierung Lichtstreuung und Einzelpartikelfluoreszenz-Tracking dieser Mikrogele in einem Weitfeldmikroskopie Einrichtung demonstriert.

Kontrollierte Synthese und Fluoreszenz-Tracking von Hoch Uniform Poly (<em&gt; N</em&gt; Isopropylacrylamid) Mikrogele

Hier präsentieren wir ein Protokoll zu erstellen und visualisieren Sekundärstrukturen (zB Fasern, Ringkernarchitekturen und Nanokugeln) aus Schrauben Polycarbodiimide abgeleitet. Die Morphologie sowohl von Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Rasterelektronenmikroskopie (SEM) charakterisiert wurde auf molekulare Struktur, die Konzentration und das Lösungsmittel der Wahl abzuhängen gezeigt.

Selbstaufbau Morphologien Gewonnen aus Helical Polycarbodiimid-Copolymere und deren Triazolderivate

Ein Verfahren zur Trocknung induzierte Selbst Integration von megamolecular Biopolymeren auf der Luft-Flüssigkeit-kristalline Grenzfläche ist vorgesehen. Diese Methodik wird nützlich sein, nicht nur für das Verständnis der makroskopischen Potentiale von Biopolymeren, sondern auch als ein Bewertungsverfahren für weiche Materialien in der biomedizinischen und Umwelt.

Methoden zur Selbst Integration von Megamolecular Biopolymere auf der Trocknungsluft-LC-Schnittstelle

Dieser Artikel beschreibt den mikrofluidischen Prozess und Parameter zu betätigende Partikel aus flüssigen kristallenen Elastomere vorzubereiten. Dieser Prozess ermöglicht die Vorbereitung der Betätigung Partikel und die Variation der Größe und Form (aus Oblaten zu stark prolate, Kern-Schale und Janus Morphologien) sowie das Ausmaß der Betätigung.

Mikrofluidische Vorbereitung der flüssigen kristallenen Elastomer Aktoren

Ziel dieses Protokolls ist es, die Polymerisation mit dynamischen Schwefelbindungen in Polyy (S-divinylbenzol) bei milden Temperaturen (90 ° C) ohne Lösungsmittel zu initiieren. Terpolymere zeichnen sich durch GPC, DSC und 1H NMR aus und testen auf Veränderungen der Löslichkeit.

Synthese von Terpolymeren bei Mildtemperaturen mit dynamischen Schwefelbonds in Poly (S-Divinylbenzene)

Die kristallisationsgesteuerte Selbstmontage (CDSA) zeigt die einzigartige Fähigkeit, zylindrische Nanostrukturen aus schmalen Längenverteilungen herzustellen. Gezeigt werden die organokatalyzierte ringöffnende Polymerisation von '-Caprolacton und die anschließenden Kettenverlängerungen von Methylmethacrylat und N,N-Dimethylacrylamid. Ein lebendiges CDSA-Protokoll, das monodisperse Zylinder bis zu einer Länge von 500 nm erzeugt, wird skizziert.

Synthese von monodispersen zylindrischen Nanopartikeln durch kristallisationsgesteuerte Selbstmontage von biologisch abbaubaren Blockcopolymeren

Hier beschreiben wir Protokolle für die Herstellung von trans-Cyclobutan-fusionierten Cyclooctenen (tCBCO), deren Polymerisation zur Herstellung depolymerisierbarer olefinischer Polymere und die Depolymerisation dieser Polymere unter milden Bedingungen. Zusätzlich werden Protokolle zur Herstellung von depolymerisierbaren Netzwerken und zum Formpressen von starren linearen Kunststoffen auf Basis dieses Systems beschrieben.

Depolymerisierbare olefinische Polymere auf Basis von Cyclooctenmonomeren mit Schmelzring

Isolierung und Charakterisierung der Lipid-A-Domäne von Lipopolysaccharid (LPS) von gramnegativen Bakterien gibt Einblick in Zelloberfläche basierend Mechanismen der Antibiotikaresistenz, bakterielle Überlebensrate und Fitness, und wie chemisch unterschiedlicher Lipid einer molekularen Spezies unterschiedlich modulieren Host angeborenen Immunantwort.

Isolierung und chemische Charakterisierung von Lipid A von gramnegativen Bakterien

Peptid tertiäre Amide (PTA) sind eine Superfamilie von Peptidmimetika umfassen, sind aber nicht auf Peptide, Peptoide und N-methylierten Peptide beschränkt. Hier beschreiben wir eine Synthesemethode, die sowohl Split-and-Pool-und Sub-Monomer-Strategien kombiniert, um eine ein-Bead-one-Verbindung Bibliothek von PTAs synthetisieren.

Split-and-Pool-Synthese und Charakterisierung von Peptid-Amid-Tertiär-Bibliothek

Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung von Amid-Kupplungen von Isonicotinsäure und Diaminoalkane zu Brückenliganden, die zur Verwendung in der Synthese von mehrkernigen Platinkomplexe, welche Aspekte der Antikrebs-Arzneimittel und BBR3464 picoplatin kombinieren bilden.

Amid-Kupplung für die Synthese von Bispyridin basierten Liganden und ihre Komplexierung Platinum als zweikernige Antikrebsmittel

Erfahren Sie die Charakterisierung der Diffusionsbewegung zyklischer Polymere auf Einzelmolekülebene im geschmolzenen Zustand. Diese Methode ermöglicht die quantitative Analyse heterogener Diffusionsdynamiken in verhärteten Bedingungen.

Synthese cyclischer Polymere und Charakterisierung ihrer Diffusionsbewegung im geschmolzenen Zustand auf der Einzelmolekülebene

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