Name: In situ Photorheologie überwacht viskoelastische Veränderungen in photoresponsiven Polymernetzwerken (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-06-20T12:50:00.000+00:00
Duration: 7 min 14 s
Description: Lernen Sie die In-situ-Photorheologie zur Untersuchung viskoelastischer Veränderungen in photoresponsiven Polymernetzwerken. Diese Methode ermöglicht die Analyse mechanischer Eigenschaften während der Vernetzung durch Licht.

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</ol>

<table><tbody><tr><td>Parallele Plattengeometrie aus Aluminium mit einem Durchmesser von 25 mm</td><td>TA Instrumente</td><td>523250.937</td><td>Einwegartikel</td></tr><tr><td>3 mm Inbusschlüssel</td><td>TA Instrumente</td><td>578910.001</td><td>Wird verwendet, um die obere Peltier-Platte zu installieren</td></tr><tr><td>365 nm LED</td><td>ThorLabs (Englisch)</td><td>M365LP1-C2</td><td>Mit Kollimationslinse</td></tr><tr><td>Acrylglasplatten</td><td>McMaster-Carr</td><td>Artikel-Nr.: 8589K923</td><td>Schützen Sie den Benutzer vor UV-Strahlung</td></tr><tr><td>Anthracen-terminierter Stern Poly(ethylenglykol) (40 kg/mol, 8 Arme)</td><td>Hergestellt im eigenen Haus</td><td>BMWR12 und BMWR14</td><td>Synthese beschrieben in Burroughs et al. 2022</td></tr><tr><td>Heatspreader-Schraubenschlüssel</td><td>TA Instrumente</td><td>534522.001</td><td>Wird zum Installieren von Geometrie verwendet</td></tr><tr><td>LED-Treiber</td><td>ThorLabs (Englisch)</td><td>LEDD1B</td><td>Steuern Sie den Strom an der LED</td></tr><tr><td>Mineralöl</td><td>Fisher Chemikalie</td><td>O121-1</td><td>Kontrolle der Verdunstung</td></tr><tr><td>Optische Nachbaugruppen</td><td>ThorLabs (Englisch)</td><td>Verschieden</td><td>SPT2/M (zum Halten von 365 nm), TR6 (6" langer Pfosten mit 1/2" Durchmesser) und RA90 (rechtwinklige Klemme)</td></tr><tr><td>Optischer Leistungs- und Energiezähler</td><td>ThorLabs (Englisch)</td><td>PM100D</td><td>Messen Sie die Lichtintensität</td></tr><tr><td>Zubehör für Optikplatten</td><td>TA Instrumente</td><td>546800.901</td><td>Ermöglicht gleichzeitige Bestrahlung und Messung</td></tr><tr><td>Leistungssensor für Fotodioden, UV-verlängert</td><td>ThorLabs (Englisch)</td><td>S120VC</td><td>Misst 200-1100 nm</td></tr><tr><td>Quarzscheibe (76,2 mm Durchmesser, 1,57 mm dick)</td><td>Technische Glasprodukte, Inc.</td><td>3X0,062 cm</td><td>Wird in Zubehör für Optikplatten verwendet; lässt UV-Licht durch</td></tr><tr><td>Rheometer</td><td>TA Instrumente</td><td>DHR 30</td><td>Führt rheologische Messungen durch</td></tr><tr><td>Oberer Peltier-Einweg-Geometrieadapter</td><td>TA Instrumente</td><td>534525.941</td><td>Hält die Geometrie der Einweg-Parallelplatte</td></tr><tr><td>Obere Peltier-Windschutzabdeckung</td><td>TA Instrumente</td><td>534506.001</td><td>Jacke für Wärmekontrolle und Lichtschutz</td></tr><tr><td>Obere Peltier-Platte</td><td>TA Instrumente</td><td>534509.902</td><td>Temperaturregelung. Kommt mit Inbusschlüssel und Heatspreader-Schlüssel für die Installation</td></tr></tbody></table>

in situ photorheologie überwacht viskoelastische veränderungen in photoresponsiven polymernetzwerken

In situ Photo-rheology Monitors Viscoelastic Changes in Photo-responsive Polymer Networks

Repräsentative photorheologische Daten zeigen eine UV-getriebene Vernetzung von PEG-Anthracen (Abbildung 4). Konkret wurde eine PEG-Anthracen-Lösung (40 kg/mol, 8 Arme, 100 mg/ml in Wasser) während der UVA-Bestrahlung (365 nm LED, 2,7 mW/cm2) einer oszillatorischen Scherung (10 rad/s, 10% Dehnung) ausgesetzt. Um eine Grundlinie der mechanischen Eigenschaften vor der Bestrahlung zu erhalten, wurde die Lösung vor dem Einschalten des Lichts 60 s lang untersucht, dargestellt als schattierter Bereich vor 0 min. Während dieser Zeit überstieg der viskose Modul den Elastizitätsmodul, und beide blieben relativ konstant. Der Ausgangswert bestätigte, dass es sich bei der Probe vor der Bestrahlung um eine stabile flüssige Lösung handelte. Dann wurde das Licht eingeschaltet, was zu einer Erhöhung der viskosen und elastischen Module führte. Innerhalb von 5 min überstieg der Elastizitätsmodul den viskosen Modul, was auf eine Umwandlung von einer flüssigen Polymerlösung in ein festes Polymernetzwerk hindeutet. Später erreichten die elastischen und viskosen Module stabile Plateauwerte. Um die Reaktion auf das Ausschalten des Lichts zu untersuchen, wurden die Messungen nach Beendigung der Bestrahlung 10 s lang fortgesetzt. Diese Daten zeigten stabile PEG-Anthracen-Netzwerke ohne Bestrahlung.
Repräsentative Frequenzsweeps von 100 rad/s bis 0,1 rad/s bei 10 % Dehnung wurden vor und nach 60 min Bestrahlung durchgeführt (Abbildung 5). Vor der Vernetzung zeigte die Probe eine leichte Abhängigkeit von der Frequenz und ein Verhalten, das mit dem einer viskoelastischen Flüssigkeit übereinstimmt. Nach der Vernetzung zeigte die Probe ein minimales frequenzabhängiges Verhalten. Diese Daten führten zur Auswahl von 10 rad/s als geeignete Frequenz für photorheologische Experimente an diesem Material, da diese Frequenz die erwarteten Materialeigenschaften vor und nach der Bestrahlung erfasste.
Repräsentative Amplitudensweeps von 1 % bis 1000 % bei 10 rad/s wurden vor und nach 60 min Bestrahlung durchgeführt (Abbildung 6). Vor der Vernetzung zeigte der gesamte Bereich des Amplitudensweeps ein dehnungsunabhängiges Verhalten, was auf einen robusten linearen viskoelastischen Bereich hinweist. Nach der Vernetzung wies die Probe einen dehnungsunabhängigen linearen viskoelastischen Bereich von bis zu 100% auf, gefolgt von einem Fließereignis bei hoher Dehnung. Bei der Wahl der Dehnungsamplitude ist darauf zu achten, dass die Messungen den linearen viskoelastischen Bereich während der gesamten Dauer des photorheologischen Experiments untersuchen. Diese Daten führten zur Auswahl von 10% als geeignete Dehnungsamplitude für dieses Experiment, da diese Amplitude den linearen viskoelastischen Bereich vor und nach der Bestrahlung komfortabel abtastet.
Die In-situ-Photorheologie ermöglicht systematische Untersuchungen von lichtempfindlichen Materialien, wie z. B. die Quantifizierung des Einflusses der Polymerkonzentration auf die Photovernetzungskinetik und die mechanischen Eigenschaften (Abbildung 7). PEG-Anthracen-Lösungen (40 kg/mol, 8 Arme, 20 mg/ml bis 100 mg/ml in Wasser) wurden 60 min lang unter oszillatorischer Scherung bei 10 rad/s und 10% Dehnung mit 365 nm Licht vernetzt. Mit zunehmender Polymerkonzentration erfolgte die Vernetzung schneller und führte zu steiferen Netzwerken. Die Vernetzungsdynamik wird durch die Zeit quantifiziert, die benötigt wird, um den Gelpunkt zu erreichen, die auftritt, wenn die Tangente des Verlustwinkels tan(δ) unabhängig von der Frequenz32 ist. Hier wird die Gelzeit als Übergangszeit zwischen dem viskosen und dem elastischen Modul geschätzt. Die Netzwerksteifigkeit wird als stationärer Plateauwert des Elastizitätsmoduls nach der Vernetzung quantifiziert. Bei längeren Zeiten können Messungen des viskosen Moduls verrauscht erscheinen, insbesondere bei Proben mit höheren Konzentrationen (100 mg/ml). Diese Fluktuationen werden auf Phasenverschiebungsfehler33 zurückgeführt und gelten für Materialien, die einen stationären Zustand erreicht haben, als vernachlässigbar. Diese repräsentativen Ergebnisse zeigen, wie die Photorheologie die Quantifizierung des Einflusses der Polymerkonzentration auf die dynamische Bildung von PEG-Anthracen-Netzwerken ermöglicht.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68394/68394fig04v2.jpg"> 
Abbildung 4: Photorheologie von PEG-Anthracen. Der schattierte Bereich vor 0 min zeigt die Basismessung der Probe vor der Bestrahlung an. Die nächsten 60 Minuten zeigen die Vernetzung als Reaktion auf die Bestrahlung durch eine 365 nm LED. In den letzten 10 s wurde das Licht ausgeschaltet, während die Messungen fortgesetzt wurden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68394/68394fig04v2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68394/68394fig05v2.jpg"> 
Abbildung 5: Schwingungsfrequenz-Sweeps vor und nach 365 nm Bestrahlung. Vor der Bestrahlung (links) zeigt die Probe ein frequenzabhängiges Verhalten, das für eine Polymerlösung charakteristisch ist. Nach 60 min Bestrahlung (rechts) zeigt die Probe ein minimales frequenzabhängiges Verhalten, das für ein elastisches Polymernetzwerk charakteristisch ist. Diese Daten wurden bei einer Dehnung von 10 % gemessen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68394/68394fig05v2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68394/68394fig06v2.jpg"> 
Abbildung 6: Dehnungsamplituden-Sweeps vor und nach 365 nm Bestrahlung. Vor der Bestrahlung (links) zeigt die Probe ein dehnungsunabhängiges Verhalten. Nach 60 min Bestrahlung (rechts) weist die Probe einen linearen viskoelastischen Bereich von bis zu 100 % Dehnung und ein Fließverhalten bei höheren Dehnungen auf. Dehnungsamplituden innerhalb der dehnungsunabhängigen, linearen viskoelastischen Bereiche beider Diagramme sind für die Verwendung in photorheologischen Experimenten geeignet. Diese Daten wurden mit 10 rad/s gemessen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68394/68394fig06v2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Zahl anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68394/68394fig07.jpg"> 
Abbildung 7: PEG-Anthracen vernetzt sich bei höheren Konzentrationen schneller zu steiferen Netzwerken. PEG-Anthracen in einer Dosis von 20, 40 und 100 mg/ml in Wasser wurde 60 Minuten lang mit 365 nm Bestrahlung vernetzt. Die am stärksten konzentrierte Probe bildete schneller als die anderen Proben ein perkoliertes Netzwerk, wobei die am wenigsten konzentrierte Probe am längsten brauchte, um den Gelpunkt zu erreichen. Höhere Polymerkonzentrationen führten auch zu einer erhöhten Netzwerksteifigkeit nach der Vernetzung. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68394/68394fig07large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

In situ Photorheologie überwacht viskoelastische Veränderungen in photoresponsiven Polymernetzwerken

In situ photo-rheology is a powerful technique for characterizing the evolution of photo-responsive materials during irradiation. This technique enables ...

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Research

Forschung

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Engineering

Ingenieurwesen

Es wird ein Verfahren beschrieben, mit denen...

Umweltfreundliche kontrollierten Microtensile Testing von mechanisch-adaptive Polymer-Nanokomposite für<em&gt; Ex vivo</em&gt; Charakterisierung

Die partikelnachfolgende Mikrorheologie untersucht die Viskoelastizität von Materialien. Hier wird die Technik verwendet, um die Viskoelastizität, die Kriechnachgiebigkeit und die effektive Vernetzungsrolle verschiedener Matrixkomponenten eines bakteriellen Biofilms zu bestimmen. Die Matrix besteht aus polymeren Substanzen, die von den Bakterien sezerniert werden, und ihre Bestandteile bestimmen die Struktur des Biofilms und die mechanischen Eigenschaften.

In-situ-Mapping der mechanischen Eigenschaften von Biofilmen durch Partikel-Tracking Mikrorheologie

Hier stellen wir eine zuverlässige Methode vor, um den Einbau von Nanopartikeln in eine Polymer-Wirtsmatrix durch Quellverkapselung zu überwachen. Wir zeigen, dass die Oberflächenkonzentration von Cadmiumselenid-Quantenpunkten durch Querschnitts-Fluoreszenzbildgebung genau sichtbar gemacht werden kann.

Erweiterte Analyse der Zusammensetzung von Nanopartikel-Polymer Composites mittels direkter Fluoreszenz-Imaging

Semiflexiblen Polymere zeigen einzigartige mechanische Eigenschaften, die ausgiebig von Lebewesen angewendet werden. Systematische Studien über Biopolymere sind jedoch beschränkt, da Eigenschaften wie Polymer Steifigkeit nicht zugänglich sind. Dieses Manuskript wird beschrieben, wie diese Einschränkung durch programmierbare DNA-Nanoröhren, experimentelle Studien über die Auswirkungen der Glühfaden Steifigkeit ermöglicht umgangen wird.

DNA-Nanoröhren als ein vielseitiges Werkzeug, semiflexiblen Polymere zu studieren

Ein Protokoll für die Analyse der Gele gebildet aus der optoelektronischen konjugierten Polymer poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) mit kleinen und ultra-kleinen Winkel Neutronenstreuung in an- und Abwesenheit der Beleuchtung wird vorgestellt.

Überwachung der Auswirkungen der Beleuchtung auf die Struktur des konjugierten Polymer-Gel mit Neutronenstreuung

Wir zeigen die Herstellung und Verwendung eines mikrofluidischen Gerät, das mehrere Teilchen tracking Microrheology Messungen zur Untersuchung der rheologischen Auswirkungen wiederholter Phasenübergänge auf weiche Materie ermöglicht.

Kombination von Mikrofluidik und Microrheology während wiederholter Phasenübergänge rheologische Eigenschaften der weichen Materie ermitteln

Hier präsentieren wir Ihnen die Protokolle der Differential-Erkennung Analysen der Zeitaufgelösten Infrarot-Schwingungs-Spektroskopie und Elektron Beugung die Beobachtungen der Deformationen der lokalen Strukturen rund um Photoexcited Moleküle in einem einspaltigen ermöglichen Flüssigkristall, indem er eine atomare Perspektive auf die Beziehung zwischen der Struktur und der Dynamik dieses photoaktiven Materials.

Neuartige Techniken zur Beobachtung von Strukturdynamik von Photoresponsive Flüssigkristallen

Wir präsentieren einen mit Silikonkautschuk (PDMS) hergestellten Assay mit hoher Durchsatz-Traktionskraft. Dieser neuartige Test eignet sich zur Untersuchung körperlicher Veränderungen der Zellkontraktilität während verschiedener biologischer und biomedizinischer Prozesse und Krankheiten. Wir demonstrieren den Nutzen dieser Methode, indem wir eine TGF--abhängige Erhöhung der Kontraktilität während des epitheliaal-mesenchymalen Übergangs messen.

Hochdurchsatz-Traktionskraftmikroskopie mit PDMS zeigt dosisabhängige Effekte transformierender Wachstumsfaktoren auf den epitheliaal-mesenchymalen Übergang

Dieses Protokoll zeigt die Herstellung eines photorheologischen Materials, das eine feste Phase, verschiedene flüssige kristalline Phasen und eine isotrope Flüssigphase durch Temperaturerhöhung aufweist. Hier werden Methoden zur Messung der Strukturviskoelastizitätsbeziehung des Materials vorgestellt.

Kontrastreich und schnelles photorheologisches Schalten eines Twist-Bend Nematic Flüssigkristalls

Dieses Protokoll beschreibt die Anwendung der Rasterkraftmikroskopie und der nanoskaligen Infrarotspektroskopie zur Bewertung der Leistungsfähigkeit der photothermischen nanoskaligen Infrarotspektroskopie bei der Charakterisierung dreidimensionaler multipolymerer Proben.

Fortschritte in der nanoskaligen Infrarotspektroskopie zur Erforschung mehrphasiger Polymersysteme

Lernen Sie die In-situ-Photorheologie zur Untersuchung viskoelastischer Veränderungen in photoresponsiven Polymernetzwerken. Diese Methode ermöglicht die Analyse mechanischer Eigenschaften während der Vernetzung durch Licht.

In situ Photorheologie überwacht viskoelastische Veränderungen in photoresponsiven Polymernetzwerken

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