Síntesis de polímeros cíclicos y caracterización de su movimiento difusivo en el estado fundido en la molécula de un solo nivel

El objetivo general de este experimento es caracterizar el movimiento de difusión de polímeros topológicos, especialmente polímeros cíclicos, en condiciones de entrelazamiento a nivel de molécula individual. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la física de polímeros, como la dinámica espacio-temporal dependiente de la topología de los polímeros. La principal ventaja de esta técnica es que la difusión heterogénea se puede caracterizar cuantitativamente a nivel de una sola cadena, que generalmente está oculta en algún nivel.

Para comenzar este procedimiento, disuelva la sal de perilenodiimida en 150 mililitros de agua, luego disuelva el poli(THF) monofuncional en cuatro milímetros de acetona. Agregue la solución de acetona gota a gota a la solución acuosa agitada vigorosamente. Recoja el precipitado formado por filtración al vacío.

A continuación, prepare una solución de cinco miligramos por mililitro del precipitado en tolueno. Reflujo de la solución durante cuatro horas. Después de dejar que la solución se enfríe, elimine completamente el solvente a presión reducida por evaporación rotativa.

Cuando termine, disuelva el residuo en una mezcla 2:1 de n-hexano:acetona y filtre la solución resultante a través de un tapón de gel de sílice. Luego agregue la solución filtrada al agua helada para precipitar el producto. Para preparar la muestra de polímero fundido, agregue 100 microlitros de poli (THF) lineal no etiquetado a una botella de vidrio y caliéntela a aproximadamente 25 grados centígrados con un secador de pelo.

Prepare una solución de 10 a menos seis molares de la solución de polímero incorporada con fluoróforo en cloroformo. A continuación, añada un microlitro de esta solución a 100 microlitros de la masa fundida lineal no etiquetada de poli(THF). Después de mezclar bien la muestra con una punta de pipeta, evapore el cloroformo calentándolo con un secador de pelo.

Con una micropipeta, coloque 10 microlitros de la muestra en un cubreobjetos limpio. Coloque otro cubreobjetos limpio sobre la muestra y presione suavemente los dos cubreobjetos con unas pinzas de plástico. A continuación, conecte un calentador de objetivo a la lente del objetivo de un microscopio invertido y ajuste la temperatura a 30 grados centígrados.

Coloque una gota de aceite de inmersión en la lente y monte la muestra en la platina del microscopio. Asegúrese de obtener un espesor de muestra de aproximadamente 10 micrómetros comprobando la posición axial de la superficie inferior y superior de la muestra. A continuación, ajuste el enfoque del microscopio a unos pocos micrómetros por encima de la superficie inferior de la muestra.

A continuación, aplique un multiplicador de electrones o una ganancia EM a una cámara CCD para obtener una imagen fluorescente de alta calidad del fluoróforo único. Ahora establezca una región de interés utilizando el software que controla la cámara. Para optimizar las condiciones experimentales, ajuste el área de iluminación de la muestra a aproximadamente 20 micrómetros de diámetro utilizando el diafragma insertado en la trayectoria del haz de excitación.

Ajuste la potencia del láser de excitación en la muestra de cuatro a ocho milivatios seleccionando manualmente un filtro de densidad neutra apropiado insertado en la trayectoria del haz de excitación. Finalmente, registre de 500 a 1000 secuencias de imágenes de fluorescencia del polímero incorporado en fluoróforo en el estado de fusión a una velocidad de fotogramas de 100 a 200 hercios. Se midieron imágenes de fluorescencia de una sola molécula en lapso de tiempo para los polímeros de cuatro brazos y ocho formas y muestran puntos brillantes y nítidos aislados espacialmente debido a la incorporación del fluoróforo de perilene diimida altamente fluorescente en las cadenas.

Los histogramas de frecuencia del coeficiente de difusión determinado por el análisis de desplazamiento cuadrático medio muestran distribuciones amplias que resultan tanto del error estadístico del análisis como de la heterogeneidad de la difusión. Los histogramas de frecuencia muestran claras desviaciones del modelo de difusión homogénea, que demuestra una difusión heterogénea de las moléculas poliméricas. Los modelos gaussianos simples y dobles cumplen bien con las funciones de distribución acumulativa obtenidas experimentalmente y demuestran que la difusión del polímero formado se describe por la amplia distribución del coeficiente de difusión, mientras que el polímero de ocho formas muestra dos modos de difusión distintos.

Una vez dominado, la síntesis de polímeros se puede realizar en seis horas y el experimento de inmersión de una sola molécula se puede realizar en varias horas si se realizan correctamente. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la ciencia de los polímeros exploraran la dinámica de los polímeros en entornos abarrotados. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo caracterizar el movimiento difusivo de polímeros topológicos en condiciones de entrelazado a nivel de cadena simple.

No olvide que trabajar con láseres y solventes orgánicos puede ser extremadamente peligroso y siempre se deben tomar precauciones como la seguridad del láser y la revisión de la MSDS al realizar este procedimiento.