Aplicación de voltaje en el análisis de tamaño de partículas de dispersión de luz dinámica

Nuestro protocolo investiga los cambios en los polímeros sensibles a los estímulos que se utilizan en sensores electroquímicos bajo un voltaje aplicado en solución y permite observar influencias en polímeros sensibles a estímulos. Las ventajas de esta tecnología son que es simple y se puede utilizar para observar la dinámica de poli-NIPAM con voltaje aplicado. El análisis de polímeros y partículas bajo un voltaje aplicado tiene aplicaciones en sensores, robótica blanda y almacenamiento de energía.

Los nuevos aprendices deben tener cuidado de preparar la muestra cuidadosamente y evitar la burbuja de aire con la cubeta para una adquisición óptima de datos. Es fácil ser descuidado con técnicas analíticas sencillas, así que tenga cuidado, ya que pequeños cambios en el protocolo podrían conducir a datos variables. Para preparar muestras para el análisis de DLS, disolver 10 miligramos de polvo de polímero en 10 mililitros de agua desionizada filtrada y almacenar la mezcla a cuatro grados Celsius durante la noche.

Para preparar la cubeta DLS, corte dos piezas de 6,3 milímetros por 7 centímetros de cinta de cobre de un solo lado y utilice pinzas para pegar cada pieza de cinta a lados opuestos del interior de una cubeta de muestra DLS perpendicular a la trayectoria de luz con la parte inferior de la cinta cerca de la parte inferior de la cubeta. Doble los bordes de la cinta de cobre sobre la parte superior de la cubeta asegurándose de que la cinta de cobre esté cerca de la parte superior de la cubeta para garantizar un buen contacto eléctrico. A continuación, lave la cubeta tres veces con agua desionizada eliminando el exceso de agua con una toallita de laboratorio después del último lavado.

Para configurar los controles del instrumento DLS, a la mañana siguiente, agregue 1,5 mililitros de agua desionizada a la cubeta preparada y agregue dos gotas de una solución estándar a la cubeta. Inserte la cubeta en el soporte de la cubeta teniendo cuidado de que la pequeña flecha en la parte superior de la cubeta esté alineada con el soporte de la cubeta y cierre la tapa. Seleccione medir en el software del instrumento y ajuste la temperatura al punto de partida experimental.

Después de la medición, enjuague la cubeta y filtre la solución de prueba de polímero preparada en la cubeta. A continuación, cargue y mida la cubeta como se acaba de demostrar. Se debe observar una medición clara de la solución de ensayo inicial.

Para configurar el protocolo de medición DLS, en el software de instrumentos, seleccione file y new para configurar un nuevo procedimiento operativo estándar y haga clic en el tipo de medición para seleccionar la tendencia, la temperatura y el tamaño. En material, seleccione el material y el índice de refracción adecuados. En dispersante, seleccione el disolvente adecuado.

En secuencia, ajuste la temperatura de inicio y la temperatura final para los experimentos de calentamiento y refrigeración. A continuación, desactive la casilla volver a la temperatura inicial. Seleccione un intervalo para cada cambio de paso de temperatura y, en la medición de tamaño, establezca el tiempo de equilibrio.

Seleccione tres mediciones en automático para la duración de la medición. A continuación, guarde el protocolo y cierre el archivo. Si se va a utilizar la tensión aplicada, seleccione dos cables que sean lo suficientemente delgados como para caber a través de la pequeña grieta en el borde superior derecho del área del soporte de la cubeta DLS.

Retire el aislamiento de un extremo de un cable para facilitar la conexión al potenciostato. En el extremo opuesto del mismo cable, solde una abrazadera corta del aligator al alambre y conecte la abrazadera a la cubeta. Sujete el cable potenciostato de referencia blanca y el contra potencióstato rojo conduce a uno de los cables preparados y sujete el cable potenciostato de trabajo verde y el potenciostato de sentido de trabajo azul conducen al otro cable preparado.

Deje el contraomante naranja y los potenciostatos de tierra negra flotando sin tocar ningún otro equipo o material. En la barra de herramientas del software Gamry, haga clic en experimento y electroquímica física E y seleccione cronoamperometría. Establezca el pre-paso, paso uno y paso dos voltaje frente a la referencia a la tensión aplicada en todo el campo de la cubeta.

Ajuste el voltaje a un voltio frente a la referencia para los tres pasos. Establezca el paso una vez y el paso dos veces para controlar cuánto tiempo se aplicará el voltaje y establezca el período de muestra para seleccionar la frecuencia con la que el gráfico leerá y registrará los valores de corriente y voltaje. Haga clic en Aceptar. Se mostrará un signo activo que indica que se está aplicando la tensión.

En el software Malvern DLS, haga clic en medir y haga clic en iniciar SOP. Cuando el texto en la parte inferior de la ventana de protocolo operativo estándar lea la celda de inserción y pulse Start cuando esté listo, haga clic en el botón de inicio para iniciar el experimento. Cada salida de archivo en tiempo real de cada ejecución en la rampa de temperatura se puede seleccionar de forma independiente para ver el tamaño del volumen y el coeficiente de correlación.

Los gráficos de correlación que tienen una curva generalmente suave se consideran de buena calidad, mientras que los gráficos no suaves o los datos de baja calidad deben considerarse como excluyentes del análisis. Como se observó, el poli-NIPAM exhibe un LCST a 30 grados celsius, una temperatura cercana a los valores descritos en la literatura. Sin voltaje, poly-NIPAM es capaz de agregar y desagregar dentro del rango de temperatura probado volviendo a su tamaño original y demostrando la reversibilidad esperada.

Con el voltaje, el poli-NIPAM cambia de ser soluble a agregar a un tamaño de 2.000 nanómetros y luego se reduce a un tamaño de alrededor de 1.000 nanómetros durante el enfriamiento, sin volver nunca al estado soluble original. Aquí, se muestran los datos actuales de poly-NIPAM con los experimentos de voltaje y calefacción y refrigeración aplicados correspondientes a datos anteriores. Para este experimento, 26 grados Celsius fue un punto de transición clave de poli-NIPAM en el que se observó un cambio de fase con DLS.

A 40 grados Celsius, la temperatura máxima en la medición se logró antes del ciclo de enfriamiento. Si la corriente no se supervisa cuidadosamente, los datos pueden ser mal interpretados y potencialmente malinterpretados. Por ejemplo, en este análisis, el voltaje sólo se aplicó aleatoriamente y esporádicamente resultando en una tendencia más similar a la condición de no tensión.

El estándar es un indicador útil de la configuración y calidad de los datos. Los resultados estándar limpios muestran que el experimento se puede completar con una mayor probabilidad de éxito. Los investigadores pueden utilizar este procedimiento para probar el comportamiento de agregación de polímeros u otros polímeros con capacidad electroquímica con voltaje aplicado.

Actualmente estamos investigando por qué el cambio LCST y por qué se produce el comportamiento de agregación irreversible. Esperamos que esta pregunta científica proporcione una mayor visión del comportamiento de LCST.