Un protocole pour la synthèse et la caractérisation du mouvement diffusif de polymères cycliques au niveau molécule unique est présenté.
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Un protocole pour la synthèse et la caractérisation du mouvement diffusif de polymères cycliques au niveau molécule unique est présenté.
Nous démontrons une méthode de synthèse de polymères cycliques et un protocole pour caractériser leur mouvement diffusif à l’état fondu au niveau de la molécule unique. Un procédé d’auto-assemblage électrostatique et de fixation covalente (ESA-CF) est utilisé pour la synthèse du poly(tétrahydrofurane) cyclique (poly(THF)). Le mouvement diffusif des chaînes cycliques individuelles de polymères à l’état fondu est visualisé à l’aide de l’imagerie par fluorescence d’une molécule unique en incorporant une unité fluorophore dans les chaînes cycliques. Le mouvement diffusif des chaînes est caractérisé quantitativement au moyen d’une combinaison d’une analyse de déplacement quadratique moyen (MSD) et d’une analyse de fonction de distribution cumulative (CDF). Le polymère cyclique présente une diffusion multimode distincte de son homologue linéaire. Les résultats démontrent que l’hétérogénéité diffusionnelle des polymères qui est souvent cachée derrière la moyenne d’ensemble peut être révélée par la synthèse efficace des polymères cycliques à l’aide du procédé ESA-CF et l’analyse quantitative du mouvement diffusif au niveau de la molécule unique à l’aide des analyses MSD et CDF.
Les polymères cycliques sont uniques en ce sens qu’ils n’ont pas d’extrémités de chaîne. Ils présentent souvent des comportements inhabituels qui sont distincts de leur homologue linéaire, notamment une stabilité thermique accrue des micelles de polymère par une conversion linéaire à cyclique,1,2 et une organisation spatiale de l’ADN dans les cellules bactériennes par une formation en boucle. 3 Les interactions topologiques entre les chaînes cycliques sont considérées comme le facteur critique de ces comportements inhabituels. 4,5 Par conséquent, la caractérisation du mouvement et de la relaxation des polymères cycliques dans des conditions intriquées est un sujet de recherche important dans la science des polymères depuis des décennies. 6
La dynamique cyclique des polymères a été étudiée à l’aide de molécules synthétiques et naturelles au moyen de méthodes expérimentales moyennées par ensemble telles que la résonance magnétique nucléaire (RMN), la diffusion de la lumière et les mesures de viscosité. 7-9 Cependant, ces études souffrent souvent de molécules d’impuretés dans les échantillons. 10 De plus, les hétérogénéités spatio-temporelles du mouvement des molécules individuelles causées par l’hétérogénéité structurelle inhérente aux polymères intriqués sont souvent cachées derrière la moyenne d’ensemble dans ces études. Afin de caractériser la dynamique au niveau moléculaire des polymères cycliques, il faut développer une méthode de synthèse qui fournit des polymères cycliques de haute pureté et des méthodes expérimentales et d’analyse permettant une caractérisation quantitative du mouvement moléculaire au niveau de la molécule unique. Ici, nous montrerons une méthode pour synthétiser des poly(THF) cycliques et dicycliques de haute pureté qui incorporent une unité fluorophore à l’aide d’un procédé d’auto-assemblage électrostatique et de fixation covalente (ESA-CF)11-13 et une méthode pour analyser le mouvement des chaînes de polymères individuelles incorporées dans des fluorophores à l’aide d’une combinaison d’analyses de déplacement quadratique moyen (MSD) et de fonction de distribution cumulative (CDF).
Un traitement correct des données s’est avéré essentiel pour la caractérisation précise du mouvement diffusif. Avec des analyses MSD et CDF adéquates, une diffusion multimode des polymères cycliques et dicycliques dans la solution fondue et semi-diluée des chaînes polymères linéaires a été révélée14-16, suggérant les effets significatifs des états topologiques des polymères sur le mouvement diffusif des chaînes dans des conditions d’intrication. 17 Bien que les approches expérimentales et analytiques pour caractériser le mouvement des polymères cycliques soient décrites dans ce protocole, la même méthode peut être utilisée pour caractériser quantitativement le mouvement diffusif dans de nombreux autres systèmes hétérogènes. L’approche serait particulièrement adaptée lorsque plusieurs composants de diffusion existants dans les échantillons doivent être analysés.
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1. Synthèse des mono- et bifonctionnels Poly (THF)
En forme de 8 2. Synthèse de pérylène diimide incorporé Étoiles 4-armé et dicyclique Poly (THF)
3. Single-molécule Fluorescence Imaging Experiment
4. Analyse de la Diffusive Mouvement








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Le pérylène diimide-incorporé étoiles 4-armé et poly bicyclique en forme de 8 (THF) s ont été synthétisés en utilisant l'auto-assemblage électrostatique et fixation covalente (ESA-CF) processus (Figure 1, Figure 2). Une seule molécule des images de fluorescence Time-lapse ont été mesurées pour le 4-armé (Figure 3a) et en forme de 8 (Figure 3b) des polymères. Les images de fluorescence temps-lapse (Figure 3)
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Les polymères armés 4 et 8 en forme ont été préparés par le protocole ESA-CF (figure 1), ce qui constitue une étape critique pour la synthèse. 12,24 monofonctionnel et bifonctionnel poly linéaire (THF) s avec des groupes N - terminaux sont -phenylpiperidinium synthétisé selon la procédure précédente. 11 l'échange d'ions a été effectuée par reprécipitation d'une solution d'acétone d'un précurseur de polymère avec des contre - anions triflates dans une so...
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Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail a été soutenu par une subvention pour la recherche scientifique n° 22750122 (S.H.), n° 26288099 (T.Y.) et n° 23350050 (Y.T.) de la Société japonaise pour la promotion de la science. S.H. est reconnaissant envers la Fondation Hitachi pour la science et la technologie Kurata Memorial. La recherche rapportée dans cette publication a été soutenue par l’Université des sciences et de la technologie du roi Abdallah (S.H.).
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Materials | |||
| THF | Godo | ||
| Wakosil C-300 | Wako Pure Chemical Industries | ||
| Acétone | Godo | ||
| Toluene | Godo | ||
| n-Hexane | Godo | ||
| CHCl3 | Kanto Chemical | ||
| Bio-Beads S-X1 | Bio-Rad | ||
| Methyl triflate | Nacalai Tesque | ||
| Triflic anhydride | Nacalai Tesque | ||
| Potassium Hydroxide | Wako Pure Chemical Industries | ||
| Ethanol | Wako Pure Chemical Industries | ||
| Poly( tétrahydrofurane) | Aldrich | ||
| Chloroform | Wako Pure Chemical Industries | ||
| Huile d’immersion | Cargille | Type 37 / Type A | |
| Équipement | |||
| 2-Col 100 ml | |||
| Bécher | |||
| Entonnoir | |||
| Papier filtre | Whatman | ||
| Condenseur | |||
| Seringue | |||
| Bain-marie | |||
| Agitateur | |||
| Évaporateur | |||
| Microscope lamelles de recouvrement (24 x 24 mm, n° 1) | Matsunami Glass | CO22241 | |
| Pot de coloration | AS ONE Corporation | 1-7934-01 | |
| Nettoyeur à ultrasons | VWR International ; | 142-0047 | |
| Microscope inversé | Olympus | IX71 | |
| Laser ionique Ar-Kr | Cohérent Innova | 70C | |
| Compensateur Berek | Newport | 5540 | |
| Filtre d’excitation | Semrock | LL01-488-12.5 | |
| Miroir dichlorique | Omega optique | 500DRLP | |
| Filtre d’émission | Semrock | BLP01-488R-25 | |
| Objectif et miroir | Caméra EM-CCD Thorlabs | ||
| Andor Technology | iXon | ||
| Objectif (100X, N.A. = 1.3) | Olympus | UPLFLN 100XOP | |
| Chauffage d’objectif | Bioptechs | ||
| Preparative GPC | Japon Industrie analytique | LC-908 |
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