Synthèse des polymères cycliques et caractérisation de leur mouvement Diffusive dans l'État Melt à la molécule unique Level

L’objectif général de cette expérience est de caractériser le mouvement de diffusion des polymères topologiques, en particulier des polymères cycliques, dans des conditions d’intrication au niveau de la molécule unique. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la physique des polymères, telles que la dynamique spatio-temporelle des polymères dépendante de la topologie. Le principal avantage de cette technique est que la diffusion hétérogène peut être caractérisée quantitativement au niveau de la chaîne unique, qui est généralement cachée à un certain niveau.

Pour commencer cette procédure, dissolvez le sel de diimide de pérylène dans 150 millilitres d’eau, puis dissolvez le poly(THF) monofonctionnel dans quatre millimètres d’acétone. Ajouter la solution d’acétone goutte à goutte à la solution aqueuse vigoureusement agitée. Recueillir le précipité formé par filtration sous vide.

Ensuite, préparez une solution de cinq milligrammes par millilitre du précipité dans du toluène. Reflux la solution pendant quatre heures. Après avoir laissé refroidir la solution, retirez complètement le solvant sous pression réduite par évaporation rotative.

Lorsque vous avez terminé, dissolvez le résidu dans un mélange 2:1 de n-hexane :acétone et filtrez la solution résultante à travers un bouchon de gel de silice. Ajoutez ensuite la solution filtrée à de l’eau glacée pour précipiter le produit. Pour préparer l’échantillon de polymère fondu, ajoutez 100 microlitres de poly(THF) linéaire non étiqueté dans une bouteille en verre et chauffez-la à environ 25 degrés Celsius à l’aide d’un sèche-cheveux.

Préparez une solution de 10 à moins six molaires de la solution de polymère incorporée de fluorophore dans du chloroforme. Ajoutez ensuite un microlitre de cette solution à 100 microlitres de poly(THF) fondu linéaire non étiqueté. Après avoir soigneusement mélangé l’échantillon à l’aide d’une pointe de pipette, évaporez le chloroforme en le chauffant avec un sèche-cheveux.

À l’aide d’une micro-pipette, placez 10 microlitres de l’échantillon sur une lamelle nettoyée. Placez une autre lamelle nettoyée sur l’échantillon et appuyez doucement sur les deux lamelles ensemble à l’aide d’une pince à épiler en plastique. Ensuite, fixez un appareil chauffant d’objectif à la lentille d’un microscope inversé et réglez la température à 30 degrés Celsius.

Placez une goutte d’huile d’immersion sur l’objectif et montez l’échantillon sur la platine du microscope. Assurez-vous d’obtenir une épaisseur d’échantillon d’environ 10 micromètres en vérifiant la position axiale des surfaces inférieure et supérieure de l’échantillon. Ajustez ensuite la mise au point du microscope à quelques micromètres au-dessus de la surface inférieure de l’échantillon.

Ensuite, appliquez une multiplication d’électrons ou un gain EM à une caméra CCD afin d’obtenir une image fluorescente de haute qualité du fluorophore unique. Définissez maintenant une région d’intérêt à l’aide du logiciel qui contrôle la caméra. Pour optimiser les conditions expérimentales, ajustez la zone d’éclairage de l’échantillon à environ 20 micromètres de diamètre à l’aide du diaphragme inséré dans le trajet du faisceau d’excitation.

Réglez la puissance du laser d’excitation sur l’échantillon à quatre à huit milliwatts en sélectionnant manuellement un filtre de densité neutre approprié inséré dans le trajet du faisceau d’excitation. Enfin, enregistrez 500 à 1000 séquences d’images de fluorescence du polymère incorporé au fluorophore à l’état fondu à une fréquence d’images de 100 à 200 hertz. Des images en accéléré de la florescence d’une seule molécule ont été mesurées pour les polymères à quatre bras et en forme de huit et montrent des points brillants et nets isolés dans l’espace en raison de l’incorporation du fluorophore diimide de pérylène hautement fluorescent dans les chaînes.

Les histogrammes fréquentiels du coefficient de diffusion déterminés par l’analyse du déplacement quadratique moyen présentent de larges distributions résultant à la fois de l’erreur statistique de l’analyse et de l’hétérogénéité de la diffusion. Les histogrammes de fréquence montrent des écarts clairs par rapport au modèle de diffusion homogène, qui démontre une diffusion hétérogène des molécules de polymère. Les modèles gaussiens simples et doubles atteignent bien les fonctions de distribution cumulative obtenues expérimentalement et démontrent que la diffusion du polymère formé est décrite par la distribution large du coefficient de diffusion, tandis que le polymère en forme de huit présente deux modes de diffusion distincts.

Une fois maîtrisée, la synthèse des polymères peut être réalisée en six heures et l’expérience d’immersion d’une molécule unique peut être réalisée en plusieurs heures si elle est réalisée correctement. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la science des polymères pour explorer la dynamique des polymères dans des environnements surpeuplés. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de caractériser le mouvement diffusif des polymères topologiques dans des conditions intriquées au niveau de la chaîne unique.

N’oubliez pas que travailler avec des lasers et des solvants organiques peut être extrêmement dangereux et que des précautions telles que la sécurité des lasers et l’examen de la fiche signalétique doivent toujours être prises lors de l’exécution de cette procédure.