Un protocollo per la sintesi e la caratterizzazione di moto diffusivo di polimeri ciclici a livello di singola molecola è presentato.
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Articolo metodologico
Un protocollo per la sintesi e la caratterizzazione di moto diffusivo di polimeri ciclici a livello di singola molecola è presentato.
Dimostriamo un metodo per la sintesi di polimeri ciclici e un protocollo per caratterizzare il loro moto diffusivo in uno stato fuso a livello di singola molecola. Per la sintesi del poli(tetraidrofurano) ciclico viene utilizzato un processo di autoassemblaggio elettrostatico e fissazione covalente (ESA-CF)). Il movimento diffusivo delle singole catene polimeriche cicliche in uno stato fuso viene visualizzato utilizzando l'imaging a fluorescenza a singola molecola incorporando un'unità fluoroforo nelle catene cicliche. Il moto diffusivo delle catene è caratterizzato quantitativamente mediante una combinazione di analisi dello spostamento quadratico medio (MSD) e di un'analisi della funzione di distribuzione cumulativa (CDF). Il polimero ciclico mostra una diffusione multimodale che è distinta dalla sua controparte lineare. I risultati dimostrano che l'eterogeneità diffusionale dei polimeri, che spesso si nasconde dietro la media d'insieme, può essere rivelata dall'efficiente sintesi dei polimeri ciclici utilizzando il processo ESA-CF e dall'analisi quantitativa del moto diffusivo a livello di singola molecola utilizzando le analisi MSD e CDF.
I polimeri ciclici sono unici in quanto non hanno estremità a catena. Spesso mostrano comportamenti insoliti che si distinguono dalla loro controparte lineare, tra cui una maggiore stabilità termica delle micelle polimeriche mediante una conversione da lineare a ciclica,1,2 e l'organizzazione spaziale del DNA nelle cellule batteriche mediante la formazione di un anello. 3 Si ritiene che le interazioni topologiche tra le catene cicliche siano il fattore critico per tali comportamenti insoliti. 4,5 Pertanto, la caratterizzazione del movimento e del rilassamento dei polimeri ciclici in condizioni di entangled è stato un importante argomento di ricerca nella scienza dei polimeri per decenni. 6
La dinamica ciclica dei polimeri è stata studiata utilizzando sia molecole sintetiche che naturali per mezzo di metodi sperimentali mediati d'insieme come la risonanza magnetica nucleare (NMR), la diffusione della luce e le misure di viscosità. 7-9 Tuttavia, questi studi spesso soffrono di molecole di impurità nei campioni. 10 Inoltre, in questi studi, le eterogeneità spazio-temporali del movimento delle singole molecole causate dall'intrinseca eterogeneità strutturale dei polimeri entangled, sono spesso nascoste dietro la media d'insieme. Al fine di caratterizzare la dinamica a livello molecolare dei polimeri ciclici, è necessario sviluppare un metodo di sintesi che fornisca polimeri ciclici ad alta purezza e un metodo sperimentale e di analisi che consenta la caratterizzazione quantitativa del moto molecolare a livello di singola molecola. Qui, mostreremo un metodo per sintetizzare policiclici e diciciclici ad alta purezza (THF) che incorporano un'unità fluoroforica utilizzando un processo di autoassemblaggio elettrostatico e fissazione covalente (ESA-CF)11-13 e un metodo per analizzare il movimento delle singole catene polimeriche incorporate in fluoroforo utilizzando una combinazione di analisi dello spostamento quadratico medio (MSD) e della funzione di distribuzione cumulativa (CDF).
È stato dimostrato che una corretta elaborazione dei dati è essenziale per la caratterizzazione accurata del moto diffusivo. Con un'adeguata analisi MSD e CDF, è stata rivelata una diffusione multimodale dei polimeri ciclici e diciclici nella soluzione fusa e semi-diluita delle catene polimeriche lineari,14-16 suggerendo gli effetti significativi degli stati topologici dei polimeri sul moto diffusivo delle catene in condizioni di entangled. 17 Mentre gli approcci sperimentali e analitici per caratterizzare il moto dei polimeri ciclici sono descritti in questo protocollo, lo stesso metodo può essere utilizzato per caratterizzare quantitativamente il moto diffusivo in molti altri sistemi eterogenei. L'approccio sarebbe particolarmente adatto quando si devono analizzare più componenti di diffusione esistenti nei campioni.
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1. Sintesi di monofunzionale e bifunzionale Poly (THF)
a forma di 8 2. Sintesi di Perilene diimide-incorporato 4 armata Star e Dicyclic Poli (THF)
3. singola molecola di imaging di fluorescenza Experiment
4. Analisi del movimento diffusivo








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Il perylene diimide-incorporato stella 4 armata e forma-8 poli dicyclic (THF) s sono stati sintetizzati utilizzando il elettrostatica auto-assemblaggio e covalente fissaggio (ESA-CF) di processo (Figura 1, Figura 2). Immagini di fluorescenza singola molecola time-lapse sono stati misurati per il 4-armata (Figura 3a) e 8 a forma di polimeri (figura 3b). Le immagini time-lapse di fluorescenza (Figura 3) mo...
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I polimeri 4-armati e sagomati-8 sono state preparate tramite il protocollo ESA-CF (figura 1), che è un passaggio fondamentale per la sintesi. 12,24 monofunzionale e bifunzionale poli lineare (THF) s con N terminali -phenylpiperidinium erano sintetizzato secondo la procedura precedente. 11 lo scambio ionico è stata effettuata da riprecipitazione di una soluzione in acetone di un precursore polimero con counteranions triflato in una soluzione acquosa contenente un eccesso d...
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo lavoro è stato supportato da una sovvenzione per la ricerca scientifica n. 22750122 (S.H.), n. 26288099 (T.Y.) e n. 23350050 (Y.T.) della Japan Society for the Promotion of Science. S.H. è grato per la Kurata Memorial Hitachi Science and Technology Foundation. La ricerca riportata in questa pubblicazione è stata supportata dalla King Abdullah University of Science and Technology (S.H.).
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Materiali | |||
| THF | Godo | ||
| Wakosil C-300 | Wako Pure Chemical Industries | ||
| Acetone | Godo | ||
| Toluene | Godo | ||
| n-Hexane | Godo | ||
| CHCl3 | Kanto Chemical | ||
| Bio-Beads S-X1 | Bio-Rad | ||
| Methyl triflate | Nacalai Tesque | ||
| Triflic anidride | Nacalai Tesque | ||
| Potassium Hydroxide | Wako Pure Chemical Industries | ||
| Etanolo | Wako Pure Chemical Industries | ||
| Poly( tetraidrofurano) | Aldrich | ||
| Cloroformio | Wako Pure Chemical Industries | ||
| Olio da immersione | Cargille | Tipo 37 / Tipo A | |
| Attrezzatura | |||
| 2-Collo 100-ml pallone | |||
| Bicchiere | |||
| Imbuto | |||
| Carta da filtro | Whatman | ||
| Condensatore | |||
| Siringa | |||
| Bagno | |||
| Agitatore | |||
| Evaporatore | |||
| Microscopio vetrini di copertura (24 x 24 mm, n. 1) | Matsunami Glass | CO22241 | |
| Vaso di colorazione | AS ONE Corporation | 1-7934-01 | |
| Pulitore ad ultrasuoni | VWR International | 142-0047 | |
| Microscopio invertito | Olympus | IX71 | |
| Laser ionico Ar-Kr | Compensatore coerente | Innova 70C | |
| Berek | Newport | 5540 | |
| Filtro di eccitazione | Semrock | LL01-488-12.5 | |
| Specchio diclorico | Omega ottico | 500DRLP | |
| Filtro di emissione | Semrock | BLP01-488R-25 | |
| Lente e specchio | Fotocamera Thorlabs | ||
| EM-CCD | Tecnologia Andor | iXon | |
| Obiettivo (100X, N.A. = 1.3) | Olympus | UPLFLN 100XOP | |
| Riscaldatore obiettivo | Bioptechs | ||
| Preparativo GPC | Giappone Industria analitica | LC-908 |
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