Sintesi di ciclici polimeri e caratterizzazione di loro moto diffusivo allo stato fuso alla molecola Piano unico

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di caratterizzare il moto diffusionale di polimeri topologici, in particolare polimeri ciclici, in condizioni di entangled a livello di singola molecola. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della fisica dei polimeri, come la dinamica spazio-temporale dei polimeri dipendente dalla topologia. Il vantaggio principale di questa tecnica è che la diffusione eterogenea può essere caratterizzata quantitativamente a livello di singola catena, che di solito è nascosta dietro a un certo livello.

Per iniziare questa procedura, sciogliere il sale di perilene diimmide in 150 millilitri di acqua, quindi sciogliere il poli(THF) monofunzionale in quattro millimetri di acetone. Aggiungere la soluzione di acetone goccia a goccia alla soluzione acquosa agitata energicamente. Raccogliere il precipitato formato mediante filtrazione sotto vuoto.

Quindi, preparare una soluzione di cinque milligrammi per millilitro del precipitato in toluene. Rifluire la soluzione per quattro ore. Dopo aver lasciato raffreddare la soluzione, rimuovere completamente il solvente a pressione ridotta mediante evaporazione rotativa.

Al termine, sciogliere il residuo in una miscela 2:1 di n-esano:acetone e filtrare la soluzione risultante attraverso un tappo di gel di silice. Quindi aggiungere la soluzione filtrata all'acqua ghiacciata per far precipitare il prodotto. Per preparare il campione di polimero fuso, aggiungere 100 microlitri di polietilene lineare non marcato (THF) in una bottiglia di vetro e riscaldarla a circa 25 gradi Celsius utilizzando un asciugacapelli.

Preparare una soluzione da 10 a meno sei molari della soluzione polimerica incorporata nel fluoroforo nel cloroformio. Quindi aggiungere un microlitro di questa soluzione a 100 microlitri di poli(THF) melt lineare non marcato. Dopo aver mescolato accuratamente il campione con la punta di una pipetta, far evaporare il cloroformio riscaldandolo con un asciugacapelli.

Utilizzando una micropipetta, posizionare 10 microlitri di campione su un vetrino coprioggetti pulito. Posizionare un altro vetrino coprioggetti pulito sul campione e premere delicatamente i due vetrini coprioggetti insieme utilizzando una pinzetta di plastica. Quindi, collegare un riscaldatore dell'obiettivo alla lente dell'obiettivo di un microscopio invertito e impostare la temperatura a 30 gradi Celsius.

Posizionare una goccia di olio da immersione sulla lente e montare il campione sul tavolino del microscopio. Assicurarsi che si ottenga uno spessore del campione di circa 10 micrometri controllando la posizione assiale della superficie inferiore e superiore del campione. Quindi regolare la messa a fuoco del microscopio a pochi micrometri sopra la superficie inferiore del campione.

Successivamente, applicare una moltiplicazione di elettroni o un guadagno EM a una telecamera CCD per ottenere un'immagine fluorescente di alta qualità del singolo fluoroforo. Ora imposta una regione di interesse utilizzando il software che controlla la fotocamera. Per ottimizzare le condizioni sperimentali, regolare l'area di illuminazione del campione a circa 20 micrometri di diametro utilizzando il diaframma inserito nel percorso del fascio di eccitazione.

Impostare la potenza del laser di eccitazione sul campione da quattro a otto milliwatt selezionando manualmente un filtro a densità neutra appropriato inserito nel percorso del fascio di eccitazione. Infine, registrare da 500 a 1000 sequenze di immagini a fluorescenza del polimero incorporato nel fluoroforo allo stato fuso a un frame rate da 100 a 200 hertz. Le immagini di florescenza a singola molecola time-lapse sono state misurate per i polimeri a quattro bracci e a forma di otto e mostrano punti luminosi e nitidi spazialmente isolati a causa dell'incorporazione del fluoroforo di perilene diimmide altamente fluorescente nelle catene.

Gli istogrammi di frequenza del coefficiente di diffusione determinato dall'analisi dello spostamento quadratico medio mostrano ampie distribuzioni risultanti sia dall'errore statistico dell'analisi che dall'eterogeneità della diffusione. Gli istogrammi di frequenza mostrano chiare deviazioni dal modello di diffusione omogenea, che dimostra una diffusione eterogenea delle molecole del polimero. I modelli gaussiani singolo e doppio colpiscono bene le funzioni di distribuzione cumulativa ottenute sperimentalmente e dimostrano che la diffusione del polimero formato è descritta dall'ampia distribuzione del coefficiente di diffusione, mentre il polimero a forma di otto mostra due modi di diffusione distinti

Una volta padroneggiata, la sintesi dei polimeri può essere eseguita in sei ore e l'esperimento di immersione di una singola molecola può essere eseguito in diverse ore se eseguito correttamente. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della scienza dei polimeri per esplorare la dinamica dei polimeri in ambienti affollati. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come caratterizzare il movimento diffusivo di polimeri topologici in condizioni di entangled a livello di singola catena.

Non dimenticare che lavorare con laser e solventi organici può essere estremamente pericoloso e che durante l'esecuzione di questa procedura è necessario prendere sempre precauzioni come la sicurezza del laser e la revisione della scheda di sicurezza.