超分子部分でコーティングされたコロイドの合成と特性評価のためのプロトコールが説明されています。これらの超分子コロイドは、表面に固定された分子間の水素結合がUV光によって活性化されると自己組織化します。
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超分子部分でコーティングされたコロイドの合成と特性評価のためのプロトコールが説明されています。これらの超分子コロイドは、表面に固定された分子間の水素結合がUV光によって活性化されると自己組織化します。
コロイド集合体の制御は、フォトニクス、薬物送達、コーティング技術の用途に合わせた構造的および機械的特性を持つ機能性コロイド材料の開発にとって最も重要です。ここでは、ベンゼン-1,3,5-トリカルボキサミド(BTA)由来の超分子部分による表面官能化によって自己組織化が制御される超分子コロイドという造語のコロイドビルディングブロックの新しいファミリーを紹介します。このようなBTAは、他の同一のBTAと、指向性があり、強力でありながら可逆的な水素結合を介して相互作用します。ここでは、これらのBTAをコロイドに結合する方法、および超分子コロイドの多価性を決定する結合部位の数を定量化する方法を説明するプロトコルが提示されます。光散乱測定では、コロイドの屈折率が溶媒の屈折率とほぼ一致していることが示されており、これによりコロイド間のファンデルワールス力が大幅に減少します。光活性化前は、BTAが水素結合の形成をブロックする光不安定な基を備えているため、コロイドは十分に分散したままです。UV光による制御された脱保護は、BTA間の短距離水素結合を活性化し、コロイドの自己組織化を引き起こします。分散状態からクラスター状態への進化は、共焦点顕微鏡によって監視されます。これらの結果は、ImageJおよびMatlabを使用した簡単なルーチンによる画像解析によってさらに定量化されます。この超分子化学とコロイド科学の融合は、表面グラフトされた単分子膜にコードされた光応答性と熱応答性コロイド集合体への直接的な道筋を提供します。
メソ構造化コロイド物質は表面パターニング用のコーティング7のように、リソグラフィーでは、薬物送達システム5,6のように、フォトニック材料3,4のように、原子・分子材料1,2の基礎研究のためのモデル系として、科学技術の幅広い応用を見つけます8,9。疎液性コロイドは、最終的に起因遍在ファンデルワールス相互作用を不可逆的に凝集する準安定な物質であるため、特定の標的構造へのそれらの操作は悪名高いことは困難です。多数の戦略を調整する添加剤を使用する静電10,11または枯渇相互作用12,13、または磁気14や電動15フィールドとして外部トリガを含むコロイド自己組織化を制御するために開発されてきました。これらのシステムの構造、ダイナミクスとメカニックの制御を達成するための洗練された別の戦略は、その官能化ウィットあります具体的な方向性の力を介して相互作用時間分子。超分子化学は、溶媒の極性、温度や光16により強度変調することができるサイト固有の、方向性と強力なまだ可逆的な相互作用を呈する小分子の包括的なツールボックスを提供しています。それらの特性は、バルクで、溶液中で広く研究されているので、これらの分子は、予測可能な方法で外来相に柔らかい素材を構築するための魅力的な候補です。超分子化学によりコロイドアセンブリを調整するために、このような統合的アプローチの明確なポテンシャルにもかかわらず、これらの分野はほとんどメソ構造化コロイド物質17,18の特性を調整するためにインタフェースされていません。
超分子コロイドの強固なプラットフォームは、3つの主要な要件を満たす必要があります。まず、超分子部分のカップリングは、劣化を防ぐために、軽度の条件下で行われるべきです。 separatiで第二に、表面力アドオンの直接接触よりも大きいがコーティングされていないコロイドがほぼ独占的に除外され、ボリュームの相互作用を介して相互作用する必要があることを意味係留モチーフによって支配されるべきです。したがって、コロイドの物理化学的性質は、ファンデルワールス又は静電力のようなコロイド系における固有の他の相互作用を抑制するように調整されるべきです。第三に、特徴付けは、超分子部分の存在にアセンブリの明確な帰属を可能にすべきです。これら三つの前提条件を満たすために、超分子コロイドの強固な2段階合成は、( 図1a)を開発しました。第1のステップでは、疎水性NVOC官能化シリカ粒子は、シクロヘキサン中での分散のために調製されます。 NVOC基は容易にアミン官能化粒子を得、切断することができます。アミンの高い反応性は、温和な反応条件の広い範囲を使用して所望の超分子部分との直接的なポスト機能化を可能にします。ここで、我々広報ステアリルアルコール、ベンゼン-1,3,5-トリカルボキシ(BTA)20誘導体とシリカビーズの官能化により、超分子コロイドをepare。ステアリルアルコールは、いくつかの重要な役割を果たしている:それは、コロイドの親有機性を作り、それがコロイド21,22の間の非特異的な相互作用を低減するために助ける短距離立体反発を紹介します。ファンデルワールス力はさらにためコロイドの屈折率と溶媒23との間の密接な一致で低減されます。光と熱応答性短距離魅力表面力は、ニトロベンジル保護のBTA 20 Oを組み込むことによって生成される。Oニトロベンジル部分discoticsでアミドに組み込まれた場合、そのブロックの隣接のBTAとの間の水素結合の形成、光切断可能な基であり、 ( 図1b)。 UV光による光開裂の際に、溶液中のBTAを3倍hを介して認識し、同一のBTA分子と相互作用することができます温度に強く依存して17で結合力を持つydrogen結合アレイ。ファンデルワールスの観光スポットには、シクロヘキサン中のステアリルコーティングされたシリカ粒子のための最小限のと同様に光 - 及び温度に依存しないので、観測された刺激応答性コロイドアセンブリは、BTA媒介にする必要があります。
この詳細ビデオは、共焦点顕微鏡によりUV照射時に、その自己組織化を研究するために合成し、超分子コロイドを特徴付けるし、どのようにする方法を示しています。また、クラスタ化されたコロイドからコロイドシングレットを識別し、クラスタ当たりのコロイドの量を決定するために、単純な画像解析プロトコルが報告されています。合成戦略の多様性は、容易に粒子サイズ、表面被覆率だけでなく、メソ構造の高度な材料のためのコロイド状ビルディングブロックの大家族の開発のための新たな道を切り開く導入結合部分を、変化させることができます。
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コア - シェルシリカ粒子の1の合成
注:シリカ粒子は、ストーバー法24,25に基づいて、以下の手順に従って合成されます。
シリカコロイドの2官能
3.静的光散乱測定(SLS)
注:使用して、非蛍光粒子、蛍光体コアは、従来の光散乱装置の入射レーザ光と同じ波長の光を吸収するからです。


粒子当たり活性部位の数の4定量
注意:表面に大きいとする半径13 nmでの使用小さな粒子(-volume比)。

共焦点顕微鏡による5.モニターコロイドアセンブリ
注:使用したコア - シェルシリカ粒子(蛍光体コアと非蛍光性シェルを有します)。
6.画像解析
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室温で穏やかな反応条件下で第二段階で超分子コロイド( 図1a)、カップルBTA-誘導体( 図1B)を合成するために使用される二段階手順は、その安定性が確保されていることを考えます。

超分子コロイドの合成の1のスキーム図。ベンゼン-1のBTA分子。B)構造のUV-オーブンおよびその後のカップリングには、UV光によって照射によりアミン脱保護に続くステアリルアルコール、シリカコロイドにNVOCで保護されたアルキル鎖のA)のカップリング、使用、3,5-トリカルボキシ(BTA)誘導体である。
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1.426の屈折率、BTA-コロイドを分散させる溶媒として使用する場合、シクロヘキサン、ファンデルワールス相互作用は、コロイドの屈折率のため、非常に弱く、溶媒はほぼ同じです。シクロヘキサン中のSLSの実験のために使用官能基化コロイドの濃度は、水中での裸のシリカコロイドに比べてはるかに高いことに注意してください。屈折率がほぼ一致しているようにこれは、低コントラストに十分に強い散乱を得るために必要です。シクロヘキサン試料中の微量の水はすぐに毛細管力を無視できないクラスタリングすることにより、間接的にもかかわらず、検出されます。したがって、コロイドは、プロトコルに記載のように長期間にわたって真空中でそれらを乾燥させることにより、全ての合成ステップの間に水を含まないことを保証するために最も重要です。
アミンを定量するために使用される方法は、ピリジン-2-チオンの量を分析することを考えると粒子から切断され、Eは、それは、そのようなNMRのような他の技術を使用して直面することができ、粒子の散乱アーチファクトを回避します。小規模および大規模な粒子のための同等の面密度を仮定する...
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著者らは、開示することは何もありません。
著者らは財政支援のための科学的研究のためのオランダ機構(NWO ECHO-STIPグラント717.013.005、NWO VIDIグラント723.014.006)を認めます。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| APTES | Sigma-Aldrich | ||
| FTIC | Sigma-Aldrich | ||
| TEOS | Sigma-Aldrich | ||
| LUDOX AS-40 | Sigma-Aldrich | 半径13 nmのシリカ粒子 | |
| MilliQ | --- | --- | 18.2 MΩ&ミッドドット;25°Cのcm。C |
| エタノール | ソルバクロム | --- | |
| アンモニア(水中25%) | シグマ・アルドリッチ | --- | |
| クロロホルム | ・ソルバクロム | ||
| ---シクロヘキサン | シグマ・アルドリッチ | --- | |
| ジメチルホルムアミド(DMF) | シグマ・アルドリッチ | --- | |
| ステアリルアルコール | ・シグマ・アルドリッチ | --- | |
| N,N-ジイソプロピルエチルアミン (DIPEA) | Sigma-Aldrich | --- | |
| ベンゾトリアゾール-1-イル-オキシトリピロリジノホスフォニウム ヘキサフルオロリン酸 (PyBOP) | Sigma-Aldrich | --- | |
| Succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)プロピオン酸 (SPDP) | Sigma-Aldrich | --- | |
| ジチオスレイトール (DTT) | Sigma-Aldrich | ||
| ---NVOC-C11-OH | Synthesized | --- | I. de Feijter, 2014 Responsive materials from adaptive supramolecular constructs, 博士論文, アイントホーフェン工科大学, オランダ |
| BTA | Synthesized | --- | I. de Feijter, 2014 Responsive materials from adaptive supramolecular constructs, 博士論文, アイントホーフェン工科大学, オランダ |
| 遠心分離機 | サーモサイエンティフィック | ヘレウス メガフュージ 1.0 | |
| 超音波浴 | VWR | 超音波洗浄機 | |
| 蠕動ポンプ | ハーバード装置 | PHD ウルトラシリンジポンプ | |
| UVオーブン | Luzchem | LZC-a V 8x8 UVA電球(&ラムダ;<サブ>マックス=354 nm) | |
| スターラー加熱板 | ハイドルフ | MR-Hei スタンダード | |
| [header] | |||
| 光散乱 | ALV | CGS-3 MD-4コンパクトゴニオメーターシステム、マルチプルタウデジタルリアルタイム相関器(ALV-7004)と固体レーザー(λ=532 nm、40 mW)を装備) | |
| UV-Vis分光光度計 | Thermo Scientific | NanoDrop 1000 分光光度計 | |
| 共焦点顕微鏡 | ニコン | Ti Eclipseと&lambdaのアルゴンレーザー。<サブ>励磁=488 nm | |
| スライドスペーサー | Sigma-Aldrich | Grace BioLabs セキュアシールイメージングスペーサー (1ウェル、直径 × 厚さ 13 mm × 0.12 mm) | |
| シリンジ | BD Plastipak | 20 ml シリンジ | |
| プラスチックチューブ | SCI | BB31695-PE/5 | エチレンオキシドガス滅菌可能なマイクロ医療用チューブ |
| 脈動ボルテックスミキサー | VWR | 電気:120 V、50/60 ヘルツ、150°CW速度範囲:500–3,000回転 |
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