Name: 超分子コロイドの合成とキャラクタリゼーション (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 26 s
Description: 学ぶ超分子修飾コロイドの合成とキャラクタリゼーション。UV光で水素結合を活性化し、自己組織化を制御する手法を解説。材料科学における複雑なメソ構造材料の創製に応用可能です。

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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。

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。 <ol><li> 蛍光シリカシードの合成 <ol><li>フルオレセインイソチオシアネートのエタノール5ml中の105mgの（0.27ミリモル）を溶​​解します。 </li><li>以前のソリューションへ（3-アミノプロピル）トリエトキシシラン（APTES、0.43ミリモル）の100μLを加えます。 </li><li> 5分の間、溶液を超音波処理し、撹拌しながら、室温でアルゴン雰囲気下で一晩反応させ。染料官能APTES複合体を精製することなく使用します。 </li><li> 1リットルの丸底フラスコミックスアンモニアの25ミリリットル（水中25％）とエタノール250ミリリットルと色素官能APTESの2.5ミリリットルで。 </li><li>ガラスピペットwhilの助けを借りて、前の反応液のメニスカスの下にテトラエチルオルトシリケート（TEOS）10 mlを加え電子マグネチックスターラーで撹拌。 </li><li>同様に、5時間後に、TEOSの別の1.75ミリリットルを加え、アルゴン雰囲気下で一晩混合物をかき混ぜます。 </li><li>いくつかの45ミリリットルチューブに分散液を注ぎます。 </li><li>遠心管（350×gで、30分）、上清を除去し、各チューブに新鮮エタノール30ミリリットルを追加します。上清を除去するために、再び3分のための新しい分散液を超音波処理し、遠心操作します。これらの洗浄を3回ステップを繰り返します。 </li><li> （光への暴露を避けるため）ミリリットル、暗所で約13.6ミリグラム/の濃度でエタノール中の蛍光種を保管してください。 </li><li>蛍光色素の添加を省略し、同じ手順に従い、非蛍光種を準備します。 注：この手順に続いて、半径約100nmの種子が得られます。 </li></ol></li><li> コア-シェルシリカ粒子の合成 <ol><li>エタノール51ミリリットル、脱イオン水17ミリリットル、アンモニアの3.4ミリリットル（水中25％）と4で1リットル丸底フラスコを埋めますシード分散のミリリットル（約蛍光種子の54.4 mg）を。 </li><li> 5 TEOSのミリリットルとエタノール10mlとプラスチックシリンジを埋めます。 </li><li>アンモニアの1.34ミリリットル（水中25％）、3.4脱イオン水のミリリットルのエタノール10.25ミリリットルと第2のプラスチック注射器を埋めます。 </li><li>プラスチック管を備えた丸底フラスコに、両方のシリンジを接続します。 </li><li>アルゴン流量及び磁気スターラーをフラスコに装備。アルゴン注入口は、二次核生成を防ぐために、TEOS液滴からのアンモニアガスとの接触を回避するために第2のシリンジの出口の隣でなければなりません。 </li><li>混合物を攪拌しながら、蠕動ポンプを使用して、1.7ミリリットル/ hrで同時に両方のシリンジの内容を追加します。壁したがって、二次核生成に滑空回避するために、自由落下液滴を得ることを確認してください。 </li><li>半径約300nmのコア - シェル粒子を得るために、7時間後に加算を停止します。 </li><li>いくつかの45ミリリットルチューブにフラスコの内容物を注ぎます。 </li><li>遠心管（350×gで、30分）、上清を除去し、各チューブに新鮮エタノール30ミリリットルを追加します。上清を除去するために、再び新しい3分間分散し、遠心分離機を超音波処理します。これらの洗浄を3回ステップを繰り返します。 </li><li>コア - シェル粒子は、（光への暴露を避ける）をエタノールにし、暗所に保管してください。 </li><li>非蛍光シリカ粒子は同じ手順に従ってなく非蛍光種を使用して調製します。 </li></ol></li></ol>シリカコロイドの2官能<ol><li> NVOC官能コロイドの合成 <ol><li>得られた（50mLの丸底フラスコ中で一緒にステアリルアルコールのNVOC-C11-OH分子の12ミリグラム（0.03ミリモル）及び31ミリグラム（0.11ミリモル）をエタノール1ml中のコア - シェルシリカ粒子10mgを分​​散させます20/80 NVOC-C11-OH /ステアリルアルコールのモル比で）。 </li><li>すべての分子が溶解し、粒子がよくdispeされていることを確認するために10分間、混合物を超音波処理rsed。 </li><li>混合物に、磁気スターラーバーを追加し、室温でアルゴンの安定した流れでエタノールを蒸発させます。先に進む前に、それ以外の場合は、粒子のシラノール基と反応することができ、残されたエタノールが存在しないことを確認してください。エタノールは完全にフラスコの底の温度に注意を払う蒸発させるかどうかを確認します。それは寒いと感じる場合は、エタノールはまだ完全に蒸発されていません。 </li><li>連続的に攪拌しながら、アルゴン22の安定した流れの下で6時間、180℃にフラスコまで加熱します。 </li><li>フラスコを室温まで冷却してみましょう。 </li><li> 5分間（またはすべての固形分を溶解または分散されるまで）をフラスコ超音波処理へのCHCl 3 3ミリリットルを追加します。 </li><li>遠心分離機は、分散（2,600×gで、4分）、上清を除去し、新鮮なの CHCl 3を追加します。上清を除去するために、再び新しい3分間分散し、遠心分離機を超音波処理します。これらの洗浄は6回ステップを繰り返します。 </l私&gt; <li>一晩真空中で 70℃で粒子を乾燥させ、デシケーターに保管してください。 </li></ol></li><li> BTA-コロイドの合成 <ol><li> CHCl 3 3ml中NVOC-C11-OH /ステアリルアルコールの20/80モル比で官能化された粒子10mgを分散させます。 </li><li> NVOCグループを切断するために1時間UV-オーブン（λ 最大 = 354 nm）でのばらつきを照射します。脱保護は、脱保護しながら、マグネチックスターラーで穏やかに分散液を攪拌することにより、粒子の表面に均一であることを確認してください。これは、アミン官能化粒子（ 図1a）が得られます。 </li><li> （ベンゼン-1,3,5-トリカルボキシアミド誘導体の9ミリグラム（BTA、0.01ミリモル）、Nの8.7μlを、Nジイソプロピルエチルアミン（DIPEA、0.05 mmol）および（ベンゾトリアゾール-1-イルオキシ）トリピロリジノホスホニウムヘキサフルオロホスフェートの5.2ミリグラムを溶解させますCHCl 3 1ml中のPyBOP、0.01ミリモル）。 </li><li>アミン官能基化pにソリューションを追加します。物品分散液を、室温で、アルゴン雰囲気下で一晩撹拌しました。 </li><li>遠心分離機は、分散（2,600×gで、4分）、上清を除去し、新鮮なのCHCl 3 3ミリリットルを追加します。上清を除去するために、再び新しい3分間分散し、遠心分離機を超音波処理します。これらの洗浄は6回ステップを繰り返します。 </li><li> 48時間、真空下で 70℃で粒子を乾燥させ、デシケーターに保管してください。 </li></ol></li></ol> 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。 <ol><li>セクション2.1に記載の手順に従ってステアリルアルコールのみ（NVOC-C11-OH）と非蛍光シリカ粒子10mgを官能。 </li><li>水と非官能化された粒子の0.033 mg / mlでの分散液の500μlのを準備しますシクロヘキサン中のステアリルアルコールでコーティングされた粒子の2 mg / mlでの他の1。 </li><li>粒子が十分に分散されていることを確認するために、少なくとも20分間、両方の分散液を超音波処理します。 </li><li>両方の分散液の散乱強度、溶剤および5°刻みで30〜120°から基準溶剤を測定します。 </li><li> qの関数としてのサンプル（I サンプル ）の強度をプロット （式1） のq =4πn は溶剤罪（θ/ 2）/λ0 散乱角θで、溶媒のn 溶媒レーザλ0の波長の屈折率。 </li><li>ソフトウェアを使用して、以下の式にデータをフィット（ 例えば 、オリジン） （式2）I サンプル = CP（QR） Cは定数であり、フォームファクタP（QR）は、で与えられます （式3）&lt;imgのalt = &quot;式3&quot; SRC = &quot;/ファイル/ ftp_upload / 53934 / 53934eq3.jpg&quot; /&gt; 前記球状コロイドの平均半径はRです。 </li><li>各分散のためのフィットからRを抽出します。 </li><li>各θのために、以下の式に従って、散乱光の強度の絶対的尺度であるレイリー比（Rのθ）を 、計算します。 （式4） <img alt="式4" src="/files/ftp_upload/53934/53934eq4.jpg" /> サンプル、溶媒及び参照の強さで、 私は 溶媒 、 サンプル そして、 私は 、それぞれの溶媒の屈折率と基準nは 溶剤およびn 参照 、それに対応し、及び基準R 参照のレイリー比を参照します。ここに参考としてトルエンを使用し、その結果、n個の 水 = 1.332、nは トルエン = 1.497、nは シクロヘキサン = 1.426; R トルエン = 2.74x10 -3メートル-1 26。 </li><li> Rθと式5からコロイド（nはコロイド ）の平均屈折率を計算します。 （式5） <img alt="式（5）" src="/files/ftp_upload/53934/53934eq5.jpg" /> ボリュームN、V 粒子によって与えられる粒子V 粒子の体積当たりの粒子数= 4/3πR3であり、と仮定すると、非相互作用粒子の限界である構造因子S（q）は約1、。 </li></ol>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）。 <ol><li> 2.1節に記載の手順に従ってNVOC-C11-OH /ステアリルアルコールの20/80モル比で小さい市販の粒子を官能。 </li><li> 1ミリリットルのCHCl 3で小、官能化された粒子20mgを分散させ、NVOCグループを切断するために1時間UV-オーブン（λ 最大 = 354 nm）でのばらつきを照射します。脱保護しながら磁気撹拌棒で軽く分散液を攪拌します。このようにコロイドは沈殿せず、その表面は、従って均一な脱保護を確実に、UV光に露光残ります。 </li><li>得られたアミン官能化粒子をスピンダウン（3400×gで、10分）して上清を除去します。 </li><li> 2時間70℃で粒子を乾燥させます。 </li><li>スクシンイミジル3-（2-ピリジルジチオ）プロピオン酸のジメチルホルムアミド200μl中（SPDP、0.0016ミリモル）（DMF）の0.50 mgの溶かします。 </li><li>乾燥したアミン官能化粒子と渦の20 mgのSPDP溶液を加えます30分間のシステム。この時間内に、コロイド上のすべての利用可能な第一級アミンは、SPDPと反応しました。 </li><li> 6回のDMF 1mlで粒子を洗浄（または空きSPDPは、λ= 375 nmのUV-Visの分光法により上清中に検出されなくなるまで）。最後の洗浄工程では、できるだけ多くの上清を除去しようとします。 </li><li> DMF50μlにジチオスレイトールの0.53ミリグラム（DTT、0.0034ミリモル）を溶​​解します。粒子へのDTTの溶液を加え、30分間分散をボルテックス。この時間内に、ピリジン-2-チオン基が切断されます。 </li><li>微量紫外可視分光光度計を用いてλ= 293 nmで上清中に遊離し、ピリジン-2-チオンの吸光度を決定します。 </li><li> DTT過剰のSPDPの異なる既知の量の希釈系列の吸光度を測定することにより、吸光係数ɛ（〜12.1x10 3 M -1 cm -1で）DMF中のピリジン-2-チオンのを決定するための較正曲線を構築します。 </li><li&gt;ランベルト・ベールの法則を使用して、粒子から切断されたピリジン-2-チオン、CのP2Tの濃度を計算します。 （式6） のAbs = CのP2T率 εリットル ピリジン-2-チオンのC P2T、吸光係数ɛと光路長Lのモル濃度を有します。 </li><li>次の式で粒子あたりの活性部位（アミン）の数を計算します （式7） <img alt="式（7）" src="/files/ftp_upload/53934/53934eq7.jpg" /> 1粒子M 粒子の質量を持ちます それは、ρ= 1.295グラム/ cm 3であり、粒子Mの 合計 （20 mg）を合計加重質量と全体積V の合計 （50μL）とM 粒子 = 4 /3πR3ρ、です。この式は、使用可能なすべてのことを前提としていアミンは、SPDPと反応し、DTTは、粒子に接続されているすべてのSPDP分子を減少させます。 </li></ol>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）。 <ol><li>シクロヘキサン中のBTA-官能化された粒子の0.1重量％の分散液の400μlのを準備し、20分間サンプルを超音波処理。 </li><li> BTAのOニトロベンジル基を切断するために、UVオーブンでサンプルバイアル（λ 最大 = 354 nm）を照射します。クラスタリング処理を監視するために、0から30分まで、例えば、照射の異なる時点で25μlのアリコートを取ります。 </li><li> （チャンバーサイズは0.12ミリメートル×高さ13ミリメートルの直径である）スペーサの助けを借りて、別のガラススライド上の異なるアリコートを置き、カバースリップでチャンバーを閉じます。チャンバーを閉じた後、粒子の堆積物とadsorをできるように逆さまにカバースリップを回しますイメージングを容易にガラス、上にB。 </li><li>各照射時間のための試料調製後できるだけ早く、共焦点顕微鏡を用いて、各試料の複数の画像を取ります。 </li></ol> 6.画像解析<ol><li> ImageJのでシングレットの数の定量化 注：スクリプトを記述するために使用されるすべてのコマンドは、ImageJのマニュアルに記載されています。 http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/user-guide.pdf <ol><li>エッジから孤立したピクセルを削除し、「スムーズ」機能を実行している小さな穴を埋めるために共焦点画像を滑らかに。 </li><li>コアのみが蛍光性であることを考えると、同じクラスタtouchに属し、粒子がマージ粒子のエッジまで明るい領域を拡張させます。 「拡張」フィルターを使用してこれを行います。 0.02ミクロン/ピクセルの解像度を持つ約180 nmのシェルの厚さを有する粒子、および写真で、2膨張段階で十分です。 </li><li>画像を変換「メイクバイナリ」機能を実行しているバイナリ画像に変換します。 </li><li>例えば、0.02ミクロン/ピクセルの解像度で撮影した画像のためのツール &quot;&quot;設定スケール... &quot;、距離= 1知ら= 0.02ピクセル= 1単位=ええと&quot;を &quot;実行することにより、スケールを設定します。 </li><li>中・オブ・フォーカス粒子からのノイズやピンボケ粒子を識別するためにしきい値サイズを適用します。例えば、0.02ミクロン/ピクセルの解像度で撮影した画像で、すべてのエリアが0.2未満のピクセルが除外されています。 「粒子の分析... &quot;、&quot;サイズ= 0.2-インフィニティ」コマンドを使用してこれを行います。 </li><li> &quot;&quot;結果 &quot;」コマンドを使用してall.jpg画像と画像（クラスターとシングレット）内のすべての明るい領域のサイズとall.txtファイルを作成し、_all.txt&quot; &quot;と&quot; &quot;JPEG&quot;、 &quot;すべて&quot;。 </li><li>ある0.2と0.7ピクセル間のすべての明るい領域のサイズの円形度（円形度= 4πエリア/ペリメーター2）で0.7と1.0の間と仮定コマンド」粒子を分析... &quot;、&quot;真円= 0.7〜1.0」を実行している一重。 </li><li> singlets.jpgイメージとコマンド &quot;&quot;結果 &quot;、_singlets.txt&quot; &quot;と&quot; &quot;JPEG&quot;、 &quot;シングレットを&quot; &quot;使用してシングレットであるすべての明るい領域の情報とsinglets.txtファイルを作成します。 </li></ol></li><li> MATLABに情報を処理 <ol><li>一重の.txtファイルを読み、絵あたり一（ 一重 ）の平均サイズを計算します。 </li><li>クラスタ当たりの粒子数（ ダブレット = 2Aの一重 、 三重 = 3Aの一重 ...）と他のall.txtファイルから画像中の粒子の総数を計算するために、一重の平均サイズを使用してください。 </li><li> F シングレット =数のシングレット/総粒子：各露光時間のために一重に粒子の割合を計算します</li><li>ダブレット、トリプレットなどの割合を計算します： ダブレット = 2 *ダブレットの数/総粒子など F </li></ol></li></ol>

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</ol>

著者らは、開示することは何もありません。

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...

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。

<table><tbody><tr><td>APTES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FTIC</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TEOS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>LUDOX AS-40</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>半径13 nmのシリカ粒子</td></tr><tr><td>MilliQ</td><td>---</td><td>---</td><td>18.2 M&Omega;&ミッドドット;25°Cのcm。C</td></tr><tr><td>エタノール</td><td>ソルバクロム</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>アンモニア(水中25%)</td><td>シグマ・アルドリッチ</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>クロロホルム</td><td>・ソルバクロム</td><td></td><td></td></tr><tr><td>---シクロヘキサン</td><td>シグマ・アルドリッチ</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>ジメチルホルムアミド(DMF)</td><td>シグマ・アルドリッチ</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>ステアリルアルコール</td><td>・シグマ・アルドリッチ</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>N,N-ジイソプロピルエチルアミン (DIPEA)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>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)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>Succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)プロピオン酸 (SPDP)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>ジチオスレイトール (DTT)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>---NVOC-C11-OH</td><td>Synthesized</td><td>---</td><td>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</td></tr><tr><td>BTA</td><td>Synthesized</td><td>---</td><td>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</td></tr><tr><td>遠心分離機</td><td>サーモサイエンティフィック</td><td></td><td>ヘレウス メガフュージ 1.0</td></tr><tr><td>超音波浴</td><td>VWR</td><td></td><td>超音波洗浄機</td></tr><tr><td>蠕動ポンプ</td><td>ハーバード装置</td><td></td><td>PHD ウルトラシリンジポンプ</td></tr><tr><td>UVオーブン</td><td>Luzchem</td><td></td><td>LZC-a V 8x8 UVA電球(&ラムダ;<サブ>マックス</サブ>=354&nbsp;nm)</td></tr><tr><td>スターラー加熱板</td><td>ハイドルフ</td><td></td><td>MR-Hei スタンダード &nbsp; </td></tr><tr><td colspan="4">[header]</td></tr><tr><td>光散乱</td><td>ALV</td><td></td><td>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(&lambda;=532 nm、40 mW)を装備)</td></tr><tr><td>UV-Vis分光光度計</td><td>Thermo Scientific</td><td></td><td>NanoDrop 1000 分光光度計</td></tr><tr><td>共焦点顕微鏡</td><td>ニコン</td><td></td><td>Ti Eclipseと&lambdaのアルゴンレーザー。<サブ>励磁</サブ>=488&nbsp;nm</td></tr><tr><td>スライドスペーサー</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>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 &times; 厚さ 13 mm &times; 0.12 mm)</td></tr><tr><td>シリンジ</td><td>BD Plastipak</td><td></td><td>20 ml シリンジ</td></tr><tr><td>プラスチックチューブ</td><td>SCI</td><td>BB31695-PE/5</td><td>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</td></tr><tr><td>脈動ボルテックスミキサー</td><td>VWR</td><td></td><td>電気:120&nbsp;V、50/60&nbsp;ヘルツ、150°CW速度範囲:500&ndash;3,000回転</td></tr></tbody></table>

超分子コロイドの合成とキャラクタリゼーション

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

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。

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。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53934/53934fig1.jpg" /> 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。 <a href="https://www.jove.com/files/...

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。

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

本プロトコルの全体的な目的は、強固で方向性を持ち、かつ可逆的な相互作用を有する超分子部位をコロイドに固定することで、コロイドの自己組織化を制御する方法を記述することです。この手法は、興味深い特性を持つ複雑なメゾ構造材料を創出するために、どのようにコロイドの自己組織化を正確に制御するかという、材料科学分野における重要な疑問への回答に寄与します。この技術の主な利点は、表面固定後も光や温度に反応し続ける超分子部位によってコロイドの会合が駆動される点にあります。したがって、UV光による分子内の水素結合の光活性化に伴い、コロイドが自己組織化します。蛍光シリカシードを合成するには、まず1リットルの丸底フラスコ内で、色素機能化APTES 2.5 millilitersを25%アンモニア25 milliletersおよびエタノール250 millilitersと混合します。単分散のシリカシードを得るためには、反応混合液の液面下からテトラエチルオルトシリケートを添加することが非常に重要です。ガラスピペットを用いて、マグネチックスターラーで攪拌しながらTEOSを10 milileters加えます。同様に、5時間後にさらに1.75 millilitersのTEOSを加え、アルゴン雰囲気下で一晩攪拌します。翌日、テキストプロトコルに記載されている通りにシードを洗浄します。コアシェルシリカ粒子を合成するには、まずエタノール、脱イオン水、25%アンモニア、およびシード分散液を1リットルの丸底フラスコに加えます。次に、プラスチック製シリンジにTEOS 5 mLとエタノール10 mLを満たします。2本目のプラスチック製シリンジには、25%アンモニア1.34 mL、脱イオン水3.4 mL、およびエタノール10.25 mLを満たします。2本のシリンジをプラスチックチューブで丸底フラスコに接続します。フラスコにアルゴン気流を導入します。TEOS液滴から発生するアンモニアガスとの接触を避け、二次核形成を防止するため、アルゴンの導入口は2本目のシリンジの出口の隣に配置してください。混合物を攪拌しながら、ペリスタティックポンプを用いて両方のシリンジの内容物を1.7 milliliters/hourで同時に添加します。壁面への衝突による二次核生成を避けるため、液滴が自由落下するようにしてください。7時間後に添加を停止し、半径約300 nanometersのコアシェル粒子を得た後、テキストプロトコルに記載されている方法で粒子を洗浄します。NVOC機能化コロイドを合成するために、コアシェルシリカ粒子10 mg、NVOC保護リンカー分子12 mg、およびステアリルアルコール31 mgを、1 mLのエタノールとともに50 mLの丸底フラスコに分散させます。混合物を10分間超音波処理し、すべての分子が溶解し、粒子が十分に分散していることを確認します。混合物にマグネチックスターラーバーを加え、室温でアルゴン気流を用いてエタノールを蒸発させます。手順を進める前に、エタノールが残っていないことを確認してください。残っていると、粒子のシラノール基と反応する可能性があります。次に、定常的なアルゴン気流下で連続的に攪拌しながら、フラスコを180 °Cで6時間加熱し、その後、テキストプロトコルに従ってシリカコロイドを洗浄します。BTAコロイドを合成するには、機能化された粒子10 mgを3 mLのクロロホルムに分散させます。NVOC基を均一に切断するため、サンプルをUVオーブンに入れ、脱保護しながら磁気撹拌機で緩やかに撹拌します。分散液に1時間照射し、アミン官能基化粒子を得ます。次に、9 mgのBTA、8.7 µLのDIPEA、および5.2 mgのPyBOPを1 mLのクロロホルムに溶解させます。溶液をアミン官能基化粒子分散液に加え、アルゴン雰囲気下、室温で一晩攪拌する。分散液を遠心分離した後、上澄みを除去し、3 mLの新鮮なクロロホルムを加える。この新しい分散液を3分間ソニケーションし、再度遠心分離して上澄みを除去する。粒子を70 °Cで48時間真空乾燥させます。機能化された小粒子20 mgを1 mLのクロロホルムに分散させ、UVオーブンで1時間照射してNVOC基を切断します。脱保護の間、マグネチックスターラーで分散液を緩やかに攪拌してください。得られたアミン機能化粒子を遠心分離し、上澄み液を除去します。次に、粒子を70 °Cで2時間乾燥させます。続いて、0.5 mgのSPDPを200 µLのDMFに溶解します。20 mgの乾燥させたアミン官能基化粒子にSPDP溶液を加え、システムを30分間ボルテックスします。1 mLのDMFで粒子を6回洗浄します。最後の洗浄ステップでは、可能な限り上澄みを除去してください。次に、0.53 mgのDTTを50 µLのDMFに溶解します。このDTT溶液を粒子に加え、分散液を30分間ボルテックスします。この間にピリジン-2-チオン基が切断されます。上清中に遊離したピリジン-2-チオンの吸光度を、マイクロボリュームUV-Vis分光光度計を用いて波長233 nmで測定します。共焦点顕微鏡でコロイド集合を観察するために、まずシクロヘキサン中にBTA機能化粒子を0.1重量%分散させた分散液を400 µL調製し、サンプルを20分間超音波処理します。次に、サンプルのバイアルをUVオーブンで照射し、BTAのオルトニトロベンジル基を切断させます。クラスター形成プロセスを観察するため、照射開始から30分までなど、異なる照射時間において25 µLずつ分注してサンプリングします。スペーサーを用いて、それぞれ異なる分注量を別々のガラススライド上に滴下し、カバーガラスでチャンバーを閉じます。チャンバーを閉じた後、カバーガラスを反転させて粒子を沈殿させ、ガラスに吸着させます。これにより、イメージングが容易になります。各照射時間におけるサンプル調製後、速やかに共焦点顕微鏡を用いて各サンプルの画像を数枚撮影してください。超分子コロイドを調製するために、まずシリカコロイドをステアリルアルコールおよびNVOC保護リンカーで機能化し、疎水化させます。次にNVOC保護基を切断し、コロイドに超分子部位を後機能化させます。静的光散乱測定により、コロイドの屈折率を算出することが可能です。データをフィッティングすることにより、未修飾コロイドでは1.391、ステアリルアルコール被覆コロイドでは1.436の値が決定されました。これにより、コロイドの機能化が屈折率に影響を与えることが明確に示されました。粒子あたりの活性部位の量を評価するため、切断されたピリジン-2-チオン基の量を、粒子あたりのアミン数と直接的に関連付けました。ここでは、46.4平方ナノメートルあたり1つのアミンが存在することが分かりました。共焦点画像解析により、UV照射時間の関数としてシングレットの数を定量化することが可能です。オルトニトロベンジル部位を光切断するためにUV照射を行う前は、コロイドの80%がシングレットとして存在しています。最大波長 354 nanometers で照射すると、BTA の水素結合が活性化され、コロイド凝集が開始されます。この手順を行う際は、毛管力によってコロイドが凝集する可能性があるため、系内を無水状態に保つことが重要です。したがって、すべての合成ステップから水痕を除去する必要があります。本研究は、コロイド科学と超分子科学の隔たりを埋めることで、材料科学分野の研究者が外部刺激に敏感な複雑な材料を創製するための道が開かれることを示しています。このビデオを視聴することで、コロイド粒子に超分子モチーフを固定し、水素結合を用いてコロイドの自己組織化を制御する方法について十分に理解することができるはずです。

synthesis-and-characterization-of-supramolecular-colloids

Research

JoVE Journal

Chemistry

化学

この実験の目的は、水中で自己組織ディスコ両親媒性物質のサイズ、形状と安定性を決定し、制御することである。水性ベースの超分子ポリマーの制御のようなレベルは非常に困難である。私たちは、反発と引力相互作用の両方を使用して戦略を適用します。このシステムを特徴づけるために適用された実験的な技術が広く適用されます。...

水中での超分子ポリマーのサイズ、形状と安定性を制御する

共焦点顕微鏡は、魅力的な懸濁液のためのモデル系として研究されている画像の静止や流れるコロイドポリマー混合物に使用されます。画像解析アルゴリズムは、幾何学的な閉じ込めに起因する変化を測定するコロイド粒子のための構造的および動的メトリックを計算するために使用される。...

監禁静止と流れるコロイド·ポリマー混合物の共焦点イメージング

ここでは、強力な磁気モーメントと強い近赤外（NIR）吸光度磁気プラズモニックナノ粒子の合成のためのプロトコルを記述します。このプロトコルはまた、分子特異的な標的化を必要とするさまざまな生物医学アプリケーションのためのFc部分を介してナノ粒子への抗体結合が含まれています。...

Immunotargeted磁気プラズモニックナノクラスターの合成

この記事では、非極性溶媒から再結晶した第一級アンモニウムトリフェニルアセテートを使用して、結晶中の一連の水素結合超分子クラスターの構築について説明しています。この超分子クラスターの選択的な構築は、超分子クラスターとその構成要素との間の相関関係に関する効果的な系統的対称研究につながります。...

バイナリまたは三元アンモニウムTriphenylacetatesと超分子クラスターのシリーズの構築と体系的対称研究

中空高分子微粒子とスチレン、ペルフルオロ-nから成るエマルジョンを用いたリビングラジカル重合法によるマイクロ カプセルの作製のためのプロトコル-オクタンと水性 SDS (ドデシル硫酸ナトリウム)...

中空のポリスチレン粒子と炭化水素とフッ素オイルから成るヤヌス液滴のラジカル重合によるマイクロ カプセルの調製

結晶化駆動自己アセンブリ(CDSA)は、狭い長さの分布の円筒形ナノ構造を製造するユニークな能力を表示します。ε-カプロラクトロンおよびメチルメタクリレートおよびN、N-ジメチルアクリルアミドのその後の鎖拡張の有機カプタライズリング開合重合が実証される。長さ500...

生分解性ブロック共重合体の結晶化駆動自己組織化による単分散円筒ナノ粒子の合成

情報コード化されたペプトイドオリゴマーの合成と、アミンとアルデヒドを動的な共有反応物の対とルイス酸性希土類として使用して、これらのペプトイドの分子ラダーへの配列指向の自己集合のためのプロトコルが提示される金属トリフラはマルチロール試薬として...

情報を持つペプトイドの合成と、その配列指向動的共有自己集合

ここでは、アミロイドβ 1-40(Aβ 1-40)被覆された20 nm金凝集体の準可逆的自己組織化を記述する体系的な方法を紹介します。ペプチド間のナノサイズ依存性の準可逆的ネットワークは、特定のアミノ酸またはAβ...

アミロイドβ 1-40被覆金コロイドのpH依存性可逆的自己組織化の特性評価

ペプチドの第三級アミド（PTAは）が含まれるが、ペプチド、ペプトイドおよびN-メチル化ペプチドに限定されないが、ペプチドミメティックのスーパーファミリーである。ここでのPTAの1ビーズ1化合物ライブラリーを合成するためにスプリット·アンド·プールとサブモノマー戦略の両方を組み合わせた合成法を記載している。...

ペプチド第三級アミドライブラリのスプリット·アンド·プールの合成とキャラクタリゼーション

ここに記載されているプロトコルは、修飾されたヌクレオシド三リン酸に至る複雑なルートのように数々の障害を説明し、要約するすることを目指しています。結果的に、このプロトコルは、これらの活性化ビルディングブロックの合成と実用化のための彼らの可用性の両方を容易にします。...

ヌクレオシド三リン酸 - 合成からの生化学的特徴付けへ

学ぶ超分子修飾コロイドの合成とキャラクタリゼーション。UV光で水素結合を活性化し、自己組織化を制御する手法を解説。材料科学における複雑なメソ構造材料の創製に応用可能です。

超分子コロイドの合成とキャラクタリゼーション

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