April 22nd, 2016
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。
このプロトコルの全体的な目標は、相互作用が強く、方向性があり、可逆的であるコロイドに超分子部分を固定することにより、コロイドの自己組織化を指示する方法を説明することです。この方法は、コロイドの自己組織化を正確に制御して、興味深い特性を持つ複雑でメソ構造の材料を作成する方法など、材料科学分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、コロイド結合が、表面固定化時に光と温度に応答し続ける超分子部分によって駆動
されることです。したがって、コロイドは、UV光による分子の水素結合の光活性化により自己組織化します。蛍光シリカ種子を合成するには、まず、2.5ミリリットルの色素官能化アプテスと25ミリリットルの25ミリリットルのアンモニアおよび250ミリリットルのエタノールを1リットルの丸底フラスコに混合します。単分散シリカ種子を得るためには、反応混合物のメニスカスの下にテトラエチルオルトケイ酸塩を添加することが非常に重要です。
ガラスピペットを使用して、マグネチックスターラーで攪拌しながら10ミリリットルのTEOSを追加します。同様に、5時間後、さらに1.75ミリリットルのTEOSを追加し、アルゴン雰囲気下で混合物を一晩攪拌します。翌日、テキストプロトコルに記載されているように種子を洗います。
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、および種子分散液を1リットルの丸底フラスコに加えます。次に、プラスチック製の注射器に5ミリリットルのTEOSと10ミリリットルのエタノールを入れます。2 番目のプラスチック シリンジに 1.34 ミリリットルの 25% アンモニア、3.4 ミリリットルの脱イオン水、および 10.25 ミリリットルのエタノールを入れます。
両方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フローを装備します。アルゴン入口は、TEOS液滴からのアンモニアガス間の接触を避け、二次核形成を防ぐために、2番目のシリンジの出口の隣になければなりません。
混合物を攪拌しながら、蠕動ポンプを使用して、両方のシリンジの内容物を1時間あたり1.7ミリリットルで同時に追加します。壁に衝突して二次核形成を避けるために、自由落下する液滴を得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ナノメートルのコアシェル粒子を得る前に、テキストプロトコルに記載されているように粒子を洗浄します。
NVOC官能化コロイドの合成には、10ミリグラムのコアシェルシリカ粒子を1ミリリットルのエタノールに分散させ、12ミリグラムのNVOC保護リンカー分子と31ミリグラムのステアリルアルコールを50ミリリットルの丸底フラスコに分散させます。混合物を10分間超音波処理して、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、エタノールが残っていないことを確認してください、さもなければそれは粒子のシラノール基と反応する可能性があります。次に、フラスコを摂氏180度まで6時間加熱し、連続的に攪拌し、アルゴンの安定した流れの下で、テキストプロトコルに記載されているように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、10ミリグラムの官能基粒子を3ミリリットルのクロロホルムに分散させます。
NVOC基を均一に切断するには、サンプルをUVオーブンに入れ、マグネチックスターラーで優しく攪拌しながら脱保護します。分散液に1時間照射すると、アミン官能基化粒子が得られます。次に、9ミリグラムのBTA、8.7マイクロリットルのDIPEA、および5.2ミリグラムのPyBOPを1ミリリットルのクロロホルムに溶解します。
アミン官能基粒子分散液に溶液を添加し、室温およびアルゴン雰囲気下で一晩撹拌します。分散液を遠心分離した後、上清を取り除き、3ミリリットルの新鮮なクロロホルムを加えます。新しい分散液を3分間超音波処理してから、再度遠心分離して上清を除去します。
粒子を摂氏70度で真空中で48時間乾燥させます。20ミリグラムの小さな官能基化粒子を1ミリリットルのクロロホルムに分散させ、その分散液をUVオーブンで1時間照射してNVOC基を切断します。マグネティックスターバーで分散液をやさしく攪拌しながら、脱保護します。
得られたアミン官能基化粒子をスピンダウンし、上清を除去します。その後、粒子を摂氏70度で2時間乾燥させます。次に、0.5ミリグラムのSPDPを200マイクロリットルのDMFに溶解します。
20ミリグラムの乾燥アミン官能基粒子にSPDP溶液を加え、システムを30分間ボルテックスします。粒子を1ミリリットルのDMFで6回洗浄します。最後の洗浄ステップでは、できるだけ多くの上澄みを取り除くようにしてください。
次に、0.53ミリグラムのDTTを50マイクロリットルのDMFに溶解します。DTT溶液を粒子に加え、分散液を30分間ボルテックスすると、この時間内にピリジン2チオン基が切断されます。マイクロボリュームUV-Vis分光光度計を使用して、233ナノメートルの波長で上清中に遊離した遊離ピリジン2チオンの吸光度を測定します。
共焦点顕微鏡法によりコロイド集合体をモニターするには、まず、シクロヘキサン中のBTA官能化粒子の0.1重量パーセントの分散液を400マイクロリットル調製し、サンプルを20分間超音波処理する。次に、サンプルバイアルをUVオーブンに照射して、BTAのオルトニトロベンジル基を切断します。25マイクロリットルのアリコートを、例えばゼロから30分までの異なる照射時間に取り、クラスタリングプロセスを監視します。
スペーサーを使用して異なるスライドガラスに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、カバースリップを逆さまにして粒子が沈殿してガラスに吸収されるようにすると、イメージングが容易になります。各照射時間について、サンプル調製後できるだけ早く共焦点顕微鏡で各サンプルの画像を数枚撮影してください。
超分子コロイドを製造するために、まず、ステアリルアルコールによる官能化とNVOC保護リンカーによる疎水性化を行います。その後、NVOC保護基が切断され、コロイドは超分子部分で機能後化することができます。静的光散乱測定により、コロイドの屈折率を計算できます。
日付を当てはめることにより、裸のコロイドで1.391、ステアリルアルコールでコーティングされたコロイドの1.436の値が決定されました。これは、コロイドの機能化が屈折率にどのように影響するかを明確に示しています。粒子あたりの活性サイトの量を評価するために、切断されたピリジン2チオン基の量は、粒子あたりのアミン数に直接関係しています。
ここでは、46.4平方ナノメートルあたり1つのアミンが見つかりました。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できます。オルトニトロベンジル部分を光切断するためのUV照射の前に、コロイドの80%が一重項として存在します。
最大波長354ナノメートルの照射により、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。この手順を試行する際は、毛細管現象によってコロイドが集まる可能性があるため、システムを水のない状態に保つことが重要です。したがって、水の痕跡はすべての合成ステップから除去する必要があります。
この研究は、コロイド科学と超分子科学の間のギャップを埋めることが、材料科学の分野の研究者が外部刺激に敏感な複雑な材料を作成する道を開くことを示しています。このビデオを見れば、超分子モチーフをコロイド粒子に固定することにより、水素結合を使用してコロイド自己組織化を指示する方法について十分に理解できるはずです。
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このプロトコルは、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を説明しています。これらのコロイドは、UV光によって活性化されると自己集合し、材料科学における応用の可能性を高めます。
This protocol enables precise, stimulus-responsive control over colloidal self-assembly through surface-anchored supramolecular motifs, offering a modular approach to engineer functional colloidal systems. By decoupling assembly triggers from permanent covalent modification, it supports iterative design-test cycles in early-stage material discovery. The method addresses a key biopharma-relevant challenge: achieving predictable, reversible organization of colloidal building blocks for applications in drug delivery, diagnostic sensors, or responsive coatings where spatiotemporal control is critical.
The method fits within early discovery workflows where colloidal systems are explored as carriers, sensors, or microenvironment modulators, particularly when external stimulus responsiveness is a design goal.