Method Article

동적 광 산란 입자 크기 분석에 전압 적용

DOI:

10.3791/60257

⸱

January 24th, 2020

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry, University of New Hampshire, 2Department of Chemical Engineering, University of New Hampshire, 3Department of Chemistry and Physics, University of New England

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

여기서, 폴리머 응집에 대한 전압 및 온도 변화의 효과를 탐구하고자 하는 의도로 동적 광 산란 입자 크기 측정 시 용액에 전압을 적용하는 프로토콜이 제시된다.

Abstract

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동적 광 산란(DLS)은 중합체, 단백질 및 기타 나노 및 미립자의 크기 분포를 특성화하는 일반적인 방법입니다. 현대계측은 시간 및/또는 온도의 함수로 입자 크기를 측정할 수 있지만, 현재 는 인가 된 전압이 있는 경우 DLS 입자 크기 분포 측정을 수행하는 간단한 방법이 없습니다. 이러한 측정을 수행하는 능력은 감지, 소프트 로봇 공학 및 에너지 저장과 같은 응용 분야에 대한 전기 활성, 자극 반응 폴리머의 개발에 유용 할 것입니다. 여기서, 전기활성 단량체가 유무에 관계없이 열반응 폴리머의 응집 및 입자 크기의 변화를 관찰하기 위해 DLS 및 온도 램프와 결합된 인가 전압을 사용하는 기술이 제시된다. 이러한 실험에서 관찰된 응집 거동 변화는 전압 및 온도 제어의 결합 된 적용을 통해서만 가능했습니다. 이러한 결과를 얻기 위해, potentiostat는 용액에 전압을 가하기 위해 수정된 큐벳에 연결되었다. 폴리머 입자 크기의 변화는 일정한 전압이 있는 경우 DLS를 사용하여 모니터링되었습니다. 동시에 현재 데이터와 입자 크기 데이터를 비교할 수 있는 현재 데이터가 생성되어 현재 및 입자 동작 간의 관계를 이해할 수 있습니다. 중합체폴리(N-이소프로필라크릴라미드)(pNIPAM)는 온도에 대한 pNIPAM의 반응이 잘 연구됨에 따라 이 기술에 대한 시험 중합체로서 사용하였다. pNIPAM 및 폴리(N-isopropylacrylamide)의 저임계 용액 온도(LCST) 응집 거동에서의 변화는-블록-폴리(ferrocenylmethylmethacrylate), 전기화학적 활성 블록-공중합체, 인가된 전압의 존재 하에서 관찰된다. 인가 된 전압이있는 경우 가역적 인 폴리머 구조를 달성하려고 할 때 이러한 변화의 뒤에 메커니즘을 이해하는 것이 중요합니다.

Introduction

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동적 광 산란(DLS)은 용액1을통해 산란된 빛의 강도에 임의의 변화를 사용하여 입자 크기를 결정하는 기술이다. DLS는 입자 크기를 결정하여 폴리머의 응집을 측정할 수 있습니다. 본 실험에서, DLS는 낮은 임계 용액 온도(LCST)2,3을초과하는 것을 나타내는 중합체 응집체때 관찰하기 위해 제어된 온도 변화와 결합되었다. LCST 아래에는 하나의 균질성 액체 상이 존재합니다. LCST 위에, 중합체는 용해성, 응집체 및 용액에서 응축됩니다. 적용 된 전압 (즉, 적용 된 전위 또는 전기장) 응집 동작 및 LCST에 전기장의 영향을 관찰 하기 위해 산란 필드에 걸쳐 도입 되었다. 입자 크기 측정에서 전압을 적용하면 센서, 에너지 저장, 약물 전달 시스템, 소프트 로봇 등 다양한 분야에서 입자 거동 및 후속 애플리케이션에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있습니다.

이 프로토콜에서, 2개의 예시 중합체가 사용되었다. 폴리(N-isopropylacrylamide) 또는 pNIPAM은, 광수분자 사슬 에 친수성 아마이드 기 및 소수성 이소프로필 기 모두를 포함하는 열에 민감한 중합체이다<....

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Protocol

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1. 예시 중합체 제제

  1. pNIPAM 폴리머 합성
    참고 : 이 준비는 3-4 실험에 충분한 1 g / L 용액의 10 mL을 생성합니다.
    1. 슐렌크 라인 장치를 준비합니다. 콜드 트랩 Dewar 플라스크가 드라이 아이스와 아세톤의 슬러리로 채워져 있는지 확인하거나 기계식 냉동 트랩을 사용하는 경우 트랩이 적절한 온도에 도달했는지 확인하십시오.
    2. 50 mL 둥근 바닥 플라스크에 N-이소프로필라크릴라미드(NIPAM) 모노머 0.566 g을 추가, 0.016 g의 가역적 첨가 단편화 사슬 전달 중합 (RAFT) 제제 (프탈리미도메틸 부틸 트리티오카보네이트), 0.0008 g의 2,2-아조비스 (2-메틸 프로피온리트릴) 및 1,4-다이옥산의 10 mL. 플라스크에 볶은 막대를 넣습니다. 플라스크를 고무 중격으로 밀봉하고 비닐 테이프로 감싸고 단량체를 1,4-다이옥산에 녹입니다.
    3. 다음과 같이 동결 펌프 해동 탈기 수행: 드라이 아이스와 메탄올 슬러리를 함유한 Dewar 플라스크에 둥근 바닥 플라스크를 침지하여 용액을 동결합니다. 모든 물질이 동결되면 슐렌크 라인의 진공 매니폴드를 사용하여 플라스크를 100 kPa 미만의 내부 압력으로 배출합니다. 플라스크를 분리하고 따뜻한 물을 사용하....

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Results

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온도 램프에서 실행되는 각 실행의 실시간 파일 출력은 그림 3과같이 표로 표시됩니다. 각 레코드는 볼륨크기(도 4)및 상관 계수(도5)를확인하기 위해 독립적으로 선택할 수 있습니다. 체적 입자 크기 분포(PSD)는 전체 분포 및 LCST를 해석하는 가장 정확한 데이터이지만 데이터 품질은 상관 관계그래프(그림 5)를통해 평가하여 분석에서 제외해야 하는 점을 결정해야 합니다. 일반적으로 부드러운 곡선을 가진 상관 관계그래프(그림 5)는비매끄럽지 않은 그래프 또는 낮은 품질의 데이터를 분석에서 제외하기 위해 고려해야 하는 양호한 품질로 간주됩니다. 24.5 °C의 곡선에는 곡선에 약간의 충돌과 사소한 피크가 있지.......

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Discussion

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pNIPAM 또는 p(NIPAM-b-FMMA) 용액에 전압을 가하여 온도에 반응하여 중합체 응집 거동을 변화시켰습니다. 두 재료 모두 인가된 전압이 있을 때 용액이 LCST 이하로 냉각된 경우에도 폴리머의 부피 크기가 높게 유지되었습니다. 전압이 없는 시험에서 중합체가 원래 크기로 돌아오는 것을 보여주었기 때문에 이것은 예상치 못한 결과였습니다. 이러한 실험을 통해 우리는 온도 범위와 적용된 전압을 통해 pNIPAM에 추가된 전기 활성 단량체에 관계없이 폴리머 응집을 완전히 가역화할 수 없다는 결론을 내릴 수 있습니다.

또 다른 흥미로운 결과는 도 9 및 p(NIPAM-b-FMMA) LCST 변경의 추가 검사시 볼 수 있다. 전압이 없으면 최대 볼륨 크기는 약 1000 nm이며 집계는 되돌릴 수 있습니다. 그러나, 인가 된 전압으로, 안정적인 응집은 약 100 nm이고 가역적이지 않습니다. 이는.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 이해 상충을 선언하지 않습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 NSF (CBET 1638893), (CBET 1638896), NIH (P20 GM113131), UNH에서 학부 연구를위한 하멜 센터의 재정 지원을 인정하고 싶습니다. 또한, 저자는 DLS에 대한 액세스를 위해 케이블 링과 스콧 그린 우드의 지원에 대한 Darcy Fournier의 지원을 인식하고 싶습니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
N-IsopropylacrylamideTokyo Chemical Industry CO., LTDI0401-500G
1,4-DioxaneAlfa Aesar39118
2,2"-Azobis(2-methylpropionitrile)SIGMA-ALDRICH441090-100G
큐벳MalvernDTS0012
동적 광 산란MalvernZetasizer NanoZS
페로세닐메틸 메타크릴레이트아스타텍FD13136-1G
프탈리미도메틸 부틸 트리티오카보네이SIGMA-ALDRICH777072-1G
PotentiostatGamryReference 600
트

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Xu, R. Particuology Light scattering : A review of particle characterization applications. Particuology. 18, 11-21 (2015).
  2. Szczubiałka, K., Nowakowska, M. Response of micelles formed by smart terpolymers to stimuli studied by dynamic light sca....

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Tags

Dynamic Light ScatteringApplied VoltageParticle Size AnalysisTemperature RampThermoresponsive PolymersElectroactive PolymersPotentiostat ConnectionCuvette ModificationPoly NIPAM AnalysisLCST Behavior

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