물에 Supramolecular 폴리머의 크기, 모양과 안정성을 제어

다음 실험의 전반적인 목표는 물에서 초분자역학적 나노입자의 크기, 모양 및 안정성을 제어하는 것입니다. 이것은 자체 조립 또는 중합 이분 증폭의 설계에 의해 달성되며, 분자 구조는 매력적인 상호 작용과 반발적인 상호 작용을 위해 코팅되어 있습니다. 그 결과 좌절된 성장 메커니즘이 발생하여 제어된 구형 모양의 물 속에서 자체 조립된 나노 입자를 생성합니다.

두 번째 단계로, 수용액의 염 농도가 증가하여 디스코 암피의 분자 구조에 인코딩된 반발 상호 작용을 약화시킵니다. 이것은 구에서 막대로의 전이, 온도 의존적 원형 디 크로우즘 또는 CD 분광 조사를 유도하거나 이 구에서 막대로의 전이의 기본 메커니즘을 밝히기 위해 수행됩니다. 또한, 극저온 투과 전자 현미경 및 핵 자기 공명과 같은 분석 기술의 조합을 사용하여 한 유형의 응집체에서 다른 유형으로의 전이를 측정하고 시각화하는 결과를 얻을 수 있으며, 이는 구에서 막대로의 전이가 초 분자 중합에서 향상된 협력으로 표현된다는 것을 보여줍니다.

이는 제한된 크기의 나노 입자의 반협력 공정에서 완전 협력 핵 생성 신장 메커니즘으로의 전환에서 시작되며, 이 경우 매우 큰 초분자 중합체, 즉 동적 나노 막대로 이어집니다. CD 분광법, 작은 항문, X선 산란 및 MR과 같은 분광 기술을 cryo와 같은 현미경 기술과 결합하는 주요 이점은 물에서 초분자 고분자의 전이를 측정하고 시각화할 수 있다는 것입니다. 이러한 동적 폴리머는 온도 변화, OnX 강도 변화 또는 pH 변화와 같은 외부 자극에 반응할 수 있습니다.

이러한 방법의 조합은 널리 적용할 수 있으며 분자 화학 및 자체 조립 나노 물질 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 작은 분자 구성 요소의 자체 조립에 의해 형성된 응집체의 치수와 기본 형성 메커니즘 사이의 상관 관계를 조사할 수 있습니다. 이 방법론의 의미는 광범위한 바이오 나노 기술 응용 분야로 확장됩니다.

당사는 특히 생물의학 이미징 분야와 자체 조립 나노 미립자 조영제 개발에 관심을 가지고 있으며, 이 경우 응집체 안정성, 높은 대비 및 자체 조립된 조영제를 배설하는 능력 간의 섬세한 균형이 임상 사용의 성공에 가장 중요합니다. 우리는 자체 조립 빌딩 블록의 분자 구조의 미묘한 변화가 초분자 중합 메커니즘에 근본적인 차이를 초래할 수 있다는 것을 깨달았을 때 특성화 기술을 결합하는 아이디어를 처음 가졌습니다. 이 절차를 시연하는 사람은 트로반 공과대학(University of Trovan)의 극저온 10 시설의 전문가이자 책임자인 폴 보몬트(Paul Beaumont)입니다.

서면 프로토콜에 설명된 대로 100밀리몰 시트르산염 완충액에 BTA 가돌리늄 DTPA 용액을 준비하여 이 프로토콜을 시작합니다. 이 비디오와 함께 1cm UV Q 수의사에게 용액을 채웁니다. 수의사를 원형 D 크로우즘 분광계의 qve 홀더에 삽입합니다.

230 - 350나노미터의 CD 스펙트럼을 측정합니다. 그런 다음 363에서 283켈빈까지의 최고 강도 CD 대역에서 분당 1켈빈의 속도로 CD 냉각 곡선을 측정합니다. 다음으로, 동일한 부피의 2 몰 염화나트륨 완충 용액을 BTA 가돌리늄 DTPA의 시트레이트 완충 용액에 첨가한다.

이것은 이온 강도를 1 몰 염화나트륨으로 증가시키고 원반을 농도의 절반으로 희석시킵니다. 이온 강도가 증가한 후 40초 동안 이온 강도가 증가한 용액을 Vortex하고 CD 스펙트럼을 230나노미터에서 350나노미터로 다시 측정합니다. 그런 다음 363에서 283켈빈까지의 최고 강도 CD 대역에서 분당 1켈빈의 속도로 CD 냉각 곡선을 측정합니다.

원시 CD 데이터를 원본 8.5로 내보냅니다. 가장 높은 측정 온도에서 CD 효과를 0으로 정의하고 가장 낮은 측정 온도에서 CD 효과를 1로 정의하여 스펙트럼을 정규화합니다. CD 효과의 크기는 응집 정도에 비례하기 때문에 정규화된 CD 곡선은 응집 정도에 비례합니다. 정규화된 데이터는 온도 종속 자체 조립 모델과 함께 origin Pro 8.5의 비선형 곡선 맞춤 옵션을 사용하여 피팅됩니다.

이 모델에서는 핵형성(nucleation)과 신장(elongation reset)이 구별됩니다. 첫째, 연신율 영역에서 응집 정도를 맞춥니다. 이 방정식에서 T는 변수 온도를 나타냅니다.

PHI N은 응집 정도에 비례하는 순 나선이고 HE는 연신율의 분자 엔탈피입니다. T TE는 연신율 온도를 나타내며, 이는 자체 조립이 열역학적으로 유리해지기 시작하는 온도입니다. 정규화 계수 fiat는 fiat에 대한 Phi N이 unity를 초과하지 않도록 하기 위해 도입되었으며, 이는 집계 정도가 초과할 수 없다는 제약 조건에서 비롯됩니다.

Unity fitting을 사용하면 몰당 보석의 연신율 엔탈피와 주어진 농도에 대한 분자의 자체 조립을 특징짓는 켈빈 단위의 연신율 온도를 추출할 수 있습니다. 피팅할 때, 방정식은 첫 번째 방정식을 피팅한 후 연신율 영역에서만 유효하기 때문에 TE 미만의 온도에서 응집도만 피팅해야 한다는 제약을 준수할 때, 핵생성 체제 방정식에서 유일하게 알려지지 않은 매개변수는 초분자 중합의 협력을 설명하는 활성화 상수 ka입니다. 활성화 상수 적합도를 찾기 위해 핵형성 영역에서 TE 이상의 온도에 대한 실험적으로 발견된 응집 정도를 찾았습니다.

본문에 설명된 대로 전자 현미경을 위한 용액을 준비하는 것으로 시작하십시오. 2개의 완충액, 100 밀리몰 구연산염 완충액 및 5몰 염화나트륨 용해, 준비된 각 완충액의 0.1 밀리리터에 BTA 가돌리늄 DTPA가 있는 100 밀리몰 구연산염 완충액을 간략하게 준비하여 1 밀리몰의 감압 농도를 달성합니다. 다음으로, 40초 동안 5밀리암페어에서 작동하는 C Resington 2 0 8 탄소 코팅을 사용하여 quanti 호일 탄소 코팅 그리드를 플라즈마 처리합니다.

유리화(vitrification) 절차는 에서 생성된 광택 ISIS의 얇은 층이 TAM 분석에 적합하도록 보장하기 때문에 cryo의 중요한 단계입니다. 수용액은 자동화된 FEI vitro bot에서 유리화(vitrification) 중에 그리드에 적용됩니다. 여기에는 그리드에 샘플을 적용하고, 그리드에 수용액의 박막을 생성하기 위해 과도한 액체를 블롯팅하고, 그리드를 액체 Ethan에 매우 빠르게 담궈 유리화하는 것이 포함됩니다.

유리화 후 처리된 그리드를 액체 질소로 옮겨 보존한 다음 샘플 그리드를 액체 질소로 냉각된 오토로더 카세트로 수동으로 옮깁니다. 다음 단계는 카세트를 TUE cryo Titan, TEM 자동 로더에 삽입하는 것입니다. TUE Cryo Titan에는 300킬로볼트에서 작동하는 전계 방출 건이 장착되어 있습니다.

TAM 이미지를 기록하려면 경험이 풍부하고 빠르게 처리해야 합니다. 이는 이미징 중에 고에너지 전자빔이 표본을 손상시키기 때문입니다.포스트 컬럼 가틴 에너지 필터가 장착된 CCD 카메라를 사용하여 이미지를 기록합니다. 가돌리늄은 상자성이 높고 양성자 신호가 크게 확대되기 때문에 가돌리늄을 반자성 이트륨과 BT 아트리움 용액으로 치환한 다른 디스코가 사용되었습니다.

DTPA가 준비되었습니다. 1밀리몰의 목표 농도를 달성하는 데 몰당 2, 979g의 분자량에서 몇 밀리그램의 BT 아트리움 DTPA가 필요한지 계산합니다. 생성된 용액을 0.6 밀리리터를 LABAs NMR 튜브인 wilm에 피펫팅한 후 D two O의 50 밀리몰 경감된 숙시네이트 완충액에 결정된 양의 BT 아트리움 DTPA를 용해시킵니다.

Varian의 500mm I-D-P-F-G 프로브가 장착된 Nova 5 분광계의 변형 유니티에 샘플을 삽입합니다. 표준 양성자 NMR을 기록하고 90도 펄스를 조정하고 그에 따라 혼합 시간을 최적화한 후 텍스트에 설명된 대로 DOI 실험을 수행합니다. DOI one-shot pulse sequence from은 난소 참조 프로브에서 HDO의 자체 확산을 결정한 후 사용되며, 샘플에서 유체역학적 반경을 계산할 수 있는 응집체의 확산 계수를 결정합니다.

마지막으로, 구형 입자의 확산에 대한 Stokes Einstein 관계를 사용하여 응집체의 유체역학적 반경 RH를 계산합니다. 말초 가돌리늄 DTPA 복합체의 이온 특성은 코어가 응집체와 같은 길쭉한 막대로 중합되도록 설계된 디스코 단량체의 1차원 성장에 좌절을 초래합니다. 매력적인 상호 작용과 혐오스러운 상호 작용 사이의 균형은 응집체의 크기와 모양을 제어합니다.

입자 및 용액의 크기와 모양을 결정하는 강력한 기술은 싱크로트론 소스입니다. 작은 각도의 X선 산란 또는 빨아. BTA 가돌리늄 DTPA를 시트르산염 완충액에 용해시키고 흡입 프로파일을 두 가지 다른 농도로 기록했습니다.

낮은 Q 영역에서 0에 가까운 경사는 집합체에 모양과 등방성이 없음을 나타내며, 이는 구형 물체의 존재를 암시합니다. 서로 다른 농도에서 측정된 데이터는 3.2나노미터의 계산된 반경으로 이어지는 균일한 모노 분산 구형 폼 팩터를 사용하여 피팅되었습니다. 단량체 디스코의 계산된 기하학적 반경인 BTA 가돌리늄 DTPA는 3.0나노미터이며, 자체 조립 물체의 구형 모양과 나노미터 크기에 대한 추가 증거를 제공하기 위해 1에 가까운 종횡비로 응집됩니다.

양성자 확산 주문 NMR 분광법을 수행했습니다. DOI NMR을 사용하면 유체역학적 반경을 계산할 수 있는 초분자 응집체의 확산 계수를 결정할 수 있습니다. 중수소화 숙시네이트 완충액에서 응집된 반자기 이분법 증폭의 확산 계수는 스톡스 아인슈타인 관계를 통해 초당 10미터 제곱을 뺀 값의 0.69 곱하기 10으로 결정되었습니다.

2.9나노미터의 유체역학적 반경은 구형 크기의 불분명한 물체에 대해 계산되었습니다. 이 크기는 BTA 가돌리늄 DTPA에 대한 SOX 데이터에서 얻은 값과 매우 일치합니다. 1차원 스택 길이에 대한 성공적인 제어에 대한 추가 증거는 cryo TEM 현미경 사진에서 얻었습니다.

BTA 가돌리늄 DTPA는 1밀리몰 농도에서 직경이 6나노미터에 가까운 예상되는 구형 물체를 생성하며, 이는 SO 및 DOI 측정 결과를 확인합니다. 초분자 고분자와 같은 높은 종횡비 막대의 형성은 높은 이온 강도의 cryo te 현미경 사진에서 명확하게 관찰됩니다. 정전기 스크리닝이 이 발견에 대한 가장 가능성 있는 설명입니다.

모양은 직경이 약 6나노미터인 구형 골재에서 직경이 6나노미터이고 길이가 최대 수백 나노미터인 길쭉한 막대로 변경됩니다. 염 농도가 증가하는 BTA 가돌리늄 DTPA의 실온 CD 스펙트럼이 여기에 나와 있습니다. BTA 가돌리늄 DTPA 농도는 낮은 이온 강도에서 3밀리몰을 뺀 값의 8배인 10이고, 높은 이온 강도에서 3밀리몰을 뺀 값의 4배 10입니다.

CD 측정에는 상당히 낮은 농도가 적용되지만, 맑은 면 효과는 마이크로몰 농도에서도 온전한 응집체가 존재함을 나타냅니다. CD 스펙트럼의 모양은 염 농도가 증가하면 변하며, 이는 스택 주변에서 반발 상호 작용이 감소하고 데코의 패킹이 향상되었음을 나타내는 좋은 지표입니다. 또한 동일한 용액의 CD 냉각 곡선은 모양에서 뚜렷한 차이를 보여줍니다.

응집이 시작되는 온도는 더 높은 염 농도에서 더 높은 온도로 이동합니다. 점점 더 협력적인 메커니즘은 CD 효과의 급격한 증가를 특징으로 하는 것으로 명백해지는 반면, 0몰 염화나트륨에서의 냉각 곡선은 반협력 프로세스를 나타내는 ISO smic 자체 조립 모델에 의해 가장 잘 설명됩니다. 1.0 몰 염화나트륨에서의 냉각 곡선은 협력 자체 조립 공정에 일반적이며 0 및 1 몰 염화나트륨에서 BTA 가돌리늄 DTPA의 자체 조립의 열역학적 매개 변수를 정량화하는 핵 생성 신율 모델로 설명 할 수 있습니다.

협력 모델을 사용하면 무차원 활성화인 ka의 감소를 명확하게 알 수 있습니다. 상수. KA의 값이 낮을수록 자체 조립 공정에서 더 높은 수준의 협력을 나타내며, 이는 매우 길쭉한 초분자 고분자 고분자의 형성으로 표현됩니다. cryo TEM에서 관찰된 바와 같이 입증된 실험 기술을 시도하는 동안 실험 방법의 조합만이 조사 중인 동적 나노 물질에 대한 의미 있는 전체 설명으로 이어질 수 있다는 점을 기억하는 것이 중요합니다.

이 비디오를 시청한 후에는 우리의 결합된 실험 접근 방식이 얼마나 널리 적용할 수 있는지, 그리고 자체 조립 나노 물질 및 슈퍼 시 분야의 주요 질문에 답하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 잘 이해하게 될 것입니다.