2016년 4월 22일
초분자 부분으로 코팅된 콜로이드의 합성 및 특성화를 위한 프로토콜이 설명되어 있습니다. 이러한 초분자 콜로이드는 자외선에 의해 표면에 고정된 분자 사이의 수소 결합이 활성화될 때 자체 조립을 거칩니다.
이 프로토콜의 전반적인 목표는 상호 작용이 강하고 방향성이 있으며 가역적인 콜로이드에 초분자 부분을 고정하여 콜로이드 자체 조립을 지시하는 방법을 설명하는 것입니다. 이 방법은 흥미로운 특성을 가진 복잡하고 중간 구조화된 재료를 만들기 위해 콜로이드 자체 조립을 정확하게 제어하는 방법과 같은 재료 과학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 콜로이드 결합이 표면 고정 시 빛과 온도에 반응하는 초분자 부분에 의해 구동된다는 것입니다.
따라서 콜로이드는 자외선에 의한 분자의 수소 결합의 광활성화에 따라 자체 조립됩니다. 형광 실리카 종자를 합성하려면 먼저 1리터의 둥근 바닥 플라스크에 2.5ml의 염료 기능성 앱테와 25밀리리터의 25% 암모니아 및 250밀리리터의 에탄올을 혼합합니다. monodisperse 실리카 씨앗을 얻으려면 반응 혼합물의 메니스커스 아래에 테트라에틸 오르토실리케이트를 첨가하는 것이 정말 중요합니다.
유리 피펫을 사용하여 자석 교반기로 저어주면서 TEOS 10 밀리리터를 추가합니다. 마찬가지로 5시간 후에 1.75ml의 TEOS를 더 넣고 아르곤 분위기에서 밤새 혼합물을 저어줍니다. 다음 날, 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 씨앗을 씻으십시오.
코어 쉘 실리카 입자를 합성하려면 먼저 에탄올, 탈이온수, 25% 암모니아 및 시드 분산액을 1리터의 둥근 바닥 플라스크에 추가합니다. 그런 다음 플라스틱 주사기에 5ml의 TEOS와 10ml의 에탄올을 채웁니다. 두 번째 플라스틱 주사기에 1.34ml의 25%암모니아, 3.4ml의 탈이온수 및 10.25ml의 에탄올을 채웁니다.
플라스틱 튜브를 사용하여 두 주사기를 둥근 바닥 플라스크에 연결합니다. 플라스크에 아르곤 흐름을 장착합니다. 아르곤 주입구는 TEOS 액적에서 나오는 암모니아 가스 간의 접촉을 피하고 2차 핵형성을 방지하기 위해 두 번째 주사기의 배출구 옆에 있어야 합니다.
혼합물을 교반하면서 연동 펌프를 사용하여 시간당 1.7ml로 두 주사기의 내용물을 동시에 추가합니다. 자유낙하하는 액적을 얻어 벽에서 충돌하여 2차 핵 형성을 피하십시오. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 입자를 세척하기 전에 반경이 약 300나노미터인 코어 쉘 입자를 얻기 위해 7시간 후에 첨가를 중지합니다.
NVOC 기능성 콜로이드를 합성하려면 10mg의 코어 쉘 실리카 입자를 1ml의 에탄올에 12mg의 NVOC 보호 링커 분자 및 31mg의 스테아릴 알코올과 함께 50ml의 둥근 바닥 플라스크에 분산시킵니다. 혼합물을 10분 동안 초음파 처리하여 모든 분자가 용해되고 입자가 잘 분산되도록 합니다. 혼합물에 마그네틱 교반 막대를 추가하고 실온에서 아르곤의 일정한 흐름으로 에탄올을 증발시킵니다.
진행하기 전에 에탄올이 남아 있지 않은지 확인하십시오, 그렇지 않으면 입자의 실라놀 그룹과 반응할 수 있습니다. 다음으로, 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 실리카 콜로이드를 세척하기 전에 연속 교반과 일정한 아르곤 흐름으로 플라스크를 섭씨 180도까지 최대 6시간 동안 가열합니다. BTA 콜로이드를 합성하려면 10mg의 기능화된 입자를 3ml의 클로로포름에 분산시킵니다.
NVOC 그룹을 균일하게 절단하려면 샘플을 UV 오븐에 넣고 자석 교반기로 부드럽게 저어주면서 탈보호하십시오. 1시간 동안 분산액을 조사하여 아민 기능화 입자를 생성합니다. 그런 다음 BTA 9mg, DIPEA 8.7마이크로리터, PyBOP 5.2mg을 클로로포름 1ml에 녹입니다.
용액을 아민 기능성 입자 분산액에 첨가하고 실온 및 아르곤 분위기 하에서 밤새 교반합니다. 분산액을 원심분리한 후 상층액을 제거하고 3ml의 신선한 클로로포름을 첨가합니다. 다시 원심분리하고 상층액을 제거하기 전에 새로운 분산액을 3분 동안 초음파 처리합니다.
입자를 섭씨 70도의 진공 상태에서 48시간 동안 건조시킵니다. 20mg의 작은 기능화 입자를 1ml의 클로로포름에 분산시키고 UV 오븐에서 1시간 동안 분산액을 조사하여 NVOC 그룹을 절단합니다. 보호를 해제하는 동안 마그네틱 교반 막대로 분산액을 부드럽게 저어줍니다.
생성된 아민 기능화 입자를 스핀다운하고 상층액을 제거합니다. 그런 다음 입자를 섭씨 70도에서 2시간 동안 건조시킵니다. 다음으로, 200마이크로리터의 DMF에 0.5mg의 SPDP를 용해시킵니다.
건조된 아민 기능화 입자 20mg에 SPDP 용액을 첨가하고 30분 동안 시스템을 와류로 회전시킵니다. DMF 1ml로 입자를 6회 세척합니다. 마지막 세척 단계에서는 가능한 한 많은 상층액을 제거하십시오.
그런 다음 0.53mg의 DTT를 50마이크로리터의 DMF에 용해시킵니다. DTT 용액을 입자에 첨가하고 30 분 동안 분산을 와류로 가열하면이 시간 내에 피리딘 2 티온 기가 절단됩니다. 미량 UV-Vis 분광 광도계를 사용하여 233 나노미터의 파장에서 상등액에서 유리된 유리 피리딘 2 티온의 흡광도를 측정합니다.
컨포칼 현미경으로 콜로이드 어셈블리를 모니터링하려면 먼저 시클로헥산에서 BTA 기능화 입자의 0.1 중량 퍼센트 분산액 400 마이크로 리터를 준비하고 샘플을 20 분 동안 초음파 처리합니다. 그런 다음 UV 오븐에 샘플 바이알을 조사하여 BTA의 오르토 니트로벤질기를 절단합니다. 서로 다른 조사 시간(예: 0분에서 최대 30분까지)에서 25마이크로리터 분취량을 취하여 클러스터링 프로세스를 모니터링합니다.
스페이서를 사용하여 다른 유리 슬라이드에 다른 부분 표본을 놓고 커버 슬립으로 챔버를 닫습니다. 챔버를 닫은 후 덮개를 거꾸로 뒤집어 입자가 유리에 침전되고 흡수되도록 하여 이미징을 용이하게 합니다. 각 조사 시간에 대한 샘플 준비 후 가능한 한 빨리 컨포칼 현미경으로 각 샘플의 여러 이미지를 촬영합니다.
초분자 콜로이드를 생성하기 위해 첫 번째 실리카 콜로이드는 스테아릴 알코올 및 NVOC 보호 링커를 사용한 기능화에 의해 소수화됩니다. 그런 다음 NVOC 보호 그룹을 절단하고 콜로이드를 초분자 부분으로 사후 기능화할 수 있습니다. 정적 광 산란 측정을 통해 콜로이드의 굴절률을 계산할 수 있습니다.
날짜를 맞추어 베어 콜로이드의 경우 1.391, 스테아릴 알코올로 코팅된 콜로이드의 경우 1.436의 값을 측정했습니다. 이것은 콜로이드의 기능화가 굴절률에 어떤 영향을 미치는지 명확하게 보여줍니다. 입자당 활성 부위의 양을 평가하기 위해 절단된 피리딘 2 티온기의 양은 입자당 아민의 수와 직접적인 관련이 있습니다.
여기서, 46.4 제곱 나노미터당 하나의 아민이 발견되었습니다. 컨포칼 이미지 분석을 통해 UV 조사 시간의 함수로 싱글릿 수를 정량화할 수 있습니다. 오르토 니트로 벤질 부분을 광절단하기 위해 자외선을 조사하기 전에 콜로이드의 80 %가 일체로 존재합니다.
최대 354나노미터의 파장에서 조사하면 BTA의 수소 결합이 활성화됨에 따라 콜로이드 응집이 시작됩니다. 이 절차를 시도하는 동안 모세관 힘으로 인해 콜로이드가 뭉칠 수 있으므로 시스템에 물이 없는 상태를 유지하는 것이 중요합니다. 따라서 모든 합성 단계에서 수분 흔적을 제거해야합니다.
이 연구는 콜로이드 과학과 초분자 과학 사이의 격차를 해소하는 것이 재료 과학 분야의 연구자들이 외부 자극에 민감한 복잡한 물질을 만들 수 있는 길을 열어준다는 것을 보여줍니다. 이 비디오를 시청한 후에는 콜로이드 입자에 초분자 모티프를 고정하여 수소 결합을 사용하여 콜로이드 자체 조립을 지시하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.
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이 프로토콜은 초분자 구조로 코팅된 콜로이드의 합성 및 특성화를 설명합니다. 이러한 콜로이드는 자외선에 의해 활성화되면 자기 조립이 가능하여 재료 과학에서의 잠재적인 응용 가능성을 향상시킵니다.
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.