Name: 단일 분자 수준에서 순환 고분자의 합성 및 용융 상태에서 그들의 확산 운동의 특성 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 55 s
Description: 학습하세요 단일 분자 수준에서 순환 고분자의 확산 운동을 특성화하는 방법을. 이 기술은 고분자 물리학에서 위상 의존적 시공간 역학을 연구하는 데 도움이 됩니다.

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이 연구는 일본과학진흥회(Japan Society for the Promotion of Science)의 과학연구보조금(Grant-in-Aid for Scientific Research No. 22750122(S.H.), 제26288099호(T.Y.), 제23350050호(Y.T.)의 지원을 받았습니다. S.H.는 쿠라타 기념관 히타치 과학기술재단(Kurata Memorial Hitachi Science and Technology Foundation)에 감사하고 있습니다. 이 간행물에 보고된 연구는 King Abdullah University of Science and Technology(SH)의 지원을 받았습니다.

단관 능성 및 이작 용성 폴리 1. 합성 (THF) <ol><li> 관능 폴리 (THF) <ol><li> 불꽃 2 구 100 ㎖의 둥근 바닥 플라스크를 건조. 진공 및 질소 (3 회)와 플라스크를 입력합니다. </li><li> 플라스크에 증류수 테트라 하이드로 퓨란 (THF) (50 ㎖)를 추가합니다. 20 ℃에서 물을 용기에 플라스크를 놓고, 온도를 평형화. </li><li> 주사기로 플라스크에 메틸 트리 플레이트 (0.5 밀리몰)를 추가합니다. 20 ° C에서 5 ~ 10 분 동안 혼합물을 교반한다. </li><li> 주사기로 플라스크에 N의 페닐 피 롤리 딘 (4-6 당량.)를 추가합니다. 30 ~ 60 분 동안 혼합물을 교반한다. </li><li> 완전히 감압 (약 100 토르)에서 용매를 제거한다. 아세톤 3-5 ml의 잔류 물을 용해. n 개의 헥산 300 ~ 500 ml의에 아세톤 용액을 추가합니다. 침전물을 여과하고, 감압하에 건조. </li></ol></li><li> 관능 성 폴리 (THF) <ol><li> 불꽃 2 구 100 ㎖의 둥근 바닥 플라스크를 건조. 버지니아cuum 질소 (3 회)와 플라스크를 입력합니다. </li><li> 플라스크에 증류수 THF (50 ㎖)를 추가합니다. 20 ℃에서 물을 용기에 플라스크를 놓고, 온도를 평형화. </li><li> 주사기로 플라스크에 트리플 무수물 (0.3 밀리몰)를 추가합니다. 20 ° C에서 5 ~ 10 분 동안 혼합물을 교반한다. </li><li> 주사기로 플라스크에 N의 페닐 피 롤리 딘 (4-6 당량.)를 추가합니다. 30 ~ 60 분 동안 혼합물을 교반한다. </li><li> 완전히 감압 (약 100 토르)에서 용매를 제거한다. 아세톤 3-5 ml의 잔류 물을 용해. n 개의 헥산 300 ~ 500 ml의 아세톤 용액을 추가합니다. 침전물을 여과하고, 감압하에 건조. </li></ol></li></ol> 2. 페 릴렌의 합성 디이 미드 통합 4 무장 스타 8 모양의 Dicyclic 폴리 (THF) <ol><li> 무장 스타 폴리 (THF) <ol><li> 이온 교환 <ol><li> 물, 페 릴렌 테트라 카르 복실 디이 미드의 나트륨 염 (10 ㎎ / ㎖, 150 ㎖)에 녹인다. 디졸브아세톤 관능 폴리 (THF) (160 ㎎ / ㎖, 4 ㎖). 격렬하게 교반 수용액에 아세톤 용액에 적가를 추가합니다. 여과에 의해 형성된 침전물을 수집합니다. </li><li> 회수 된 침전물 (2.1.1.1) 네 배와 위의 절차를 반복합니다. </li></ol></li><li> 공유 고정 <ol><li> 톨루엔 얻어진 침전물 (5 ㎎ / ㎖)에 녹인다. 4 시간 동안 용액을 환류시켰다. </li><li> 완전히 감압 (약 100 토르)에서 용매를 제거한다. n은 헥산 / 아세톤 (2/1 부피 / 부피) 실리카 겔 플러그를 통해 잔류 물 필터. 생성물을 침전 빙수 (300-500 mL)에 상기 용액을 추가한다. 여과에 의해 침전물을 수집합니다. </li></ol></li></ol></li><li> Dicyclic 8 모양의 폴리 (THF) <ol><li> 이온 교환 <ol><li> 물, 페 릴렌 테트라 카르 복실 디이 미드의 나트륨 염 (6 ㎎ / ㎖, 50 ㎖)에 녹인다. (0.5 g을 관능 성 폴리 (THF)을 녹여) 아세톤의 30 ~ 50 ml를한다. 0 ° C에서 격렬하게 교반 수용액에 아세톤 용액에 적가를 추가합니다. 여과에 의해 형성된 침전물을 수집합니다. </li><li> 회수 된 침전물 (2.2.1.1)으로 위의 절차를 반복합니다. </li></ol></li><li> 공유 고정 <ol><li> 톨루엔 얻어진 침전물 (0.05 g / L)을 녹인다. 4 시간 동안 용액을 환류시켰다. </li><li> 완전히 감압 (약 100 토르)에서 용매를 제거한다. 부분적으로 잔류 물을 용해 톨루엔을 추가합니다. 다시 침전 N 헥산 300 ~ 500 ml의에. </li><li> n은 헥산 / 아세톤 (2/1 부피 / 부피) 실리카 겔 플러그를 통해 형성된 침전물을 필터링. 다시 침전 물 300 ~ 500 ml의에. </li><li> 폴리스티렌 겔을 사용하는 컬럼 크로마토 그래피 (18)에 의해 형성된 침전물을 정제. 또한, REM에 클로로포름의 용리액 19 분취 겔 투과 크로마토 그래피 (GPC)에 의해 조질 생성물을 정제굴절율 (RI) 및 UV 검출기를 모니터링하여 비켜 부산물. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. 단일 분자 형광 이미징 실험 <ol><li> 샘플 준비 <ol><li> 현미경 커버 전표의 청소 <ol><li> 장소 번호 1.5 24 X 24mm 현미경 커버 염색 항아리에 미끄러 져. </li><li> 15 분의 항아리와 초음파 처리로 1 M 포타슘 하이드 라이드 용액 (100 ㎖)를 추가합니다. 경사 분리하여 수산화 칼륨 용액을 붓고 수회 초순수 커버 슬립을 헹군다. 15 분의 항아리와 초음파 처리로 분광 등급 에탄올 (100 ㎖)를 추가합니다. </li><li> 경사 분리하여 에탄올을 붓고 수회 초순수 커버 슬립을 헹군다. 경사 분리하여 초순수를 주입 한 후, 단계 3.1.1.2를 반복한다. </li><li> 15 분의 항아리와 초음파 처리에 초순수를 추가합니다. 여러 번 초순수 커버 슬립 린스. 플라스틱 핀셋으로 항아리에서 커버 슬립을 꺼내 건조 공기 또는 건조 질소 중 하나에 의해 그들을 건조. </li></ol></li><li> 중합체 용융물의 샘플을 14, 15의 제조 <ol><li> 유리 병에 표지되지 않은 선형 폴리 (THF) 100 ㎕를 추가하고는 헤어 드라이어를 이용하여 융점 (약 25 ℃) 이상의 온도로 가열한다. </li><li> 형광 물질이 함유 중합체 (선형, 4- 무장 스타, 환상 또는 8 자형 dicyclic 2.1 2.2 합성)의 클로로포름 (1 ㎖, 10-6 M)을 녹인다. 비 표지 된 선형 폴리 (THF)의 용융물의 100 μL 용액을 1 μL를 추가한다. </li><li> 철저하게 피펫 팁과 샘플을 혼합 한 후, 건조기를 사용하여 샘플을 가열하여 클로로포름을 증발시켰다. 주 :이 형광 혼입 폴리머 10-8 M을 함유하는 표지되지 않은 선형 폴리 (THF)의 용융물을 제공한다. </li><li> 샘플의 10 μL 마이크로 피펫 및 D를 사용하여보세요세정 커버 슬립에 그것을 ROP. 샘플의 다른 청소 커버 슬립을 넣고 두 커버 전표 사이의 샘플을 샌드위치. </li><li> 부드럽게 플라스틱 핀셋을 사용하여 샘플을 누릅니다. </li></ol></li></ol></li><li> 와이드 필드 형광 촬상 설정 15 <ol><li> 반전 현미경의 뒷면 포트에 여기 레이저 (488 nm의) 소개 <ol><li> 빔 경로에 여기 대역 필터 및 편광자를 삽입한다. </li><li> 빔 확장기에 의해 직경 약 1cm에 빔을 확장합니다. </li><li> 빔 경로에 1/4 파장 판을 삽입한다. 편광자의에 대하여 45도에서 파장 판의 광축을 설정한다. 또는, Berek 보상기를 삽입 및 / 4 λ하는 광학 지연을 설정합니다. </li><li> 빔의 크기를 조정할 여기 빔 경로에 다이어프램을 삽입한다. </li><li> 반전 광 microsco의 후면 포트에 레이저 광을 도입하기 전PE, 집광 렌즈 삽입 (평면 - 볼록 렌즈의 초점 거리를 ≈ 300mm)의 대물 렌즈 중 레이저 빔이 시준 된 위치. </li></ol></li><li> 필터 큐브에 장착 된 이색 미러를 사용하여 레이저 빔을 반사 한 후, 고 개구 수 (NA)의 대물 렌즈를 통해 샘플에 레이저 광을 도입 (예를 들면, NA 1.3, 100X 배율 오일 침지). </li><li> 대물 렌즈에 목적 히터를 부착하고 30 ° C까지 온도를 설정합니다. </li><li> 거꾸로 현미경의 무대에 샘플을 장착 <ol><li> 대물 렌즈에 침지 기름 한 방울을 떨어 뜨리고 현미경 상태에서 샘플을 탑재합니다. </li><li> 약 10 ㎛, 시료의 두께가 시료의 바닥 및 상부면의 축 방향 위치를 확인하여 수득되는 것을 보장한다. </li><li> 샘플의 하부 표면 위의 몇 마이크로 미터 현미경의 초점을 조정한다. </li></ol></l난&gt; <li> 대물 렌즈에서 원형 편광 여기 광을 얻습니다 <ol><li> 대물 렌즈의 밖으로 평행 레이저 빔에 편광판을 삽입합니다. </li><li> 편광자 후 파워 미터를 삽입하여 편광판을 투과 한 레이저의 강도를 기록한다. 편광자를 회전시킴으로써 서로 다른 편광 각도로 투과 레이저 파워를 기록한다. </li><li> 전송 레이저 파워 모든 편광 각도에서 일정하지 않으면, 약간의 여기 빔 경로에 삽입 된 1/4 파장 판 또는 Berek 보상기를 회전한다. </li><li> 상수 전송 레이저 출력 될 때까지 단계를 반복 3.2.5.2 및 3.2.5.3은 모든 편광 각도에서 얻을 수있다. 원 편광이 샘플을 얻을 수 있는지 확인합니다. </li></ol></li><li> 설치 전각 (전자 승산이) 장치 연결 - 전하 (CCD) 카메라 <ol><li> 현미경의 측면 포트 EM-CCD 카메라를 부착와 T에 연결화상 획득 소프트웨어를 그가. </li><li> 필요한 경우, 장치에 EM-CCD 카메라에 의해 생성 된 트랜지스터 - 트랜지스터 논리 (TTL) 신호를 전송하여 기계적 셔터 또는 여기 빔 경로에 삽입 음향 광 여과기 카메라 노출을 동기화. 대안 적으로, 레이저에 EM-CCD 카메라에 의해 생성 된 TTL 신호를 보내어 레이저 출력으로 상기 카메라 노출을 동기화. 주 : 출력이 입력 전력 트랜지스터 - 트랜지스터 논리에 의해 변조 될 수있는 고체 레이저 (TTL) 신호가 실험에 사용되는 경우에만 후자의 옵션이 적용될 수있다. </li><li> 단일 형광 물질의 고품질의 형광 이미지를 얻기 위해 카메라를 제어하는 ​​소프트웨어를 사용하여 CCD 카메라에 EM 이득 (일반적으로 약 300)을 적용한다. </li><li> ROI (region of interest)를 카메라를 제어하는 ​​소프트웨어를 사용하여 (시야의 중심에 통상적으로 128 X 128 픽셀)로 설정한다. 주 :이 imagi 허용용융 샘플 내의 형광 물질이 함유 된 고분자 사슬의 움직임을 시각화에 필요한 프레임 전송 모드, 200 Hz에서 - (100)의 프레임 속도 (NG) 실험. </li></ol></li></ol></li><li> 실험을 실행 <ol><li> 실험 조건 최적화 <ol><li> 상기 여기 광의 경로에 삽입 된 진동판을 사용하여 직경 약 20 ㎛, 시료의 조명 영역을 조정한다. </li><li> 수동 여기 빔 경로에 삽입 된 적절한 감광 (ND) 필터를 선택하여 8 mW의 - (4) 시료에 여기 레이저 파워를 설정한다. 참고 : - 2 kW 급 cm -2 샘플에서이 일의 평균 레이저 파워를 제공한다. </li><li> 200 Hz에서 - (100)의 프레임 속도로 샘플의 형광 기록 화상. 각 형광 물질이 함유 중합체로부터 얻어지는 형광 강도가 너무 낮 으면, 서서히 제를 사용하여 여기 전력을 증가샘플에서 약 100 mW에 도달 할 때까지 전자 ND 필터. </li><li> 단일 분자 형광 화상의 품질이 여전히 만족스럽지 않으면, 표지되지 않은 폴리 (THF)의 순수 용융물의 형광 화상을 기록하여 샘플에서 형광 불순물을 확인한다. 높은 형광 배경이 관찰되는 경우, 다른 비 표지 폴리 (THF)을 사용합니다. </li><li> 용융물에 형광 물질이 함유 중합체로부터 얻어지는 형광 스폿의 밀도가 공간을 (이 확산 동작의 분석에 오류를 발생) 분리가 너무 높으면 시료까지의 형광 물질이 함유 중합체의 농도를 감소 공간적으로 격리 된 반점이 관찰된다. </li><li> 용융물에 형광 물질이 함유 중합체로부터 얻어지는 형광 스폿의 밀도 (이 이미징 실험의 낮은 처리량을 초래)가 너무 낮은 경우, appropr까지 시료에 형광 물질이 함유 중합체의 농도를 증가형광 현장의 늦었 밀도에 도달한다. </li><li> 용융물의 형광 물질이 함유 중합체로부터 얻어지는 형광 이미지를 흐리게하는 경우, 화상 취득의 프레임 속도를 증가시킨다. 참고 :이 종종 일반적으로, 64 X 64 픽셀의 작은 투자 수익 (ROI)을 필요로한다. </li></ol></li></ol></li><li> 이미지 획득 <ol><li> 실험 조건이 최적화되면 시료가 평형 상태에 도달 할 수 있도록, 한 시간 동안 현미경 무대에 장착 된 샘플을 둡니다. </li><li> 200Hz의 프레임 속도 - 100에 용융 상태의 형광 물질이 함유 된 고분자 1000 형광 이미지 시퀀스 - (500)를 기록한다. 기본 파일 형식은 TIFF 없으면, TIFF 형식으로 모든 이미지 시퀀스를 변환한다. </li></ol></li></ol> 확산 모션 4. 분석 <ol><li> 평균 제곱 변위 (MSD) 분석 <ol><li> 같은 방법으로 형광 이미지 시퀀스 자르기각 이미지 시퀀스는 ImageJ에 같은 단일 잘 집중 확산 형광 물질이 함유 된 고분자 이용한 화상 처리 소프트웨어를 포함하고있다. </li><li> 절단 된 이미지 시퀀스는 10 개 이상의 프레임들을 포함하면, 각각의 시퀀스가 ​​10 프레임으로 구성되도록 복수의 시퀀스로 이미지 시퀀스를 분할. </li><li> 정확하게 화상의 2 차원 가우시안 끼움 각 이미지 시퀀스에서의 분자의 위치를 ​​결정한다. </li><li> 수학 식 20을 이용하여 확산 계수 (D) 각각의 분자 확산 궤적 (분자, 즉, 시간에 따른 위치)의 평균 제곱 변위 (MSD) 분석에 의해 결정을 <img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation1.jpg" /> × 1 및 y i는 이미지 프레임 I의 분자의 위치이고, n은 프레임 전으로부터의 Δt 시간 경과와 프레임 번호를 나타낸다. </li><li> 의 확산 계수 플롯주파수 히스토그램. 참고 : 일반적으로, 히스토그램은 100 개 이상의 분자로 구성되어있다. </li></ol></li><li> 누적 분포 함수 (CDF) 분석 주 : CDF, P (R (2)는 I Δ t) 내가 t δ 일정 시간 지연 후 원점으로부터 반경 (R) 내에 확산 분자를 찾는 누적 확률에 대응한다. <ol><li> 시간이 4.1.3에서 얻은 모든 확산 궤적에 대한 1Δt, 2Δt, ····, iΔt의 지연 동안 발생 제곱 변위를 계산합니다. 주 : 시간이 iΔt의 지연에 대한 이러한 계산은 총 내가 제곱 - 변위 m를 제공합니다. </li><li> 다른 R 2 값에서 R 2보다 작은 총 m의 전 데이터 세트 내에서 제곱 - 변위 (리터 I)의 수를 계산 (0 &lt;R2 &lt;∞). R 2 대 정규화 리터의 난<html> 플롯은 CDF, P (R 2, iΔt)에 해당합니다. </li></ol></li><li> 별개의 확산 모델 CDFS 분석 참고 : 얻어진 CDFS는 별개의 확산 모델이 장착되어 있습니다; 균일 확산 모델은 D 분포가 가우시안 (단일 가우시안 모델)에 의해 설명되는 여러 확산 모드, 다중 확산 모드가되는 D 분포 다중 가우시안 (다중 가우시안 모델)에 의해 설명된다. <ol><li> 균일 확산 모델에서는, 수학 식 21을 사용하여 CDF를 끼워 맞춤으로써, 평균 D를 결정 <img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation2.jpg" /> 주 : 방정식에서 벗어나 분자의 이종 확산을 제안한다. </li><li> 단일 가우스 모델에서는 15을 사용하여 CDF 피팅하여 가우시안 (F (D))에 의해 기술 D의 확률 분포를 결정 켜기 3 &quot;SRC =&quot;/ 파일 / ftp_upload / 54503 / 54503equation3.jpg &quot;/&gt; <img alt="Equation4" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation4.jpg" /> A, W 및 D는 0 가우스의 크기, 폭 및 중심 어디에. </li><li> 더블 가우시안 모델 (14)을 사용하여 CDF를 끼워 맞춤으로써 가우시안 (F (D))에 의해 기술 D 성분 J 번째의 확률 분포를 결정 <img alt="Equation5" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation5.jpg" /> <img alt="Equation6" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation6.jpg" /> J는 각각의 확산 성분의 분획, α 및 J와 J w 및 D 0 J이고 가우스 성분 j 번째의 크기, 폭 및 중심이다. </li></ol></li><li> 이론적 확률 DISTRI의 계산확산 계수의 bution 참고 : 인해 다른 확산 모델에 대해 계산 된 통계 오류 (P (D) D의 D)에 발생하는 D의 확률 분포; 균일 확산 모델은 D 분포가 가우시안 (단일 가우시안 모델)에 의해 설명되는 여러 확산 모드, 다중 확산 모드가되는 D 분포 다중 가우시안 (다중 가우시안 모델)에 의해 설명된다. <ol><li> 균일 확산 모델에서는, 수학 식 22를 이용하여 D의 통계적 확률 분포를 계산 <img alt="Equation7" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation7.jpg" /> N이 확산 궤도 데이터 포인트의 수 (N = 10, 4.1.2 참조)이고, D 0 평균 확산 계수 (CDF를 분석에 의해 측정이 4.2.3.1 참조)이고, D는 실험적으로 얻어진 개별 궤도 용 확산 계수. </li><li> 에서단일 가우시안 확산 모델은 수학 식 15를 이용하여 D의 통계적 확률 분포를 계산 <img alt="Equation8" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation8.jpg" /> F (D)은 CDF 분석에 의해 결정된 D의 확률 분포 (4.2.3.2 참조)이고, D는 0 평균 확산 계수이다합니다 (CDF 분석에 의해 결정 4.2.3.2 참조). </li><li> 더블 가우시안 확산 모델에서는, 수학 식 14를 이용하여 D의 통계적 확률 분포를 계산 <img alt="Equation9" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation9.jpg" /> F (D의 J)은 CDF 분석에 의해 결정된 D (D의 j) 성분 j 번째의 확률 분포를 나타내고 (4.2.3.3 참조), 그리고 D의 0j은 CDF 결정 요소 j 번째 (평균 확산 계수 분석) 4.2.3.3를 참조하십시오. </li></ol></li></ol>

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4 무장과 8 모양의 중합체. 합성을위한 중요한 단계 인 ESA-CF 프로토콜 (그림 1)을 통해 제조 12, 24 단관 능성과 관능 성 선형 폴리 (THF)의 N -phenylpiperidinium 말 단기와이었다 하였다 위의 절차에 따라 합성. 11 이온 교환 복실 과잉 량을 함유하는 수용액에 트리 플레이트 카운터 음이온을 가진 폴리머 전구체의 아세톤 용액으로 재침을 실시 하였다. 4 무장 스타 폴리머 이온 교환 생성물의 공유 변환은 4 시간 동안 환류 톨루엔 (4.9 g / L)에서 수행 하였다. 전환이 충분하지 않은 경우, 반응 시간을 연장한다. 공유 결합 된 생성물을 물에 아세톤 / 헥산 N 및 재 침전 실리카 겔 컬럼 크로마토 그래피에 의해 수득 하였다. 4 무장 중합체의 1H NMR은도 2a에 도시된다. 티S의 E...

고리 폴리머는 체인 끝이 없다는 점에서 독특합니다. 그들은 종종 선형에서 순환으로의 변환에 의한 고분자 미셀의 증가된 열 안정성, 1, 2 및 루프 형성에 의한 박테리아 세포의 DNA의 공간적 조직을 포함하여 선형 미셀과 구별되는 특이한 행동을 나타냅니다. 3 순환 사슬 사이의 위상학적 상호 작용은 그러한 비정상적인 행동에 대한 중요한 요인으로 여겨집니다. 4,5 따라서 얽힌 조건에서 고리 중합체의 움직임과 이완을 특성화하는 것은 수십 년 동안 고분자 과학에서 중요한 연구 주제였습니다. 6
순환 고분자 역학은 핵 자기 공명(NMR), 광 산란 및 점도 측정과 같은 앙상블 평균 실험 방법을 통해 합성 분자와 자연 발생 분자를 모두 사용하여 조사되었습니다. 7-9 그러나 이러한 연구는 종종 샘플의 불순물 분자로 인해 어려움을 겪습니다. 10 더욱이, 얽힌 고분자의 고유한 구조적 이질성으로 인한 개별 분자 운동의 시공간 이질성은 종종 이러한 연구에서 평균화된 앙상블 뒤에 숨겨져 있습니다. 고리형 고분자의 분자 수준 역학을 특성화하기 위해서는 고순도 고리형 중합체를 제공하는 합성 방법과 단일 분자 수준에서 분자 운동의 정량적 특성화를 허용하는 실험 및 분석 방법을 개발해야 합니다. 여기에서는 ESA-CF(Electrostatic Self-Assembly and Covalent Fixation) 공정11-13을 사용하여 형광단 단위를 통합하는 고순도 고리형 및 이환형 폴리(THF)를 합성하는 방법과 평균 제곱 변위(MSD) 및 누적 분포 함수(CDF) 분석의 조합을 사용하여 개별 형광단 통합 고분자 사슬의 움직임을 분석하는 방법을 보여줍니다.
 적절한 데이터 처리는 확산 운동의 정확한 특성화를 위해 필수적인 것으로 나타났습니다. 적절한 MSD 및 CDF 분석을 통해 선형 고분자 사슬의 용융 및 반희석 용액에서 고리 및 이환 중합체의 다중 모드 확산이 밝혀졌으며,14-16 이는 얽힌 조건에서 사슬의 확산 운동에 대한 중합체의 위상 상태의 중요한 영향을 시사합니다. 17 고리 폴리머의 운동을 특성화하기 위한 실험 및 분석 접근 방식이 이 프로토콜에 설명되어 있지만, 동일한 방법을 사용하여 다른 많은 이종 시스템에서 확산 운동을 정량적으로 특성화할 수 있습니다. 이 접근 방식은 샘플에 존재하는 여러 확산 성분을 분석해야 할 때 특히 적합합니다.

<table><tbody><tr><td>Materials</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>THF</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wakosil C-300</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>아세톤</td><td>고도</td><td></td><td></td></tr><tr><td>톨루엔</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>n-Hexane</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>CHCl3</ </td><td>sub>Kanto Chemical</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bio-Beads S-X1</td><td>Bio-Rad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>메틸 트리플레이트,</td><td>Nacalai Tesque</td><td></td><td></td>,</tr><tr><td>Triflic 무수물</td><td>Nacalai Tesque</td><td></td><td></td></tr><tr><td>수산화칼륨</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>에탄올</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly( 테트라 하이드로 푸란)</td> <td>Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>클로로포름</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>침지 오일</td><td>Cargille</td><td>Type 37 / Type A</td><td></td></tr> <tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>2-Neck 100-ml 둥근 바닥 플라스크</td> 플라스크 <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>플라스크</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>비커</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>깔때기</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>여과지</td><td>Whatman</td><td></td><td></td></tr><tr><td>퇴류 콘덴서</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>주사기</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>수욕</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>자석 교반기</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>회전 증발기</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>현미경 커버 슬립 (24 x 24mm, No. 1)</td> <td>Matsunami Glass</td><td>CO22241</td><td></td></tr><tr><td>Staining jar</td><td>AS ONE Corporation</td><td>1-7934-01</td><td></td></tr><tr><td>초음파 세척기</td><td>VWR International&nbsp;</td><td>142-0047</td><td></td></tr><tr><td>도립 현미경</td><td>올림푸스</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>Ar-Kr 이온 레이저</td><td>Coherent</td><td>Innova 70C</td><td></td></tr><tr><td>Berek 보정기</td><td>Newport</td><td>5540</td><td></td></tr><tr><td>여기 필터</td><td>Semrock</td><td>LL01-488-12.5</td><td></td></tr><tr><td>이염소 거울</td><td>오메가 광학</td><td>500DRLP</td><td></td></tr><tr><td>방출 필터</td><td>Semrock</td><td>BLP01-488R-25</td><td></td></tr><tr><td>렌즈 및 미러</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EM-CCD 카메라</td><td>Andor Technology</td><td>iXon</td><td></td></tr><tr><td>대물 렌즈(100X, N.A. = 1.3)</td><td>Olympus</td><td>UPLFLN 100XOP</td><td></td></tr><tr><td>대물 히터</td><td>Bioptechs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>분취 GPC</td><td>일본 분석 산업</td><td>LC-908</td><td></td></tr></tbody></table>

단일 분자 수준에서 순환 고분자의 합성 및 용융 상태에서 그들의 확산 운동의 특성

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

우리는 고리 폴리머의 합성 방법과 단일 분자 수준에서 용융 상태에서 확산 운동을 특성화하는 프로토콜을 보여줍니다. ESA-CF(Electrostatic Self-Assembly and Covalent Fixation) 공정은 고리형 폴리(테트라하이드로푸란)(poly(THF))의 합성에 사용됩니다. 용융 상태에서 개별 고리형 고분자 사슬의 확산 운동은 고리 사슬에 형광 단동체를 통합하여 단일 분자 형광 이미징을 사용하여 시각화됩니다. 사슬의 확산 운동은 평균 제곱 변위(MSD) 분석과 누적 분포 함수(CDF) 분석의 조합을 통해 정량적으로 특성화됩니다. 고리형 폴리머는 선형 폴리머와 구별되는 다중 모드 확산을 나타냅니다. 이 결과는 앙상블 평균화 뒤에 종종 숨겨져 있는 고분자의 확산 이질성이 ESA-CF 공정을 사용한 고리 고분자의 효율적인 합성과 MSD 및 CDF 분석을 사용한 단일 분자 수준에서 확산 운동의 정량 분석을 통해 드러날 수 있음을 보여줍니다.

페 릴렌 4 무장 스타를 디이는-통합 8 모양의 dicyclic 폴리 (THF) s는 정전 자기 조립 및 공유 고정 (ESA-CF) 프로세스 (그림 1, 그림 2)를 사용하여 합성 하였다. 시간 경과 단일 분자 형광 이미지는 4 무장 (그림 3a)를 측정하고 (그림 3b) 중합체를 8 자형 하였다. 시간 경과 형광 이미지 (그림 3)은 공간적으로 인해 체인에 높은 형광 페 릴렌 디이 미드의 형광 (23)의 결합에 고립 된 밝고 선명한 반점을 보여줍니다. 확산 계수의 빈도 히스토그램 4 무장 (도 4a)에 대해 계산되고 (도 4b)의 시간 경과 화상의 제곱 - 평균 변위 (MSD) 분석에 의해 중합체 8 자형 하였다. MSD의 플롯과 CDFS...

합성 및 단일 분자 수준에서 순환 고분자의 확산 움직임의 특성에 대한 프로토콜이 제공됩니다.

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single ...

본 실험의 전반적인 목적은 얽힘 조건 하에서 위상학적 폴리머, 특히 고리형 폴리머의 확산 운동을 단분자 수준에서 특성화하는 것입니다. 이 방법은 폴리머의 위상 의존적 시공간 역학과 같이 폴리머 물리학 분야의 핵심 질문들에 답하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 일반적으로 특정 수준 뒤에 가려져 있는 불균일 확산을 단일 사슬 수준에서 정량적으로 특성화할 수 있다는 점입니다.이 절차를 시작하려면, perylene diimide 염을 150 milliliters의 물에 녹인 후, monofunctional poly(THF)를 4 millimeters의 acetone에 녹입니다. 격렬하게 교반 중인 수용액에 acetone 용액을 한 방울씩 첨가합니다. 형성된 침전물을 감압 여과로 수집합니다.다음으로, 톨루엔 내에 침전물을 5 mg/mL 농도로 용해하여 용액을 준비합니다. 해당 용액을 4시간 동안 환류시킵니다. 용액을 냉각시킨 후, 회전 증발기를 사용하여 감압 하에 용매를 완전히 제거합니다.완료되면, 잔류물을 n-hexane:acetone의 2:1 혼합액에 녹이고 결과 용액을 실리카겔 플러그로 여과합니다. 그런 다음, 여과된 용액을 얼음처럼 차가운 물에 첨가하여 생성물을 침전시킵니다. 폴리머 멜트 시료를 준비하려면, 비표지 선형 poly(THF) 100 µL를 유리병에 넣고 헤어드라이어를 사용하여 약 25 °C까지 가열합니다.클로로포름 내에 형광체가 결합된 고분자 용액을 10⁻⁶ M 농도로 준비합니다. 그다음, 표지되지 않은 선형 poly(THF) 용융액 100 µL에 이 용액 1 µL를 첨가합니다. 피펫 팁으로 샘플을 충분히 혼합한 후, 헤어드라이어로 가열하여 클로로포름을 증발시킵니다.마이크로파이펫을 사용하여 세척된 커버슬립 위에 샘플 10 µL를 떨어뜨립니다. 샘플 위에 또 다른 세척된 커버슬립을 덮고, 플라스틱 핀셋을 사용하여 두 커버슬립을 부드럽게 누릅니다. 다음으로, 도립 현미경의 대물렌즈에 대물렌즈 히터를 장착하고 온도를 30 °C로 설정합니다.렌즈 위에 이머전 오일을 한 방울 떨어뜨리고 시료를 현미경 스테이지에 장착합니다. 시료의 바닥면과 윗면의 축 방향 위치를 확인하여 시료 두께가 약 10 micrometers가 되었는지 확인하십시오. 그런 다음 현미경의 초점을 시료 바닥면에서 몇 micrometers 위로 조정합니다.이어서, 단일 형광체의 고품질 형광 이미지를 얻기 위해 CCD 카메라에 전자 증배(electron multiplying) 또는 EM 게인을 적용합니다. 이제 카메라 제어 소프트웨어를 사용하여 관심 영역(region of interest)을 설정합니다. 실험 조건을 최적화하기 위해, 들뜸 광선 경로에 삽입된 다이어프램을 사용하여 시료의 조사 영역을 직경 약 20 micrometers로 조정합니다.들뜸 빔 경로에 적절한 중성 밀도 필터를 수동으로 선택하여 삽입함으로써 시료에서의 들뜸 레이저 출력을 4~8 mW로 설정하십시오. 마지막으로, 용융 상태에서 형광체가 결합된 고분자의 형광 이미지 시퀀스를 100~200 Hz의 프레임 속도로 500~1000장 기록하십시오. 4-암(four-armed) 및 8자형(eight-shaped) 고분자에 대해 타임랩스 단일 분자 형광 이미지를 측정하였으며, 체인에 고형광 perylene diimide 형광체가 결합됨에 따라 공간적으로 분리된 밝고 선명한 점들이 관찰되었습니다.평균 제곱 변위(mean-squared displacement) 분석으로 결정된 확산 계수의 빈도 히스토그램은 분석의 통계적 오차와 확산의 불균질성으로 인해 넓은 분포를 나타냅니다. 빈도 히스토그램은 균질 확산 모델로부터 뚜렷한 편차를 보이며, 이는 고분자 분자의 불균질 확산을 입증합니다. 단일 및 이중 가우시안 모델은 실험적으로 얻은 누적 분포 함수와 잘 일치하며, 생성된 고분자의 확산이 확산 계수의 넓은 분포로 설명되는 반면, 8자형 고분자는 두 가지 뚜렷한 확산 모드를 나타냄을 보여줍니다.숙달되면, 적절히 수행했을 때 고분자 합성은 6시간 내에, 단일 분자 침지 실험은 수 시간 내에 완료할 수 있습니다. 이 기술의 개발 이후, 고분자 과학 분야의 연구자들은 혼잡한 환경에서의 고분자 역학을 탐구할 수 있는 길을 열게 되었습니다. 이 영상을 시청하고 나면, 단일 사슬 수준에서 얽힘 조건 하에 있는 위상 고분자의 확산 운동을 특성화하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.레이저와 유기 용매를 사용하는 작업은 매우 위험할 수 있으므로, 이 절차를 수행하는 동안 레이저 안전 수칙 준수 및 MSDS 검토와 같은 예방 조치를 항상 취해야 함을 잊지 마십시오.

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Research

연구

JoVE Journal

Chemistry

화학

비 교반 침전 중합 자극 성 폴리 (N- 이소 프로필 아크릴 아미드의) 좁은 크기 분포의 마이크로 겔의 합성에 대한 빠르고 재현성있는 조형 방법을 제공한다. 이 프로토콜 합성에서, 광 산란 특성과 넓은 필드 현미경 설정에서 이러한 마이크로 겔의 단일 입자의 형광 추적 증명된다.

제어 합성 및 매우 균일 한 폴리 형광 추적 (<em&gt; N</em&gt; 이소 프로필 아크릴 아미드) 미크로 겔

여기, 우리가 준비하고 차 구조를 시각화하는 프로토콜을 제시한다 (예를 들면, 섬유, 도넛 형 아키텍처 및 나노 분야) 나선형 폴리 카 보디에서 유래. 두 원자 힘 현미경 (AFM) 및 주사 전자 현미경 (SEM)에 의해 특징 형태는 분자 구조, 농도, 및 원하는 용매에 의존하는 것으로 나타났다.

나선형 폴리 카 보디이 미드 공중 합체 및 이들의 트리아 졸 유도체로부터 획득 자기 조립 모폴로지

공기 액정 성 인터페이스 megamolecular 생체 고분자의 건조 - 유도 된자가 통합을위한 방법이 여기에 제공된다. 이 방법은 생체 고분자의 거시적 인 잠재력을 이해뿐만 아니라, 생물 의학, 환경 분야의 부드러운 소재에 대한 평가 방법으로뿐만 아니라 도움이 될 것입니다.

건조 공기-LC 인터페이스에 Megamolecular 생체 고분자의 자체 통합을위한 방법

이 문서는 미세 프로세스 및 액체 결정 탄성 체에서 움직이는 입자를 준비 하는 매개 변수를 설명 합니다. 이 프로세스 작동의 크기 뿐만 아니라 움직이는 입자 및 그들의 크기와 모양 (prolate 강하게에 팽창이 코어-쉘, 야누스 형태학)에서 유사의 준비를 수 있습니다.

액체 결정 탄성 액츄에이터의 미세 준비

이 프로토콜의 목적은 용 매를 사용 하지 않고 온화한 온도 (90 ° c)에서 폴 리 디 비닐 벤젠의 동적 황 결합을 사용 하 여 중 합을 시작 하는 것입니다. Terpolymers는 GPC, DSC 및 1H NMR을 특징으로 하며 용 해도의 변화에 대해 테스트 되었습니다.

폴 리 (에 스 디 비닐 벤젠)에 동적 유황 결합을 사용 하 여 온화한 온도에서 Terpolymers의 합성

결정화 구동 자가 조립체(CDSA)는 좁은 길이 분포의 원통형 나노 구조를 제조하는 고유한 능력을 표시합니다. θ-카프롤락톤의 유기된 고리 개방 중합 및 메틸 메타크릴레이트와 N,N-디메틸아크릴아미드의 후속 사슬 확장이 입증된다. 최대 500nm 길이의 단분산 실린더를 생성하는 살아있는 CDSA 프로토콜이 설명되어 있습니다.

생분해성 블록 공합체의 결정화 구동 자가 조립을 통해 단분산 원통형 나노 입자의 합성

여기에서는 트랜스-사이클로부탄 융합 사이클로옥텐(tCBCO)의 제조, 해중합성 올레핀 폴리머를 제조하기 위한 중합 및 온화한 조건에서 이들 폴리머의 해중합을 위한 프로토콜에 대해 설명합니다. 또한, 해중합성 네트워크의 준비 및 이 시스템에 기초한 경질 선형 플라스틱의 압축 성형을 위한 프로토콜이 설명된다.

융합 고리 사이클로옥텐 단량체를 기반으로 하는 해중합 가능한 올레핀 폴리머

그람 음성 박테리아 지질 다당류 (LPS)의 지질 도메인의 분리 및 특성은 세포 표면 항생제 내성의 기반 메커니즘, 세균의 생존과 건강, 어떻게 화학적으로 다양한 지질 분자 종은 차등 호스트 타고난 면역 반응을 조절에 대한 통찰력을 제공합니다.

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펩타이드 차 아미드 (학부모 교사 협의회)를 포함하지만, 펩티드, peptoids 및 N-메틸화 펩티드에 국한되지 않습니다 펩티 도미 메틱의 슈퍼 패밀리입니다. 여기에서 우리는 학부모 교사 협의회의 한 구슬 한 화합물 라이브러리를 합성하는 분할과 풀과 하위 단량체 전략을 결합 합성 방법을 설명합니다.

분할 및 풀 합성 펩타이드 급 아미드 도서관의 특성

이 프로토콜은 항암제와 BBR3464 picoplatin의 양태를 결합 다핵 백금 착체의 합성에 사용하기에 적합한 가교 리간드를 형성하기 위해 이소 니코틴산 및 디아 미노 알칸의 아미드 커플 링 반응을 사용하는 방법을 설명한다.

이핵 항암제로 플래티넘 비스 피리딘 계 리간드와 이들 착물의 합성 아미드 커플 링 반응

학습하세요 단일 분자 수준에서 순환 고분자의 확산 운동을 특성화하는 방법을. 이 기술은 고분자 물리학에서 위상 의존적 시공간 역학을 연구하는 데 도움이 됩니다.

단일 분자 수준에서 순환 고분자의 합성 및 용융 상태에서 그들의 확산 운동의 특성

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