Method Article

Synthese van cyclische polymeren en karakterisering van hun Diffusive Motion in de Smelt staat bij de Single Molecule niveau

DOI:

10.3791/54503

⸱

September 26th, 2016

 ,  , 
1Biological and Environmental Sciences and Engineering Division, King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), 2Division of Applied Chemistry, Faculty of Engineering, Hokkaido University, 3Department of Organic and Polymeric Materials, Tokyo Institute of Technology

In This Article

Summary

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

Een protocol voor de synthese en karakterisering van diffuse beweging van cyclische polymeren op de single molecule-niveau wordt gepresenteerd.

Abstract

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

We demonstreren een methode voor de synthese van cyclische polymeren en een protocol voor het karakteriseren van hun diffusieve beweging in een smelttoestand op het niveau van een enkele molecuul. Een elektrostatische zelfsamenstelling en covalente fixatie (ESA-CF) proces wordt gebruikt voor de synthese van het cyclische poly(tetrahydrofuraan) (poly(THF)). De diffusieve beweging van individuele cyclische polymeerketens in een smelttoestand wordt gevisualiseerd met behulp van enkelmolecuulfluorescentiebeeldvorming door een fluorofoor-eenheid in de cyclische ketens te incorporeren. De diffusieve beweging van de ketens wordt kwantitatief gekarakteriseerd door middel van een combinatie van gemiddelde vierkante verplaatsing (MSD) analyse en een cumulatieve verdelingsfunctie (CDF) analyse. Het cyclische polymeer vertoont meervoudige diffusiemodi, wat anders is dan zijn lineaire tegenhanger. De resultaten tonen aan dat de diffusieve heterogeniteit van polymeren die vaak verborgen is achter ensemblegemiddelden, kan worden onthuld door de efficiënte synthese van de cyclische polymeren met behulp van het ESA-CF proces en de kwantitatieve analyse van de diffusieve beweging op het niveau van een enkele molecuul met behulp van de MSD- en CDF-analyses.

Introduction

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

Cyclische polymeren zijn uniek omdat ze geen kettinguiteinden hebben. Ze vertonen vaak ongebruikelijk gedrag dat verschilt van hun lineaire tegenhanger, waaronder verhoogde thermische stabiliteit van polymeermicellen door een lineaire-tot-cyclische conversie,1,2 en ruimtelijke organisatie van DNA in bacteriële cellen door een lusvorming.3 Men neemt aan dat topologische interacties tussen de cyclische ketens de kritische factor zijn voor dergelijk ongebruikelijk gedrag.4,5 Daarom is het karakteriseren van de beweging en relaxatie van cyclische polymeren onder verstrengelde omstandigheden al decennia lang een belangrijk onderzoeksonderwerp in de polymeerwetenschap.6

Cyclische polymeerdynamiek is onderzocht met behulp van zowel synthetische als natuurlijk voorkomende moleculen door middel van ensemble gemiddelde experimentele methoden zoals nucleaire magnetische resonantie (NMR), lichtverstrooiing en viscositeitsmetingen.7-9 Deze studies lijden echter vaak onder onzuiverheden in de monsters.10 Bovendien worden ruimtelijk-tijdelijke heterogeniteiten van de beweging van individuele moleculen, veroorzaakt door inherente structurele heterogeniteit van verstrengelde polymeren, vaak verborgen achter de ensemble gemiddelde in deze studies. Om de moleculaire niveau dynamische van cyclische polymeren te karakteriseren, moet een synthesemethode worden ontwikkeld die hoge zuiverheid cyclische polymeren levert en experimentele en analysemethoden die een kwantitatieve karakterisering van moleculaire beweging op het niveau van enkele moleculen mogelijk maken. Hier zullen we een methode laten zien om hoge zuiverheid cyclische en dicyclische poly(THF)'s te synthetiseren die een fluorfoor eenheid bevatten met behulp van een elektrostatisch zelf-assembleren en covalent fixeren (ESA-CF) proces11-13 en een methode om de beweging van de individuele fluorfoor-incorporerende polymeerketens te analyseren met behulp van een combinatie van gemiddelde kwadratische verplaatsing (MSD) en cumulatieve verdelingsfunctie (CDF) analyses.

Een goede gegevensverwerking is essentieel gebleken voor de nauwkeurige karakterisering van de diffusieve beweging. Met een adequate MSD en CDF analyse is een meervoudige diffusiemodus van de cyclische en dicyclische polymeren in de smelt en semi-verdunde oplossing van de lineaire polymeerketens onthuld,14-16 wat wijst op de significante effecten van de topologische toestanden van de polymeren op de diffusieve beweging van de ketens onder verstrengelde omstandigheden.17 Hoewel de experimentele en analytische benaderingen om de beweging van de cyclische polymeren te karakteriseren in dit protocol worden beschreven, kan dezelfde methode worden gebruikt om de diffusieve beweging in veel andere heterogene systemen kwantitatief te karakteriseren. De aanpak zou vooral geschikt zijn wanneer meerdere diffusiecomponenten die in de monsters aanwezig zijn, moeten worden geanalyseerd.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

1. Synthese van monofunctionele en bifunctionele poly (THF)

  1. Monofunctioneel poly (THF)
    1. Flame droge een 2-hals 100 ml rondbodemkolf. Vacuüm en vul de kolf met stikstof (3 cycli).
    2. Voeg gedestilleerd tetrahydrofuran (THF) (50 ml) aan de kolf. Plaats de kolf in een waterbad bij 20 ° C en equilibreren van de temperatuur.
    3. Voeg methyl trifluormethaansulfonaat (0,5 mmol) aan de kolf met een injectiespuit. Roer het mengsel gedurende 5-10 minuten bij 20 ° C.
    4. Voeg N fenyl pyrrolidine (4-6 equiv.) Aan de kolf met een injectiespuit. Roer het mengsel gedurende 30-60 min.
    5. Volledig het oplosmiddel onder verlaagde druk (ongeveer 100 Torr) verwijderd. Los het residu op in 3-5 ml aceton. Voeg de acetonoplossing in 300-500 ml n-hexaan. Filtreer het precipitaat en drogen onder verminderde druk.
  2. Bifunctionele poly (THF)
    1. Flame droge een 2-hals 100 ml rondbodemkolf. Vacuum en vul de kolf met stikstof (3 cycli).
    2. Voeg gedestilleerd THF (50 ml) aan de kolf. Plaats de kolf in een waterbad bij 20 ° C en equilibreren van de temperatuur.
    3. Voeg trifluormethaansulfonzuuranhydride (0,3 mmol) aan de kolf met een injectiespuit. Roer het mengsel gedurende 5-10 minuten bij 20 ° C.
    4. Voeg N fenyl pyrrolidine (4-6 equiv.) Aan de kolf met een injectiespuit. Roer het mengsel gedurende 30-60 min.
    5. Volledig het oplosmiddel onder verlaagde druk (ongeveer 100 Torr) verwijderd. Los het residu op in 3-5 ml aceton. Voeg de acetonoplossing 300-500 ml n-hexaan. Filtreer het precipitaat en drogen onder verminderde druk.

2. Synthese van Perylene diimide-opgenomen 4-bewapende Star en 8-vormige dicyclisch Poly (THF)

  1. Gewapende ster poly (THF)
    1. ionenwisselende
      1. Ontbinden peryleen diimide tetracarboxylaat natriumzout in water (10 mg / ml, 150 ml). ontbindenmonofunctioneel poly (THF) in aceton (160 mg / ml, 4 ml). Voeg de acetonoplossing druppelsgewijs in de krachtig geroerde waterige oplossing. Verzamel het gevormde neerslag door filtratie.
      2. Herhaal de bovenstaande procedure met het gewonnen neerslag (2.1.1.1) vier keer.
    2. covalente fixatie
      1. Los het verkregen precipitaat in tolueen (5 mg / ml). Reflux de oplossing 4 uur.
      2. Volledig het oplosmiddel onder verlaagde druk (ongeveer 100 Torr) verwijderd. Filtreer het residu door een prop silicagel met n-hexaan / aceton (2/1 vol / vol). Voeg de oplossing in met ijs gekoeld water (300-500 ml) om het product te precipiteren. Verzamel het neerslag door filtratie.
  2. Dicyclisch 8-vormige poly (THF)
    1. ionenwisselende
      1. Ontbinden peryleen diimide tetracarboxylaat natriumzout in water (6 mg / ml, 50 ml). Ontbinden bifunctionele poly (THF) (0,5 g) In 30-50 ml aceton. Voeg de acetonoplossing druppelsgewijs in de krachtig geroerde waterige oplossing bij 0 ° C. Verzamel het gevormde neerslag door filtratie.
      2. Herhaal de bovenstaande procedure met de teruggewonnen neerslag (2.2.1.1).
    2. covalente fixatie
      1. Los het verkregen precipitaat in tolueen (0,05 g / l). Reflux de oplossing 4 uur.
      2. Volledig het oplosmiddel onder verlaagde druk (ongeveer 100 Torr) verwijderd. tolueen toe te voegen aan het residu gedeeltelijk te ontbinden. Re-neerslaan in 300-500 ml n-hexaan.
      3. Filtreer het precipitaat gevormd door een prop silicagel met n-hexaan / aceton (2/1 vol / vol). Re-neerslaan in 300-500 ml water.
      4. Zuiver het gevormde precipitaat door kolomchromatografie onder toepassing van een 18 polystyreen gel. Het verder zuiveren van het ruwe product door preparatieve gelpermeatiechromatografie (GPC) 19 met een eluens CHCI3 REMove bijproducten door het bewaken van de brekingsindex (RI) en UV-detectoren.

3. Single-molecule Fluorescence Imaging Experiment

  1. monstervoorbereiding
    1. Reiniging van microscoop dekglaasjes
      1. Plaats No. 1.5 24 x 24 mm microscoop dekglaasjes in een kleuring pot.
      2. Voeg 1 M kaliumhydride (100 ml) in de pot en ultrasone trillingen gedurende 15 min. Giet de kaliumhydroxideoplossing door decanteren en spoel de dekglaasjes met ultra-zuiver water meerdere malen. Voeg spectroscopische kwaliteit ethanol (100 ml) in de pot en ultrasone trillingen gedurende 15 min.
      3. Giet het ethanol door decanteren en spoel de dekglaasjes met ultra-zuiver water gedurende een aantal keren. Na het storten van de ultra-zuiver water door decanteren, herhaalt u de stap 3.1.1.2.
      4. Voeg ultra-zuiver water aan de pot en ultrasone trillingen gedurende 15 minuten. Spoel de dekglaasjes met ultra-zuiver water gedurende een aantal keren. Verwijder de dekglaasjes van de pot door een kunststof pincet en droog ze door een van beide droge lucht of droge stikstof.
    2. Bereiding van monsters polymeersmelt 14,15
      1. Voeg 100 ul van niet-gemerkte lineaire poly (THF) in een glazen fles en verwarmen tot een temperatuur boven het smeltpunt (ongeveer 25 ° C) met een haardroger.
      2. Los de fluorofoor opgenomen polymeer (lineair, 4-armige ster, cyclische, of 8-vormige dicyclisch gesynthetiseerd 2,1 en 2,2) in chloroform (1 ml, 10 -6 M). Voeg 1 pl van de oplossing van de 100 ui van de smelt van de niet-gemerkte lineaire poly (THF).
      3. Na grondig mengen van het monster met een pipetpunt, chloroform verdampt door verwarming van het monster met behulp van een droger.
        Opmerking: Dit verschaft een smelt van de niet-gemerkte lineaire poly (THF) met 10 -8 M van de fluorofoor opgenomen polymeren.
      4. Neem 10 pi van het monster met behulp van een micropipet en dRop het op een gereinigde dekglas. Zet een andere gereinigd dekglas op het monster en sandwich van het monster tussen de twee dekglaasjes.
      5. Druk op het monster voorzichtig met een kunststof pincet.
  2. Wide-field fluorescentie beeldvorming setup 15
    1. Invoering van een excitatie laser (488 nm) in de achterhaven van de omgekeerde microscoop
      1. Steek een excitatie banddoorlaatfilter en polarisator in de laserstraal pad.
      2. Vouw de bundel tot ongeveer 1 cm in diameter en een bundel expander.
      3. Steek een kwart golfplaat in de laserstraal pad. Stel de optische as van de golfplaat van 45 graden ten opzichte van die van de polarisator. Als alternatief, plaatst u een Berek compensator en zet de optische vertraging van A / 4.
      4. Plaats een membraan in de excitatie balk pad naar de bundel grootte aan te passen.
      5. Vóór de invoering van de laserstraal op de achterkant haven van de omgekeerde optische Micrpe, plaatst u een focus lens (plan-bolle lens, brandpuntsafstand ≈ 300 mm) op een positie waar de laserstraal uit het objectief wordt gecollimeerd.
    2. Na als gevolg van de laserstraal met behulp van een dichroïsche spiegel gemonteerd op een filter kubus, de invoering van de laserstraal naar het monster door een hoge numerieke apertuur (NA) objectief (bijvoorbeeld NA 1,3, 100X vergroting, olie-immersie).
    3. Bevestig een doelstelling kachel naar de objectieflens en de temperatuur tot 30 ° C.
    4. Montage het monster op het stadium van het omgekeerde microscoop
      1. Drop een druppel immersie olie op het objectief en monteer het monster op de microscoop staat.
      2. Verzekeren dat de steekproef dikte van ongeveer 10 urn wordt verkregen door controle van de axiale positie van de onderste en bovenste oppervlak van het monster.
      3. Stel de focus van de microscoop om een ​​paar micrometer boven het bodemoppervlak van het monster.
    5. Verkrijgen van circulair gepolariseerd excitatielicht onder het objectief
      1. Steek een polarisator in de gecollimeerde laserstraal uit van het objectief.
      2. Noteer de intensiteit van de laser door de polarisator aan door een vermogensmeter na de polarisator. Noteer de uitgezonden laservermogen bij verschillende hoeken polarisatie door rotatie van de polarisator.
      3. Als de uitgezonden laservermogen niet constant is helemaal polarisatie hoeken, iets draai de kwart golfplaat of Berek compensator in de excitatie stralengang geplaatst.
      4. Herhaal stap 3.2.5.2 en 3.2.5.3 tot de constante uitgezonden laservermogen wordt verkregen bij alle polarisatie hoeken. Zorg ervoor dat het circulair gepolariseerd licht wordt verkregen bij het monster.
    6. Stel de EM (elektron vermenigvuldigen) -Charge Coupled Device (CCD) camera
      1. Bevestig de EM-CCD-camera aan de zijkant poort van de microscoop en sluit deze aan tHij afbeelding acquisitie software.
      2. Eventueel synchroniseert de camera blootstelling aan een mechanische sluiter of een akoesto-optisch afstembaar filter in de excitatie stralengang ingevoegd bij het versturen van de transistor-transistor logic (TTL) signalen van de EM-CCD camera om de apparaten. Alternatief synchroniseren van de camera blootstelling aan de laseruitvoer door toezending van TTL signalen van de EM-CCD camera om de laser.
        Opmerking: Deze optie is alleen van toepassing wanneer een halfgeleiderlaser waarvan uitgangsvermogen worden gemoduleerd door de input transistor-transistor logic (TTL) signalen voor het experiment gebruikt.
      3. Breng een EM versterking (typisch ongeveer 300) aan de CCD camera met software besturen van de camera om een ​​hoge kwaliteit beeld fluorescentie van één fluorofoor verkrijgen.
      4. Stel een van belang (ROI) (typisch 128 x 128 pixels in het midden van het gezichtsveld) via software de camera bedient.
        LET OP: Deze maakt het mogelijk om Imaging experimenten bij framesnelheden van 100-200 Hz in het frame transfer mode, die nodig is voor het visualiseren van de beweging van de fluorofoor opgenomen polymeerketens in de smelt monster.
  3. Het uitvoeren van het experiment
    1. Het optimaliseren van de experimentele omstandigheden
      1. Pas het belichtingsgebied van het monster tot ongeveer 20 urn in diameter met het membraan in de excitatie stralengang geplaatst.
      2. Stel de excitatie laservermogen aan het monster 4-8 mW door het handmatig selecteren van een geschikte neutrale dichtheid (ND) filter in de excitatie stralengang geplaatst.
        Opmerking: Dit geeft het gemiddelde laservermogen van 1-2 kW cm -2 in het monster.
      3. Record fluorescentie beelden van het monster op de framerates van 100-200 Hz. Indien de fluorescentie-intensiteit verkregen uit de afzonderlijke fluorofoor opgenomen polymeren te laag is, geleidelijk de excitatie stroom met the ND-filter tot het bereiken van ongeveer 100 mW bij het monster.
      4. Als de beeldkwaliteit van de single-molecule fluorescentie van is nog steeds niet bevredigend is, controleer dan de fluorescentie onzuiverheden in het monster door het opnemen van fluorescentie beelden van een zuivere smelt van de niet-gelabelde poly (THF). Indien een hoge achtergrond fluorescentie wordt waargenomen, gebruiken verschillende niet-gemerkte poly (THF).
      5. Als de dichtheid van de fluorescentie vlek verkregen uit de fluorofoor opgenomen polymeren in de smelt te hoog is om ze (dit veroorzaakt fouten bij de analyse van de diffuse beweging) ruimtelijk isoleren, verminderen de concentratie van het fluorofoor opgenomen polymeren in het monster zo ruimtelijk geïsoleerde plekken worden waargenomen.
      6. Als de dichtheid van de fluorescentie vlek verkregen uit de fluorofoor opgenomen polymeren in de smelt te laag (dit veroorzaakt een geringe productie van het beeldvormende experiment), verhoging van de concentratie van het fluorofoor opgenomen polymeren in het monster tot een KREDIETENiate dichtheid van de fluorescentie plaats bereikt.
      7. Indien de fluorescentie beelden verkregen uit de-fluorofoor opgenomen polymeren in de smelt zijn wazig, verhoging van de framerates van de imaging overname.
        NB: Dit vereist vaak een kleinere ROI, meestal 64 x 64 pixels.
  4. Afbeeldingen verwerving
    1. Zodra de proefomstandigheden worden geoptimaliseerd, laat de gemonteerde monster op de microscoop podium voor een uur zodat het monster evenwichtsvoorwaarden bereikt.
    2. Neem 500 - 1000 afbeelding fluorescentie-sequenties van de fluorofoor opgenomen polymeren in de gesmolten toestand bij een 100-200 Hz frame rate. Als het standaard bestandsformaat is niet TIFF, zet alle beeldsequenties de aan de TIFF-formaat.

4. Analyse van de Diffusive Motion

  1. Mean-squared verplaatsing (MSD) analyse
    1. De afbeelding bijsnijden fluorescentie sequenties zodanigdat elk beeld sequentie bevat een enkel en goed gerichte diffunderen-fluorofoor opgenomen polymeer met behulp van software voor beeldverwerking, zoals ImageJ.
    2. Wanneer de bijgesneden afbeelding sequenties bevatten meer dan 10 frames, splitsing van de afbeelding sequenties in meerdere sequenties zodanig dat elke reeks bestaat uit 10 frames.
    3. Bepaal de posities van de moleculen in elke beeldsequenties geschieden via tweedimensionale Gauss montage van de beelden.
    4. Bepaal de diffusiecoëfficiënt (D) van de individuele moleculen van gemiddelde kwadratische verplaatsing (MSD) analyse van de diffusie trajecten (dwz tijdsafhankelijke posities van het molecuul) een expressie 20
      figure-protocol-1
      waarin xi en yi positie van het molecuul in het beeldframe i en n geeft het framenummer de tijdspanne At uit i frame.
    5. Plot van de diffusie coëfficiënten ineen frequentie histogram.
      OPMERKING: Typisch het histogram is opgebouwd uit meer dan 100 moleculen.
  2. Cumulatieve verdelingsfunctie (CDF) analyse
    OPMERKING: Een CDF, P (r 2, i Δ t) overeenkomt met de cumulatieve waarschijnlijkheid om de diffunderende moleculen binnen een straal r van de oorsprong na een zekere vertraging i At.
    1. Bereken het kwadraat-verplaatsing optreedt tijdens vertragingen van 1Δt, 2Δt, ····, iΔt voor de verspreiding trajecten verkregen in 4.1.3.
      LET OP: Deze berekeningen geven totale m i kwadraat-verplaatsingen voor de tijd loopt van iΔt.
    2. Bereken nummers van de kwadraat-verplaatsingen (l i) binnen de totale m i dataset die kleiner zijn dan R2 zijn bij verschillende r 2 waarden (0 i vs r 2 percelen komen overeen met de CDF, P (r 2, iΔt).
  3. Analyse van CDFS met verschillende diffusiemodellen
    NB: De verkregen CDFS worden gemonteerd door verschillende diffusiemodellen; homogene diffusiemodel, verschillende diffusie standen waarin de verdeling D wordt beschreven door een Gauss (enkelvoudige Gaussische model), en meerdere diffusie modi waarin de verdeling D wordt beschreven door meerdere Gaussian (veelvoudige Gaussische model).
    1. In de homogene diffusie model, bepaalt een gemiddelde D door het aanbrengen van de CDF met behulp van een vergelijking 21
      figure-protocol-2
      OPMERKING: Elke afwijking van de vergelijking suggereert de heterogene verspreiding van het molecuul.
    2. In de enkelvoudige Gaussische model Bepaal de waarschijnlijkheidsverdeling van D beschreven door een Gauss (f (D)) Door het aanbrengen van de CDF via 15
      on3 "src =" / files / ftp_upload / 54503 / 54503equation3.jpg "/>
      figure-protocol-3
      waarbij A, B en D zijn 0 de amplitude, breedte en middelpunt van de Gauss.
    3. In een dubbele Gaussische model Bepaal de waarschijnlijkheidsverdeling van jde component D beschreven door een Gauss (f (D)) Door het aanbrengen van de CDF via 14
      figure-protocol-4
      figure-protocol-5
      waarbij A j is de fractie van elke component diffusie en α j, w j en j 0 D zijn de amplitude, breedte en middelpunt van de jde component van de Gauss.
  4. Berekening van het theoretische kans distridrage van de diffusiecoëfficiënt
    OPMERKING: De kansverdelingen D ontstaan door de statistische fouten (p (D) d D) berekend voor de verschillende diffusiemodellen; homogene diffusiemodel, verschillende diffusie standen waarin de verdeling D wordt beschreven door een Gauss (enkelvoudige Gaussische model), en meerdere diffusie modi waarin de verdeling D wordt beschreven door meerdere Gaussian (veelvoudige Gaussische model).
    1. In de homogene diffusie model berekent de statistische kansverdeling van D een expressie 22
      figure-protocol-6
      waarbij N het aantal gegevenspunten in een diffusie traject (N = 10, zie 4.1.2), D 0 is de gemiddelde diffusiecoëfficiënt (bepaald volgens de CDF analyse, zie 4.2.3.1) en D is de experimenteel verkregen diffusiecoëfficiënt voor een individuele traject.
    2. In deenkele Gauss diffusiemodel, berekenen de statistische kansverdeling van D met behulp van een vergelijking 15
      figure-protocol-7
      waarin f (D) staat voor waarschijnlijkheidsverdeling van D bepaald door de CDF analyse (zie 4.2.3.2) en D 0 is de gemiddelde diffusiecoëfficiënt (bepaald volgens de CDF analyse, zie 4.2.3.2).
    3. In de dubbele Gauss diffusiemodel, berekenen de statistische kansverdeling van D met behulp van een vergelijking 14
      figure-protocol-8
      waarin f (D j) staat voor waarschijnlijkheidsverdeling van de jde component van D (D j) bepaald door de CDF analyse (zie 4.2.3.3) en D 0J de gemiddelde diffusiecoëfficiënt van de jde component (bepaald volgens de CDF analyse, zie 4.2.3.3).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

De peryleen diimide-4 opgenomen bewapende ster en 8-vormige dicyclisch poly (THF) s werden gesynthetiseerd met behulp van de elektrostatische zelfassemblage en covalente fixatie (CF-ESA) werkwijze (figuur 1, figuur 2). Time-lapse enkel-molecuul fluorescentie beelden werden gemeten voor de 4-armige (Figuur 3a) en 8-vormige (figuur 3b) polymeren. De time-lapse fluorescentie beelden (figuur 3) tonen ruimtel...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

De 4-armige en 8 gevormde polymeren werden bereid via de ESR-CF protocol (figuur 1), die een kritische stap voor de synthese. 12,24 monofunctionele en bifunctionele lineaire poly (THF) s N -phenylpiperidinium eindgroepen bereid volgens de voorgaande procedure. 11 de ionenwisselende werd uitgevoerd door opnieuw neerslaan van een acetonoplossing van een polymeer precursor met triflaat tegenanionen uitgevoerd in een waterige oplossing die een overmaat carboxylaat.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgements

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

Dit werk werd ondersteund door een Grant-in-Aid voor wetenschappelijk onderzoek nr. 22750122 (S.H.), nr. 26288099 (T.Y.) en nr. 23350050 (Y.T.) van de Japan Society for the Promotion of Science. S.H. is dankbaar voor de Kurata Memorial Hitachi Science and Technology Foundation. Het onderzoek dat in deze publicatie wordt gerapporteerd, werd ondersteund door de King Abdullah University of Science and Technology (S.H.).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Materialen
THFGodo
Wakosil C-300Wako Pure Chemical Industries
AcetonGodo
TolueenGodo
n-HexaanGodo
CHCl3Kanto Chemical
Bio-Beads S-X1Bio-Rad
MethyltriflaatNacalai Tesque
Triflic anhydrideNacalai Tesque
KaliumhydroxideWako Pure Chemical Industries
EthanolWako Pure Chemical Industries
Poly(tetrahydrofuraan)Aldrich
ChloroformWako Pure Chemical Industries
ImmersieolieCargilleType 37 / Type A
Apparatuur
2-Hals 100-ml kolven met ronde bodem
Kolf
Beker
Trechter
FilterpapierWhatman
Reflux-condensor
Spuit
Waterbad
Magneetstomer
Rotorendapparaat
Microscoopdekjes (24 x 24 mm, nr. 1)Matsunami GlassCO22241
KleurvatAS ONE Corporation1-7934-01
Ultrasoon reinigingsapparaatVWR International 142-0047
Omgekeerd microscoopOlympusIX71
Ar-Kr ionlaserCoherentInnova 70C
Berek compensatorNewport5540
Excitatieve filterSemrockLL01-488-12.5
Dichlorische spiegelOmega optical500DRLP
EmissiefilterSemrockBLP01-488R-25
Lens en spiegelThorlabs
EM-CCD cameraAndor TechnologyiXon
Objectieflens (100X, N.A. = 1.3)OlympusUPLFLN 100XOP
ObjectiefverwarmerBioptechs
Preparatieve GPCJapan Analytical IndustryLC-908

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Honda, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y. Topology-Directed Control on Thermal Stability: Micelles Formed from Linear and Cyclized Amphiphilic Block Copolymers. J. Am. Chem. Soc. 132 (30), 10251-10253 (2010).
  2. Honda, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y. Tuneable enhancement of the salt and thermal stability of polymeric micelles by cyclized amphiphiles. Nat. Commun. 4, (2013).
  3. Jun, S., Mulder, B. Entropy-driven spatial organization of highly confined polymers: Lessons for the bacterial chromosome. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 103 (33), 12388-12393 (2006).
  4. McLeish, T. Polymers without beginning or end. Science. 297 (5589), 2005-2006 (2002).
  5. McLeish, T. Polymer dynamics: Floored by the rings. Nat. Mater. 7 (12), 933-935 (2008).
  6. Roovers, J. Topological Polymer Chemistry: Progress of Cyclic Polymers in Syntheses, Properties and Functions. Tezuka, Y. , World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. 137-156 (2013).
  7. Klein, J. Evidence for reptation in an entangled polymer melt. Nature. 271 (5641), 143-145 (1978).
  8. Leger, L., Hervet, H., Rondelez, F. Reptation in entangled polymer-solutions by forced rayleigh light-scattering. Macromolecules. 14 (6), 1732-1738 (1981).
  9. von Meerwall, E. D., Amis, E. J., Ferry, J. D. Self-diffusion in solutions of polystyrene in tetrahydrofuran - comparison of concentration dependences of the diffusion-coefficients of polymers, and a ternary probe component. Macromolecules. 18 (2), 260-266 (1985).
  10. Kapnistos, M., et al. Unexpected power-law stress relaxation of entangled ring polymers. Nat. Mater. 7 (12), 997-1002 (2008).
  11. Adachi, K., Takasugi, H., Tezuka, Y. Telechelics having unstrained cyclic ammonium salt groups for electrostatic polymer self-assembly and ring-emitting covalent fixation. Macromolecules. 39 (17), 5585-5588 (2006).
  12. Oike, H., Imaizumi, H., Mouri, T., Yoshioka, Y., Uchibori, A., Tezuka, Y. Designing unusual polymer topologies by electrostatic self-assembly and covalent fixation. J. Am. Chem. Soc. 122 (40), 9592-9599 (2000).
  13. Yamamoto, T., Tezuka, Y. Topological polymer chemistry: a cyclic approach toward novel polymer properties and functions. Polym. Chem. 2 (9), 1930-1941 (2011).
  14. Habuchi, S., Fujiwara, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y. Single-molecule imaging reveals topological isomer-dependent diffusion by 4-armed star and dicyclic 8-shaped polymers. Polym. Chem. 6 (22), 4109-4115 (2015).
  15. Habuchi, S., Fujiwara, S., Yamamoto, T., Vacha, M., Tezuka, Y. Single-Molecule Study on Polymer Diffusion in a Melt State: Effect of Chain Topology. Anal. Chem. 85 (15), 7369-7376 (2013).
  16. Habuchi, S., Satoh, N., Yamamoto, T., Tezuka, Y., Vacha, M. Multimode Diffusion of Ring Polymer Molecules Revealed by a Single-Molecule Study. Angew. Chem. Int. Ed. 49 (8), 1418-1421 (2010).
  17. Habuchi, S. Topological Polymer Chemistry: Progress of Cyclic Polymers in Syntheses, Properties and Functions. Tezuka, Y. , World Scientific. 265-290 (2013).
  18. Fernandez, P., Bayona, J. M. Use of off-line gel-remeation chromatography normal-phase liquid-chromatography fro the determination of polycyclic aromatic-compounds in environmental-samples and standard reference materials (air particulate matter and marine sediment). J. Chromatogr. 625 (2), 141-149 (1992).
  19. Biesenberger, J. A., Tan, M., Duvdevan, I., Maurer, T. Recycle gel permeation chromatography. 1. recycle principle and design. J. Polym. Sci. Pol. Lett. 9 (5), 353(1971).
  20. Kusumi, A., Sako, Y., Yamamoto, M. Confined lateral diffusion of membrane-receptors as studied by single-particle tracking (nanovid microscopy) - effects of calcium-induced differentiation in cultured epithelial-cells. Biophys. J. 65 (5), 2021-2040 (1993).
  21. Schutz, G. J., Schindler, H., Schmidt, T. Single-molecule microscopy on model membranes reveals anomalous diffusion. Biophys. J. 73 (2), 1073-1080 (1997).
  22. Vrljic, M., Nishimura, S. Y., Brasselet, S., Moerner, W. E., McConnell, H. M. Translational diffusion of individual class II MHC membrane proteins in cells. Biophys. J. 83 (5), 2681-2692 (2002).
  23. Margineanu, A., et al. Photophysics of a water-soluble rylene dye: Comparison with other fluorescent molecules for biological applications. J. Phys. Chem. B. 108 (32), 12242-12251 (2004).
  24. Tezuka, Y., Oike, H. Self-assembly and covalent fixation for topological polymer chemistry. Macromol. Rapid Commun. 22 (13), 1017-1029 (2001).
  25. Deres, A., et al. The Origin of Heterogeneity of Polymer Dynamics near the Glass Temperature As Probed by Defocused Imaging. Macromolecules. 44 (24), 9703-9709 (2011).
  26. Flier, B. M. I., et al. Heterogeneous Diffusion in Thin Polymer Films As Observed by High-Temperature Single-Molecule Fluorescence Microscopy. J. Am. Chem. Soc. 134 (1), 480-488 (2012).
  27. Habuchi, S., Oba, T., Vacha, M. Multi-beam single-molecule defocused fluorescence imaging reveals local anisotropic nature of polymer thin films. Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (15), 6970-6976 (2011).
  28. Zettl, U., et al. Self-Diffusion and Cooperative Diffusion in Semidilute Polymer Solutions As Measured by Fluorescence Correlation Spectroscopy. Macromolecules. 42 (24), 9537-9547 (2009).
  29. Kirstein, J., Platschek, B., Jung, C., Brown, R., Bein, T., Brauchle, C. Exploration of nanostructured channel systems with single-molecule probes. Nat. Mater. 6 (4), 303-310 (2007).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Cyclic PolymersSingle Molecule ImagingMean Squared DisplacementCumulative Distribution FunctionElectrostatic Self AssemblyCovalent FixationPolymer Melt StateDiffusive Motion AnalysisTopological PolymersFluorescence Microscopy

Related Articles