Het beheersen van de grootte, vorm en stabiliteit van de supramoleculaire polymeren in water

Het algemene doel van het volgende experiment is om de grootte, vorm en stabiliteit van dynamische supermoleculaire nanodeeltjes in water te beheersen. Dit wordt bereikt door het ontwerp van zelfassemblerende of polymeriserende dichotische versterkers waarvan de moleculaire structuur is gecoat voor zowel aantrekkelijke als afstotende interacties. Dit resulteert in een gefrustreerd groeimechanisme dat zelfassemblerende nanodeeltjes in water met een gecontroleerde sferische vorm oplevert.

Als tweede stap wordt de zoutconcentratie van de waterige oplossing verhoogd, wat de afstotende interacties verzwakt die in de moleculaire structuur van de disco amphi zijn gecodeerd. Dit induceert een overgang van bol naar staaf, temperatuurafhankelijke circulaire di crowisme of CD spectroscopische onderzoeken worden uitgevoerd om de onderliggende mechanismen van deze overgang van bol naar staaf te onthullen. Bovendien wordt een combinatie van analytische technieken zoals cryogene transmissie-elektronenmicroscopie en nucleaire magnetische resonantie gebruikt om de overgang van het ene type aggregaat naar het andere te meten en te visualiseren. De resultaten tonen aan dat de overgang van bol naar staaf wordt uitgedrukt in een verbeterde coöperatie in de supermoleculaire polymerisatie.

Dit ontstaat in een overgang van een anti-coöperatief proces in nanodeeltjes van beperkte grootte naar een volledig coöperatief nucleatie-verlengingsmechanisme dat leidt tot zeer grote supramoleculaire polymeren in dit geval dynamische nanostaven. Het belangrijkste voordeel van het combineren van spectroscopische technieken zoals CD-spectroscopie, kleine anulare, röntgenscattering en do MR met microscopische technieken zoals cryo is dat het mogelijk maakt om overgangen van supermoleculaire polymeren in water te meten en te visualiseren. Deze dynamische polymeren kunnen reageren op externe stimuli zoals veranderingen in temperatuur, veranderingen in de OnX-sterkte of veranderingen in pH.

De combinatie van deze methoden is breed toepasbaar en kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvragen op het gebied van moleculaire chemie en zelfassemblerende nanomaterialen. Bijvoorbeeld, de correlatie tussen de afmetingen van de aggregaten die worden gevormd door de zelfsamenstelling van kleine moleculaire bouwstenen en de onderliggende vormingsmechanismen kan worden onderzocht. De implicaties van deze methodologie strekken zich uit tot een breed scala aan bio-nanotechnologische toepassingen.

We zijn vooral geïnteresseerd in het gebied van biomedische beeldvorming en de ontwikkeling van zelfassemblerende nanodeeltjes als contrastmiddelen waarbij een delicaat evenwicht tussen de stabiliteit van de aggregaten, hoog contrast en de mogelijkheid om de zelfassemblerende contrastmiddelen uit te scheiden van cruciaal belang is voor hun succes in klinisch gebruik. We hadden eerst het idee om karakteriseringstechnieken te combineren toen we ons realiseerden dat subtiele veranderingen in de moleculaire structuur van de zelfassemblerende bouwstenen kunnen leiden tot fundamentele verschillen in het mechanisme van de supermoleculaire polymerisatie. Het demonstreren van de procedure zal worden gedaan door Paul Beaumont, die deskundig is en verantwoordelijk is voor cryo 10 faciliteiten aan de Technische Universiteit van Trovan.

Begin dit protocol door een BTA gadolinium DTPA-oplossing in 100 millimolar citraatbuffer te bereiden zoals beschreven in het geschreven protocol. Vul een centimeter UV Q vet bij deze video met de oplossing. Plaats de vet in de qve houder op de circulaire D crowisme spectrometer.

Meet een CD spectrum van 230 tot 350 nanometer. Meet vervolgens een CD koelcurve bij de hoogste intensiteit CD band van 363 tot 283 kelvin met een snelheid van één kelvin per minuut. Voeg vervolgens hetzelfde volume van een twee molare natriumchloride gebufferde oplossing toe aan de citraat gebufferde oplossing van BTA gadolinium DTPA.

Dit zal de ionische sterkte verhogen tot één molare natriumchloride en de disco's verdunnen tot de helft van de concentratie. Vortex de oplossing met verhoogde ionische sterkte gedurende 40 seconden na de toename van de ionische sterkte, meet opnieuw een CD spectrum van 230 tot 350 nanometer. Meet vervolgens een CD koelcurve bij de hoogste intensiteit CD band van 363 tot 283 kelvin met een snelheid van één kelvin per minuut.

Exporteer de ruwe CD gegevens naar Origin 8.5. Normaliseer de spectra door het CD-effect bij de hoogste gemeten temperatuur gelijk te stellen aan nul en het CD-effect bij de laagste gemeten temperatuur gelijk te stellen aan één, aangezien de grootte van het CD-effect evenredig is aan de mate van aggregatie, zijn de genormaliseerde CD-curven evenredig met de mate van aggregatie. De genormaliseerde gegevens worden gepast met behulp van een niet-lineaire curve-fit-optie in Origin Pro 8.5 met een temperatuurafhankelijk zelfsamenstellingsmodel.

In dit model worden een nucleatie- en een verlengingsregime onderscheiden. Pas eerst de mate van aggregatie in het verlengingsregime aan. In deze vergelijking vertegenwoordigt T de variabele temperatuur.

PHI N is de netto heliciciteit, die evenredig is met de mate van aggregatie, en HE is de moleculaire enthalpie van verlenging. T TE vertegenwoordigt de verlengingstemperatuur, de temperatuur waarbij de zelfsamenstelling thermodynamisch gunstig begint te worden. De normalisatiefactor fiat wordt geïntroduceerd om ervoor te zorgen dat Phi N over fiat niet groter is dan eenheid, wat volgt uit de beperking dat de mate van aggregatie niet groter kan zijn.

Eenheid aanpassing maakt het mogelijk om de enthalpie van verlenging in joules per mol en de verlengingstemperatuur in Kelvin te extraheren die de zelfsamenstelling van de moleculen voor een bepaalde concentratie karakteriseert. Bij het passen moet de beperking in acht worden genomen dat alleen de mate van aggregatie bij temperaturen onder TE moet worden aangepast, aangezien de vergelijking alleen geldig is in het verlengingsregime na het passen van de eerste vergelijking, is de enige onbekende parameter in de nucleatieregime-vergelijking de activeringsconstante ka, die de coöperatie van de supramoleculaire polymerisatie beschrijft. Om de activeringsconstante te vinden, past u de experimenteel gevonden mate van aggregatie voor temperaturen boven TE in het nucleatieregime.

Begin met het bereiden van oplossingen voor elektronenmicroscopie zoals beschreven in de tekst. Bereid kortweg twee buffers voor, een 100 millimolar citraatbuffer en een 100 millimolar citraatbuffer met vijf molare natrium