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

Het algemene doel van dit experiment is om diffusiebelweging van topologische polymeren, met name cyclische polymeren, te karakteriseren onder verstrengelde omstandigheden op het niveau van een enkele molecuul. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van polymeerfysica, zoals topologie-afhankelijke ruimte-tijddynamiek van polymeren. Het grote voordeel van deze techniek is dat heterogene diffusie kwantitatief kan worden gekenmerkt op het niveau van een enkele keten, wat meestal op een bepaald niveau verborgen is.

Om dit proces te beginnen, lost u peryleendiimid-zout op in 150 milliliter water en lost vervolgens monofunctioneel poly(THF) op in vier milliliter aceton. Voeg de acetonoplossing druppelsgewijs toe aan de krachtig geroerde waterige oplossing. Verzamel het gevormde neerslag door vacuümfiltratie.

Bereid vervolgens een oplossing van vijf milligram per milliliter van het neerslag in tolueen. Reflux de oplossing gedurende vier uur. Nadat u de oplossing heeft laten afkoelen, verwijdert u het oplosmiddel volledig onder verlaagde druk door rotatie-evaporatie.

Wanneer u klaar bent, lost u het residu op in een 2:1 mengsel van n-hexaan:aceton en filtert u de resulterende oplossing door een plug silicagel. Voeg vervolgens de gefilterde oplossing toe aan ijskoud water om het product te laten neerslaan. Om de polymeersmeltmonster voor te bereiden, voegt u 100 microliter niet-gelabeld lineair poly(THF)toe aan een glazen fles en verwarmt u deze tot ongeveer 25 graden Celsius met behulp van een föhn.

Bereid een oplossing van 10 tot min zes molaren van de fluorofoor-incorporatieve polymeeroplossing in chloroform. Voeg vervolgens een microliter van deze oplossing toe aan 100 microliter van de niet-gelabelde lineaire poly(THF)-smelt. Na grondig mengen van het monster met een pipettentip, verdampt u het chloroform door te verwarmen met een föhn.

Plaats met behulp van een micropipet 10 microliter van het monster op een gereinigde dekselglas. Plaats een andere gereinigde dekglas op het monster en druk de twee dekglassen voorzichtig samen met behulp van plastic pincetten. Bevestig vervolgens een objectiefverwarmer aan de objectieflens van een omgekeerd microscoop en stel de temperatuur in op 30 graden Celsius.

Plaats een druppel immersieolie op de lens en monteer het monster op de microscoopstandaard. Zorg ervoor dat een monsterdikte van ongeveer 10 micrometer wordt verkregen door de axiale positie van het onder- en bovenoppervlak van het monster te controleren. Stel vervolgens de focus van de microscoop in op een paar micrometer boven het onderoppervlak van het monster.

Breng vervolgens een elektronen vermenigvuldiging of EM-versterking toe op een CCD-camera om een hoogwaardig fluorescerend beeld van de enkele fluorofoor te verkrijgen. Stel nu een interessegebied in met behulp van de software die de camera bestuurt. Om de experimentele omstandigheden te optimaliseren, pas de verlichtingsgebied van het monster aan tot ongeveer 20 micrometer in diameter met behulp van de diafragma die in de excitatiebundelweg is ingebracht.

Stel de excitatielaservermogen op het monster in op vier tot acht milliwatt door handmatig een geschikte neutrale dichtheidsfilter in te voegen in de excitatiebundelweg. Ten slotte neemt u 500 tot 1000 fluorescentiebeeldsequenties van het fluorofoor-incorporatieve polymeer op in de smelttoestand bij een snelheid van 100 tot 200 hertz. Time-lapse enkele molecuulfluorescentiebeelden werden gemeten voor de vierarmige en achtvormige polymeren en tonen ruimtelijk geïsoleerde heldere en scherpe vlekken als gevolg van de incorporatie van de sterk fluorescerende peryleendiimid-fluorofoor in de ketens.

De frequentiehistogrammen van de diffusiecoefficient bepaald door gemiddelde kwadratische verplaatsingsanalyse vertonen brede verdelingen als resultaat van zowel de statistische fout van de analyse als de heterogeniteit van de diffusie. De frequentiehistogrammen tonen duidelijke afwijkingen van het homogene diffusiemodel, wat heterogene diffusie van de polymeermoleculen aantoont. De enkele en dubbele Gaussiaanse modellen raken de experimenteel verkregen cumulatieve verdelingsfuncties goed en laten zien dat de diffusie van het gevormde polymeer wordt beschreven door de brede verdeling van de diffusiecoefficient, terwijl het achtvormige polymeer twee verschillende diffusiemodi vertoont.

Eenmaal beheerst, kan de synthese van polymeren in zes uur worden uitgevoerd en kan het enkele molecuul-immersiegebruik in enkele uren worden uitgevoerd als ze goed worden uitgevoerd. Na de ontwikkeling ervan heeft deze techniek de weg geëffend voor onderzoekers op het gebied van polymeerwetenschap om polymeerdynamica in overvolle omgevingen te onderzoeken. Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe diffusieve beweging van topologische polymeren onder verstrengelde omstandigheden op het niveau van een enkele keten kan worden gekenmerkt.

Vergeet niet dat werken met lasers en organische oplosmiddelen uiterst gevaarlijk kan zijn en voorzorgsmaatregelen zoals laserveiligheid en het doornemen van de MSDS moeten altijd worden genomen bij het uitvoeren van deze procedure.