Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Synteza i charakterystyka koloidów supramolekularnych

9.6K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/53934

⸱

22 kwietnia 2016

 ,  , 
1Laboratory of Macromolecular and Organic Chemistry, Eindhoven University of Technology, 2Laboratory of Chemical Biology, Eindhoven University of Technology, 3Laboratory of Physical Chemistry, Eindhoven University of Technology, 4Institute for Complex Molecular Systems, Eindhoven University of Technology

W tym artykule

Podsumowanie

Opisano protokół syntezy i charakterystyki koloidów pokrytych cząstkami supramolekularnymi. Te supramolekularne koloidy ulegają samoorganizacji po aktywacji wiązań wodorowych między cząsteczkami zakotwiczonymi na powierzchni przez światło UV.

Streszczenie

Kontrola nad montażem koloidalnym ma ogromne znaczenie dla rozwoju funkcjonalnych materiałów koloidalnych o dostosowanych właściwościach strukturalnych i mechanicznych do zastosowań w fotonice, dostarczaniu leków i technologii powlekania. Tutaj przedstawiamy nową rodzinę koloidalnych bloków budulcowych, ukutych koloidów supramolekularnych, których samoorganizacja jest kontrolowana poprzez funkcjonalizację powierzchni za pomocą ugrupowania supramolekularnego pochodzącego z benzenu-1,3,5-trikarboksyamidu (BTA). Takie BTA oddziałują poprzez kierunkowe, silne, ale odwracalne wiązania wodorowe z innymi identycznymi BTA. W niniejszym artykule przedstawiono protokół, który opisuje, w jaki sposób sprzęgnąć te BTA z koloidami i jak określić ilościowo liczbę miejsc sprzężenia, co określa wielowartościowość koloidów supramolekularnych. Pomiary rozpraszania światła pokazują, że współczynnik załamania światła koloidów jest prawie identyczny z indeksem rozpuszczalnika, co znacznie zmniejsza siły van der Waalsa między koloidami. Przed fotoaktywacją koloidy pozostają dobrze rozproszone, ponieważ BTA są wyposażone w grupę fotolabilną, która blokuje tworzenie wiązań wodorowych. Kontrolowane deprotekcja światłem UV aktywuje wiązania wodorowe krótkiego zasięgu między BTA, co powoduje samoorganizację koloidalną. Ewolucję od stanu rozproszonego do stanu klastrowego monitoruje się za pomocą mikroskopii konfokalnej. Wyniki te są następnie określane ilościowo za pomocą analizy obrazu za pomocą prostych procedur przy użyciu ImageJ i Matlab. To połączenie chemii supramolekularnej i nauk koloidalnych oferuje bezpośrednią drogę do światłoczułego i termoczułego zespołu koloidalnego zakodowanego w monowarstwie szczepionej powierzchniowo.

Wprowadzenie

Solidna platforma koloidów supramolekularnych musi spełniać trzy główne wymagania. Po pierwsze, sprzężenie ugrupowania supramolekularnego powinno odbywać się w łagodnych warunkach, aby zapobiec degradacji. Po drugie, siły powierzchniowe przy separacjach większych niż kontakt bezpośredni powinny być zdominowane przez motywy na uwięzi, co oznacza, że niepowlekane koloidy powinny oddziaływać prawie wyłącznie poprzez oddziaływania o wyłączonej objętości. Dlatego właściwości fizykochemiczne koloidów powinny być dostosowane do tłumienia innych oddziaływań nieodłącznie związanych z układami koloidalnymi, takich jak van der Waalsa lub siły elektrostatyczne. Po trzecie, charakterystyka powinna pozwolić na jednoznaczne przypisanie zespołu do obecności ugrupowań supramolekularnych. Aby spełnić te trzy warunki wstępne, opracowano solidną dwuetapową syntezę koloidów supramolekularnych (ryc. 1a). W pierwszym etapie przygotowuje się hydrofobowe cząstki krzemionki funkcjonalizowane NVOC do dyspersji w cykloheksanie. Grupa NVOC może być łatwo rozszczepiona, dając cząstki funkcjonalizowane aminami. Wysoka reaktywność amin umożliwia prostą postfunkcjonalizację z pożądaną cząstką supramolekularną przy użyciu szerokiego zakresu łagodnych warunków reakcji. W tym miejscu otrzymujemy koloidy supramolekularne poprzez funkcjonalizację kulek krzemionkowych alkoholem stearylowym i pochodną benzeno-1,3,5-trikarboksyamidu (BTA)20. Alkohol stearylowy odgrywa kilka ważnych ról: sprawia, że koloidy są organofilne i wprowadza odpychanie steryczne krótkiego zasięgu, co pomaga zmniejszyć niespecyficzne oddziaływanie między koloidami21,22. Siły van der Waalsa są dodatkowo zmniejszone ze względu na ścisłe dopasowanie między współczynnikiem załamania koloidów a rozpuszczalnikiem23. Lekkie i termoczułe siły przyciągania powierzchniowego krótkiego zasięgu są generowane przez włączenie BTA 20 chronionych o-nitrobenzylem. Ugrupowanie O-nitrobenzylowe jest grupą fotorozszczepialną, która blokuje tworzenie wiązań wodorowych między sąsiednimi BTA, gdy jest włączona do amidów w dyskotykach (ryc. 1b). Po fotorozszczepieniu przez światło UV, BTA w roztworze jest w stanie rozpoznać i oddziaływać z identycznymi cząsteczkami BTA poprzez 3-krotny układ wiązań wodorowych, o sile wiązania, która jest silnie zależna od temperatury17. Ponieważ przyciąganie van der Waalsa jest minimalne dla cząstek krzemionki pokrytej stearylem w cykloheksanie, a także niezależne od światła i temperatury, obserwowany zespół koloidalny reagujący na bodźce musi być pośredniczony przez BTA.

Ten szczegółowy film pokazuje, jak syntetyzować i charakteryzować koloidy supramolekularne oraz jak badać ich samoorganizację po naświetlaniu promieniowaniem UV za pomocą mikroskopii konfokalnej. Ponadto przedstawiono prosty protokół analizy obrazu w celu odróżnienia koloidalnych singletów od koloidów skupionych oraz określenia ilości koloidów w klastrach. Wszechstronność strategii syntezy pozwala na łatwą zmianę wielkości cząstek, pokrycia powierzchni, a także wprowadzonego ugrupowania wiążącego, co otwiera nowe możliwości rozwoju dużej rodziny koloidalnych bloków budulcowych dla zaawansowanych materiałów mezostrukturalnych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Synteza cząstek krzemionkowych typu rdzeń-powłoka

Uwaga: Cząstki krzemionki są syntetyzowane zgodnie z poniższą procedurą, opartą na metodzie Stöbera24,25.

  1. Synteza fluorescencyjnych zarodników krzemionkowych
    1. Rozpuścić 105 mg (0,27 mmol) izotiocyjanianu fluoresceiny w 5 ml etanolu.
    2. Do poprzedniego roztworu dodać 100 µl (3-aminopropylotrietoksysilanu) (APTES, 0,43 mmol).
    3. Roztwór poddać sonikacji przez 5 min, a następnie pozostawić do przereagowania przez noc w atmosferze argonu w temperaturze pokojowej przy ciągłym mieszaniu. Kompleks APTES funkcjonalizowany barwnikiem stosuje się bez oczyszczania.
    4. W kolbie okrągłodennej o pojemności 1 L zmieszać 2,5 ml APTES funkcjonalizowanego barwnikiem z 25 ml amoniaku (25% w wodzie) i 250 ml etanolu.
    5. Przy pomocy pipety szklanej dodać 10 ml ortokrzemianu tetraetylu (TEOS) pod menisk poprzedniej mieszaniny reakcyjnej, mieszając za pomocą mieszadła magnetycznego.
    6. Analogicznie, po 5 h dodać kolejne 1,75 ml TEOS i mieszać mieszaninę przez noc w atmosferze argonu.
    7. Przelać dyspersję do kilku probówek o pojemności 45 ml.
    8. Wirować probówki (350 x g, 30 min), usunąć nadsącz i dodać 30 ml świeżego etanolu do każdej probówki. Nowe dyspersje poddać sonikacji przez 3 min, a następnie ponownie wirować w celu usunięcia nadsączu. Powtórzyć te etapy płukania 3 razy.
    9. Przechowywać fluorescencyjne zarodniki w etanolu w stężeniu około 13,6 mg/ml i w ciemności (unikać ekspozycji na światło).
    10. Przygotować zarodniki niefluorescencyjne zgodnie z tą samą procedurą, pomijając dodanie barwnika fluorescencyjnego.
      Uwaga: Stosując tę procedurę, otrzymuje się zarodniki o promieniu około 100 nm.
  2. Synteza cząsteczek krzemionkowych typu rdzeń-powłoka
    1. Napełnić kolbę okrągłodenną o pojemności 1 L 51 ml etanolu, 17 ml wody dejonizowanej, 3,4 ml amoniaku (25% w wodzie) i 4 ml dyspersji zarodników (około 54,4 mg zarodników fluorescencyjnych).
    2. Napełnić plastikową strzykawkę 5 ml TEOS i 10 ml etanolu.
    3. Napełnić drugą plastikową strzykawkę 1,34 ml amoniaku (25% w wodzie), 3,4 ml wody dejonizowanej i 10,25 ml etanolu.
    4. Połączyć obie strzykawki z kolbą okrągłodenną za pomocą plastikowych przewodów.
    5. Wyposażyć kolbę w dopływ argonu i mieszadło magnetyczne. Wlot argonu musi znajdować się obok wylotu drugiej strzykawki, aby uniknąć kontaktu gazów amoniaku z kroplami TEOS i zapobiec wtórnej nukleacji.
    6. Dodawać zawartość obu strzykawek jednocześnie z prędkością 1,7 ml/h przy użyciu pomp perystaltycznych, mieszając mieszaninę. Należy zapewnić swobodny upadek kropli, aby uniknąć ich ściekania po ściankach, co mogłoby prowadzić do wtórnej nukleacji.
    7. Zatrzymać dodawanie po 7 h, aby otrzymać cząsteczki typu rdzeń-powłoka o promieniu około 300 nm.
    8. Przelać zawartość kolby do kilku probówek o pojemności 45 ml.
    9. Wirować probówki (350 x g, 30 min), usunąć nadsącz i dodać 30 ml świeżego etanolu do każdej probówki. Nową dyspersję poddać sonikacji przez 3 min, a następnie ponownie wirować w celu usunięcia nadsączu. Powtórzyć te etapy płukania 3 razy.
    10. Przechowywać cząsteczki typu rdzeń-powłoka w etanolu i w ciemności (unikać ekspozycji na światło).
    11. Przygotować niefluorescencyjne cząsteczki krzemionki zgodnie z tą samą procedurą, ale stosując zarodniki niefluorescencyjne.

2. Funkcjonalizacja koloidów krzemionkowych

  1. Synteza koloidów funkcjonalizowanych NVOC
    1. Rozproszyć 10 mg krzemionkowych cząstek typu core-shell w 1 ml etanolu wraz z 12 mg (0,03 mmol) cząsteczki NVOC-C11-OH oraz 31 mg (0,11 mmol) alkoholu stearylowego w 50 ml kolbie okrągłodennej (co daje molowy stosunek NVOC-C11-OH do alkoholu stearylowego wynoszący 20/80).
    2. Sonicować mieszaninę przez 10 min, aby upewnić się, że wszystkie cząsteczki zostały rozpuszczone, a cząstki są dobrze rozproszone.
    3. Do mieszaniny dodać magnetyczny mieszadło i odparować etanol stałym strumieniem argonu w temperaturze pokojowej. Przed kontynuowaniem należy upewnić się, że nie pozostał etanol, w przeciwnym razie mógłby on zareagować z grupami silanolowymi cząstek. Aby sprawdzić, czy etanol całkowicie odparował, należy zwrócić uwagę na temperaturę dna kolby. Jeśli jest ono zimne, etanol nie odparował jeszcze całkowicie.
    4. Ogrzewać kolbę do 180 °C przez 6 hr przy ciągłym mieszaniu i pod stałym strumieniem argonu22.
    5. Pozostawić kolbę do ostygnięcia do temperatury pokojowej.
    6. Do kolby dodać 3 ml CHCl3 i sonicować przez 5 min (lub do czasu rozpuszczenia bądź rozproszenia całej zawartości stałej).
    7. Odwirować dyspersję (2 600 ×g, 4 min), usunąć nadsącz i dodać świeży CHCl3. Sonicować nową dyspersję przez 3 min, a następnie ponownie odwirować, aby usunąć nadsącz. Powtórzyć te etapy przemywania 6 razy.
    8. Suszyć cząstki w 70 °C in vacuo przez noc i przechowywać w eksykatore.
  2. Synteza koloidów BTA
    1. Rozproszyć 10 mg cząstek funkcjonalizowanych molowym stosunkiem 20/80 NVOC-C11-OH/alkohol stearylowy w 3 ml CHCl3.
    2. Naświetlać dyspersję w piecu UV (λmax=354 nm) przez 1 hr, aby odszczepić grupę NVOC. Aby zapewnić jednorodną deprotekcję na powierzchni cząstek, należy delikatnie mieszać dyspersję za pomocą mieszadła magnetycznego podczas procesu. W ten sposób otrzymuje się cząstki funkcjonalizowane aminą (Rysunek 1a).
    3. Rozpuścić 9 mg pochodnej benzeno-1,3,5-trikarboksamidu (BTA, 0,01 mmol), 8,7 µl N,N-diizopropyloetyloaminy (DIPEA, 0,05 mmol) oraz 5,2 mg (benzotriazol-1-ylo-oksy)tripyrrolidynofosforonium heksafluorofosforanu (PyBOP, 0,01 mmol) w 1 ml CHCl3.
    4. Dodać roztwór do dyspersji cząstek funkcjonalizowanych aminą i mieszać przez noc w temperaturze pokojowej w atmosferze argonu.
    5. Odwirować dyspersję (2 600 ×g, 4 min), usunąć nadsącz i dodać 3 ml świeżego CHCl3. Sonicować nową dyspersję przez 3 min, a następnie ponownie odwirować, aby usunąć nadsącz. Powtórzyć te etapy przemywania 6 razy.
    6. Suszyć cząstki w 70 °C in vacuo przez 48 hr i przechowywać w eksykatore.

3. Pomiary statycznego rozpraszania światła (SLS)

Uwaga: Należy używać cząsteczek niefluorescencyjnych, ponieważ fluorescencyjny rdzeń pochłania światło o tej samej długości fali co wiązka lasera w konwencjonalnej aparaturze do rozpraszania światła.

  1. Przeprowadzić funkcjonalizację 10 mg niefluorescencyjnych cząsteczek krzemionki wyłącznie alkoholem stearylowym (bez NVOC-C11-OH) zgodnie z procedurą opisaną w sekcji 2.1.
  2. Przygotować 500 μl dyspersji cząsteczek niefunkcjonalizowanych w wodzie o stężeniu 0,033 mg/ml oraz drugą dyspersji cząsteczek powlekanych alkoholem stearylowym w cykloheksanie o stężeniu 2 mg/ml.
  3. Sonicować obie dyspersje przez co najmniej 20 min, aby zapewnić prawidłowe rozproszenie cząsteczek.
  4. Zmierzyć natężenie rozproszonego światła dla obu dyspersji, rozpuszczalników oraz rozpuszczalnika referencyjnego w zakresie od 30° do 120° w krokach co 5°.
  5. Wykreślić natężenie próbki (Isample) jako funkcję q
    (Równanie 1) q = 4πnsolventsin(θ/2)/λo
    gdzie θ to kąt rozpraszania, nsolvent to współczynnik załamania światła rozpuszczalnika, a λo to długość fali lasera.
  6. Dopasować dane do następującego równania przy użyciu oprogramowania (np. Origin)
    (Równanie 2) Isample = CP(qR)
    gdzie C jest stałą, a czynnik kształtu P(qR) jest określony wzorem
    (Równanie 3)Równanie amplitudy rozproszenia P(qR)=9[(sin(qR)-qRcos(qR))/(qR)^3]^2 dla analizy cząsteczek.

    przy czym średni promień koloidów sferycznych to R.
  7. Wyznaczyć wartość R z dopasowań dla każdej dyspersji.
  8. Obliczyć współczynnik Rayleigha (Rθ), który jest bezwzględną miarą natężenia rozproszonego światła, zgodnie z poniższym równaniem dla każdego θ.
    (Równanie 4)Wzór na równowagę statyczną \(R_{g}=\frac{I_{sample}-I_{solvent}}{I_{reference}}R_{reference}\frac{n_{solvent}^{2}}{n_{reference}^{2}}\). 

    gdzie odpowiednio Isample, Isolvent i Ireference to natężenie próbki, rozpuszczalnika i referencji, nsolvent i nreference to współczynniki załamania światła rozpuszczalnika i referencji, a Rreference to współczynnik Rayleigha referencji. W tym przypadku jako referencję należy zastosować toluen, przyjmując nwater = 1,332, ntoluene = 1,497, ncyclohexane = 1,426 oraz Rtoluene = 2,74x10-3 m-1 26.
  9. Obliczyć średni współczynnik załamania światła koloidów (ncolloids) na podstawie Rθ i równania 5.
    (Równanie 5)Równanie rozpraszania koloidów, wzór; badania, analiza właściwości optycznych, koloidy, rozpuszczalniki. 

    gdzie N to liczba cząsteczek na jednostkę objętości, vparticle to objętość cząsteczki określona wzorem vparticle =4/3πR3, przy założeniu, że czynnik strukturalny S(q)~1, co odpowiada granicy cząsteczek nieoddziałujących.

4. Ilościowe oznaczenie liczby centrów aktywnych na cząsteczkę

Uwaga: Należy użyć małych cząsteczek o promieniu 13 nm (o większym stosunku powierzchni do objętości).

  1. Zfunkcjonalizować małe, dostępne komercyjnie cząstki stosunkiem molowym 20/80 NVOC-C11-OH/alkohol stearylowy zgodnie z procedurą opisaną w sekcji 2.1.
  2. Rozproszyć 20 mg małych, zfunkcjonalizowanych cząstek w 1 ml CHCl3 i naświetlać dyspersję w piecu UV (λmax=354 nm) przez 1 h w celu odszczepienia grupy NVOC. Podczas usuwania grupy ochronnej delikatnie mieszać dyspersję za pomocą magnetycznego mieszadła. Dzięki temu koloidy nie sedymentują, a ich powierzchnia pozostaje wystawiona na działanie światła UV, co zapewnia jednorodne usuwanie grup ochronnych.
  3. Odwirować otrzymane cząstki zfunkcjonalizowane aminami (3,400 x g, 10 min) i usunąć nadsącz.
  4. Wysuszyć cząstki w temperaturze 70 °C przez 2 h.
  5. Rozpuścić 0,50 mg 3-(2-pirydyloditio)propionianu sukcynimidylowego (SPDP, 0,0016 mmol) w 200 µl dimetyloformamidu (DMF).
  6. Dodać roztwór SPDP do 20 mg wysuszonych cząstek zfunkcjonalizowanych aminami i mieszać system na wortexie przez 30 min. W tym czasie wszystkie dostępne aminy pierwszorzędowe na koloidach przereagują z SPDP.
  7. Przemyć cząstki 1 ml DMF 6 razy (lub do momentu, aż w nadsączu nie zostanie wykryty wolny SPDP za pomocą spektroskopii UV-Vis przy λ=375 nm). W ostatnim etapie płukania należy starać się usunąć jak najwięcej nadsączu.
  8. Rozpuścić 0,53 mg ditiotreitolu (DTT, 0,0034 mmol) w 50 µl DMF. Dodać roztwór DTT do cząstek i mieszać dyspersję na wortexie przez 30 min. W tym czasie nastąpi odszczepienie grupy pirydyno-2-tionowej.
  9. Wyznaczyć absorbancję wolnej pirydyno-2-tiony uwolnionej do nadsączu przy λ=293 nm za pomocą mikroobjętościowego spektrofotometru UV-Vis.
  10. Sporządzić krzywą kalibracyjną w celu wyznaczenia współczynnika ekstynkcji ɛ (~12,1x103 M-1cm-1) pirydyno-2-tiony w DMF, mierząc absorbancję serii rozcieńczeń różnych znanych ilości SPDP z nadmiarem DTT.
  11. Obliczyć stężenie pirydyno-2-tiony, Cp2t, odszczepionej z cząstek, korzystając z prawa Lamberta-Beera:
    (Równanie 6) Abs = Cp2t ε l    
    gdzie Cp2t to stężenie molowe pirydyno-2-tiony, ɛ to współczynnik ekstynkcji, a l to długość drogi optycznej.
  12. Obliczyć liczbę centrów aktywnych (amin) na cząstkę za pomocą następującego równania:
    (Równanie 7)Wzór równowagi statycznej dla grup aminowych na cząstkę; analiza równania naukowego.           
    gdzie masa jednej cząstki Mparticle wynosi Mparticle = 4/3πR3ρ, przy ρ=1,295 g/cm3, Mtotal to całkowita masa cząstek (20 mg), a Vtotal to całkowita objętość (50 µl). Równanie to zakłada, że wszystkie dostępne aminy reagują z SPDP, a DTT redukuje wszystkie cząsteczki SPDP przyłączone do cząstek.

5. Monitorowanie montażu koloidalnego za pomocą mikroskopii konfokalnej

Uwaga: Należy użyć krzemionkowych cząstek rdzeń-powłoka (z fluorescencyjnym rdzeniem i niefluorescencyjną powłoką).

  1. Przygotować 400 µl dyspersji cząstek funkcjonalizowanych BTA o stężeniu 0,1% wag. w cykloheksanie i poddać próbkę sonikacji przez 20 min.
  2. Naświetlać fiolkę z próbką w piecu UV (λmax = 354 nm), aby odszczepić grupę o-nitrobenzylową z BTA. Pobierać alikwoty o objętości 25 µl w różnych odstępach czasu naświetlania, np. od 0 do 30 min, w celu monitorowania procesu klastrowania.
  3. Nanieść poszczególne alikwoty na osobne szkiełka przedmiotowe z wykorzystaniem dystansera i zamknąć komory szkiełkiem nakrywnym (wymiary komory: średnica 13 mm × wysokość 0,12 mm). Po zamknięciu komory odwrócić szkiełko nakrywne do góry dnem, aby umożliwić sedymentację cząstek i ich adsorpcję na szkle, co ułatwia obrazowanie.
  4. Jak najszybciej po przygotowaniu próbki dla każdego czasu naświetlania wykonać kilka obrazów każdej z nich za pomocą mikroskopu konfokalnego.

6. Analiza obrazu

  1. Ilościowe oznaczenie liczby singletów za pomocą ImageJ
    Uwaga: Wszystkie polecenia użyte do napisania skryptu są opisane w instrukcji ImageJ:
    http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/user-guide.pdf
    1. Wygładź obrazy konfokalne, aby usunąć odizolowane piksele z krawędzi i wypełnić małe otwory, uruchamiając funkcję „Smooth”.
    2. Biorąc pod uwagę, że fluorescencyjne są tylko rdzenie, rozszerz jasne obszary aż do momentu, gdy krawędzie cząstek należących do tego samego klastra zaczną się stykać i cząstki połączą. Wykonaj to za pomocą filtra „Dilate”. W przypadku cząstek o grubości otoczki około 180 nm i obrazów o rozdzielczości 0.02 µm/pixel, wystarczą dwa kroki rozszerzenia.
    3. Konwertuj obrazy na obraz binarny, uruchamiając funkcję „Make binary”.
    4. Ustaw skalę, uruchamiając narzędzie „Set Scale…”, distance=1 known=0.02 pixel=1 unit=um dla obrazów wykonanych np. z rozdzielczością 0.02 µm/pixel.
    5. Zastosuj próg wielkości, aby odróżnić szum i cząstki poza ogniskiem od cząstek w ognisku. Na przykład dla obrazów wykonanych z rozdzielczością 0.02 µm/pixel odrzuca się wszystkie obszary mniejsze niż 0.2 pixels. Wykonaj to za pomocą polecenia „Analyze particles…”, „size=0.2-Infinity”.
    6. Utwórz obraz all.jpg oraz plik all.txt zawierający wielkość wszystkich jasnych obszarów na obrazie (klastrów i singletów), korzystając z poleceń „results”, „_all.txt” oraz „JPEG”, „all”.
    7. Przyjmij, że wszystkie jasne obszary o wielkości od 0.2 do 0.7 pixels i kołowości (circularity = 4 π Area/Perimeter2) od 0.7 do 1.0 są singletami, uruchamiając polecenie „Analyze particles…”, „circularity=0.7-1.0”.
    8. Utwórz obraz singlets.jpg oraz plik singlets.txt z informacjami o wszystkich jasnych obszarach będących singletami, korzystając z poleceń „results”, „_singlets.txt” oraz „JPEG”, „singlets”.
  2. Przetwarzanie informacji w programie Matlab
    1. Odczytaj plik .txt z singletami i oblicz średnią wielkość singletu na obraz (Asinglet).
    2. Wykorzystaj średnią wielkość singletu do obliczenia liczby cząstek w klastrze (Adoublet=2Asinglet, Atriplet=3Asinglet …) oraz całkowitej liczby cząstek na obrazie na podstawie pliku all.txt.
    3. Oblicz frakcję cząstek w postaci singletów dla każdego czasu ekspozycji: fsinglets = liczba singletów/całkowita liczba cząstek
    4. Oblicz frakcję dubletów, tripletów itp.: fdoublets= 2*liczba dubletów/całkowita liczba cząstek, itp.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

 Biorąc pod uwagę, że dwuetapowa procedura wykorzystywana do syntezy koloidów supramolekularnych (Ryc. 1a) łączy pochodne BTA (Ryc. 1b) w drugim etapie w temperaturze pokojowej i łagodnych warunkach reakcji, zapewnia to ich stabilność.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Gdy cykloheksan o współczynniku załamania światła 1,426 jest używany jako rozpuszczalnik do dyspersji koloidów BTA, oddziaływania van der Waalsa są bardzo słabe, ponieważ współczynniki załamania koloidów i rozpuszczalnika są prawie takie same. Należy zauważyć, że stężenie funkcjonalizowanych koloidów używanych do eksperymentów SLS w cykloheksanie jest znacznie wyższe w porównaniu z gołymi koloidami krzemionkowymi w wodzie. Jest to konieczne, aby uzyskać wystarczająco silne rozpraszanie ze względu na niski kontrast, ponie...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Autorzy dziękują Holenderskiej Organizacji Badań Naukowych (NWO ECHO-STIP Grant 717.013.005, NWO VIDI Grant 723.014.006) za wsparcie finansowe.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
APTESSigma-Aldrich
FTICSigma-Aldrich
TEOSSigma-Aldrich
LUDOX AS-40Sigma-AldrichCząstki krzemionki o promieniu 13 nm
MilliQ------18,2 MΩ &środkowa kropka; cm przy 25 & stopniach; C
EtanolSolvaChrom---
Amoniak (25% w wodzie)Sigma-Aldrich---
ChloroformSolvaChrom---
CykloheksanSigma-Aldrich---
Dimetyloformamid (DMF)Sigma-Aldrich---
Alkohol stearylowySigma-Aldrich---
N,N-Diizopropyloetyloamina (DIPEA)Sigma-Aldrich---
Benzotriazol-1-yl-oksytriprolidinofosfonium heksafluorofosforan (PyBOP)Sigma-Aldrich---
Succinimidylo3-(2-pirydyloditionio)propionian (SPDP)Sigma-Aldrich---
Ditiothreitol (DTT) Sigma-Aldrich---
NVOC-C11-OHZsyntetyzowane---I. de Feijter, 2014 Materiały responsywne z adaptacyjnych konstruktów supramolekularnych, praca doktorska, Uniwersytet Techniczny w Eindhoven, Holandia
BTA Zsyntetyzowane---I. de Feijter, 2014 Responsywne materiały z adaptacyjnych konstruktów supramolekularnych, praca doktorska, Uniwersytet Techniczny w Eindhoven, Holandia
WirówkaThermo ScientificHeraeus Megafuge 1.0
Kąpiel ultradźwiękowaVWRMyjka ultradźwiękowa
Pompy perystaltyczne AparatHarvardaPompa strzykawkowa PHD Ultra
Piec UV-ovenReaktor UV LuzchemLZC-a V wyposażony w żarówki 8x8 UVA (λ max=354  nm)
Płyta grzewcza mieszadłaHeidolphMR-Hei Standard
 
[nagłówek]
Rozpraszanie światłaALVCGS-3 MD-4 kompaktowy goniometr systemowy, wyposażony w cyfrowy korelator czasu rzeczywistego Multiple Tau (ALV-7004) i laser na ciele stałym (λ=532 nm, 40 mW)
Spektrofotometr UV-VisThermo ScientificNanoDrop 1000 Spektrofotometr
Mikroskop konfokalnyNikonTi Eclipse z laserem argonowym z λ wzbudzenie=488  nm
Przekładki przesuwneSigma-AldrichGrace BioLabs Przekładka obrazowania z bezpieczną uszczelką (1 dołek, średnica i grubość 13 mm & 0,12 mm)
Strzykawki StrzykawkaBD Plastipak20 ml
Rurka z tworzywa sztucznegoSCIBB31695-PE/5Mikrorurki medyczne sterylizowane tlenkiem etylenu
Pulsacyjny mieszalnik wirowyVWRElektryczne: 120  V, 50/60  Hz, 150  W Zakres prędkości: 500– 3 000 obr./min

Bibliografia

  1. Wang, Y., et al. Colloids with valence and specific directional bonding. Nature. 491 (7422), 51-55 (2012).
  2. Klinkova, A., Therien-Aubin, H., Choueiri, R. M., Rubinstein, M., Kumacheva, E. Colloidal analogs of molecular chain stoppers. PNAS. 110 (47), 18775-18779 (2013).
  3. Galisteo-Lõpez, J. F., et al. Self-assembled photonic structures. Adv. Mater. 23 (1), 30-69 (2011).
  4. Kim, H., et al. Structural colour printing using a magnetically tunable and lithographically fixable photonic crystal. Nat. Photonics. 3 (9), 534-540 (2009).
  5. Dinsmore, A. D., et al. Colloidosomes: Selectively permeable capsules composed of colloidal particles. Science. 298 (5595), 1006-1009 (2002).
  6. Destribats, M., Rouvet, M., Gehin-Delval, C., Schmitt, C., Binks, B. P. Emulsions stabilised by whey protein microgel particles: Towards food-grade Pickering emulsions. Soft Matter. 10 (36), 6941-6954 (2014).
  7. Prevo, B. G., Hon, E. W., Velev, O. D. Assembly and characterization of colloid-based antireflective coatings on multicrystalline silicon solar cells. J. Mater. Chem. 17 (8), 791-799 (2007).
  8. Kitaev, V., Ozin, G. A. Self-assembled surface patterns of binary colloidal crystals. Adv. Mater. 15 (1), 75-78 (2003).
  9. Plettl, A., et al. Non-Close-Packed crystals from self-assembled polystyrene spheres by isotropic plasma etching: adding flexibility to colloid lithography. Adv. Funct. Mater. 19 (20), 3279-3284 (2009).
  10. Yethiraj, A., Van Blaaderen, A. A colloidal model system with an interaction tunable from hard sphere to soft and dipolar. Nature. 421 (6922), 513-517 (2003).
  11. Spruijt, E., et al. Reversible assembly of oppositely charged hairy colloids in water. Soft Matter. 7 (18), 8281-8290 (2011).
  12. Kraft, D. J., et al. Surface roughness directed self-assembly of patchy particles into colloidal micelles. PNAS. 109 (27), 10787-10792 (2012).
  13. Rossi, L., et al. Cubic crystals from cubic colloids. Soft Matter. 7 (9), 4139-4142 (2011).
  14. Erb, R. M., Son, H. S., Samanta, B., Rotello, V. M., Yellen, B. B. Magnetic assembly of colloidal superstructures with multipole symmetry. Nature. 457 (7232), 999-1002 (2009).
  15. Vutukuri, H. R., et al. Colloidal analogues of charged and uncharged polymer chains with tunable stiffness. Angew. Chem. Int. Edit. 51 (45), 11249-11253 (2012).
  16. De Greef, T. F. A., Meijer, E. W. Materials science: Supramolecular polymers. Nature. 453 (7192), 171-173 (2008).
  17. De Feijter, I., Albertazzi, L., Palmans, A. R. A., Voets, I. K. Stimuli-responsive colloidal assembly driven by surface-grafted supramolecular moieties. Langmuir. 31 (1), 57-64 (2015).
  18. Celiz, A. D., Lee, T. C., Scherman, O. A. Polymer-mediated dispersion of cold nanoparticles: using supramolecular moieties on the periphery. Adv. Mater. 21 (38-39), 3937-3940 (2009).
  19. Cantekin, S., De Greef, T. F. A., Palmans, A. R. A. Benzene-1,3,5-tricarboxamide: A versatile ordering moiety for supramolecular chemistry. Chem. Soc. Rev. 41 (18), 6125-6137 (2012).
  20. Mes, T., Van Der Weegen, R., Palmans, A. R. A., Meijer, E. W. Single-chain polymeric nanoparticles by stepwise folding. Angew. Chem. Int. Edit. 50 (22), 5085-5089 (2011).
  21. van Blaaderen, A., Vrij, A. Synthesis and characterization of monodisperse colloidal organo-silica spheres. J. Colloid Interf. Sci. 156 (1), 1-18 (1993).
  22. Van Helden, A. K., Jansen, J. W., Vrij, A. Preparation and characterization of spherical monodisperse silica dispersions in nonaqueous solvents. J. Colloid Interf. Sci. 81 (2), 354-368 (1981).
  23. Israelachvili, J. Intermolecular and Surface Forces. Van der Waals forces between particles and surfaces. , 3rd, Elsevier. 253-289 (2011).
  24. van Blaaderen, A., Vrij, A. Synthesis and characterization of colloidal dispersions of fluorescent, monodisperse silica spheres. Langmuir. 8 (12), 2921-2931 (1992).
  25. Giesche, H. Synthesis of monodispersed silica powders II. Controlled growth reaction and continuous production process. J. Eur. Ceram. Soc. 14 (3), 205-214 (1994).
  26. Wu, H. Correlations between the Rayleigh ratio and the wavelength for toluene and benzene. Chem. Phys. 367 (1), 44-47 (2010).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Koloidalna samoorganizacjafunkcjonalizacja BTAaktywacja wiat em UVmikroskopia konfokalnapomiary rozpraszania wiat aanaliza obrazuwi zania wodorowegrupa fotolabilnacz stki typu rdze pow oka
Synteza i charakterystyka koloidów supramolekularnych
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.