Name: Synteza i charakterystyka koloidów supramolekularnych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 26 s
Description: Poznaj metodę syntezy i charakteryzacji koloidów supramolekularnych z powłokami reagującymi na światło UV. Technika umożliwia precyzyjną kontrolę samoorganizacji koloidalnej w nauce o materiałach.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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

1. Synteza cząstek krzemionkowych typu rdzeń-powłoka
Uwaga: Cząstki krzemionki są syntetyzowane zgodnie z poniższą procedurą, opartą na metodzie Stöbera24,25.
<ol>
	<li>Synteza fluorescencyjnych zarodników krzemionkowych
	<ol>
		<li>Rozpuścić 105 mg (0,27 mmol) izotiocyjanianu fluoresceiny w 5 ml etanolu.</li>
		<li>Do poprzedniego roztworu dodać 100 µl (3-aminopropylotrietoksysilanu) (APTES, 0,43 mmol).</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Przy pomocy pipety szklanej dodać 10 ml ortokrzemianu tetraetylu (TEOS) pod menisk poprzedniej mieszaniny reakcyjnej, mieszając za pomocą mieszadła magnetycznego.</li>
		<li>Analogicznie, po 5 h dodać kolejne 1,75 ml TEOS i mieszać mieszaninę przez noc w atmosferze argonu.</li>
		<li>Przelać dyspersję do kilku probówek o pojemności 45 ml.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Przechowywać fluorescencyjne zarodniki w etanolu w stężeniu około 13,6 mg/ml i w ciemności (unikać ekspozycji na światło).</li>
		<li>Przygotować zarodniki niefluorescencyjne zgodnie z tą samą procedurą, pomijając dodanie barwnika fluorescencyjnego. 
		Uwaga: Stosując tę procedurę, otrzymuje się zarodniki o promieniu około 100 nm.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Synteza cząsteczek krzemionkowych typu rdzeń-powłoka
	<ol>
		<li>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).</li>
		<li>Napełnić plastikową strzykawkę 5 ml TEOS i 10 ml etanolu.</li>
		<li>Napełnić drugą plastikową strzykawkę 1,34 ml amoniaku (25% w wodzie), 3,4 ml wody dejonizowanej i 10,25 ml etanolu.</li>
		<li>Połączyć obie strzykawki z kolbą okrągłodenną za pomocą plastikowych przewodów.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Zatrzymać dodawanie po 7 h, aby otrzymać cząsteczki typu rdzeń-powłoka o promieniu około 300 nm.</li>
		<li>Przelać zawartość kolby do kilku probówek o pojemności 45 ml.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Przechowywać cząsteczki typu rdzeń-powłoka w etanolu i w ciemności (unikać ekspozycji na światło).</li>
		<li>Przygotować niefluorescencyjne cząsteczki krzemionki zgodnie z tą samą procedurą, ale stosując zarodniki niefluorescencyjne.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Funkcjonalizacja koloidów krzemionkowych
<ol>
	<li>Synteza koloidów funkcjonalizowanych NVOC
	<ol>
		<li>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).</li>
		<li>Sonicować mieszaninę przez 10 min, aby upewnić się, że wszystkie cząsteczki zostały rozpuszczone, a cząstki są dobrze rozproszone.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Ogrzewać kolbę do 180 °C przez 6 hr przy ciągłym mieszaniu i pod stałym strumieniem argonu22.</li>
		<li>Pozostawić kolbę do ostygnięcia do temperatury pokojowej.</li>
		<li>Do kolby dodać 3 ml CHCl3 i sonicować przez 5 min (lub do czasu rozpuszczenia bądź rozproszenia całej zawartości stałej).</li>
		<li>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.</li>
		<li>Suszyć cząstki w 70 °C in vacuo przez noc i przechowywać w eksykatore.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Synteza koloidów BTA
	<ol>
		<li>Rozproszyć 10 mg cząstek funkcjonalizowanych molowym stosunkiem 20/80 NVOC-C11-OH/alkohol stearylowy w 3 ml CHCl3.</li>
		<li>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).</li>
		<li>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.</li>
		<li>Dodać roztwór do dyspersji cząstek funkcjonalizowanych aminą i mieszać przez noc w temperaturze pokojowej w atmosferze argonu.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Suszyć cząstki w 70 °C in vacuo przez 48 hr i przechowywać w eksykatore.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
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.
<ol>
	<li>Przeprowadzić funkcjonalizację 10 mg niefluorescencyjnych cząsteczek krzemionki wyłącznie alkoholem stearylowym (bez NVOC-C11-OH) zgodnie z procedurą opisaną w sekcji 2.1.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Sonicować obie dyspersje przez co najmniej 20 min, aby zapewnić prawidłowe rozproszenie cząsteczek.</li>
	<li>Zmierzyć natężenie rozproszonego światła dla obu dyspersji, rozpuszczalników oraz rozpuszczalnika referencyjnego w zakresie od 30° do 120° w krokach co 5°.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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)<img alt="Równanie amplitudy rozproszenia P(qR)=9[(sin(qR)-qRcos(qR))/(qR)^3]^2 dla analizy cząsteczek." src="/files/ftp_upload/53934/53934eq3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie 3"> 
	 
	przy czym średni promień koloidów sferycznych to R.</li>
	<li>Wyznaczyć wartość R z dopasowań dla każdej dyspersji.</li>
	<li>Obliczyć współczynnik Rayleigha (Rθ), który jest bezwzględną miarą natężenia rozproszonego światła, zgodnie z poniższym równaniem dla każdego θ. 
	(Równanie 4)<img alt="Wzór na równowagę statyczną \(R_{g}=\frac{I_{sample}-I_{solvent}}{I_{reference}}R_{reference}\frac{n_{solvent}^{2}}{n_{reference}^{2}}\)." src="/files/ftp_upload/53934/53934eq4.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie 4">  
	 
	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.</li>
	<li>Obliczyć średni współczynnik załamania światła koloidów (ncolloids) na podstawie Rθ i równania 5. 
	(Równanie 5)<img alt="Równanie rozpraszania koloidów, wzór; badania, analiza właściwości optycznych, koloidy, rozpuszczalniki." src="/files/ftp_upload/53934/53934eq5.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie 5">  
	 
	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.</li>
</ol>
4. Ilościowe oznaczenie liczby centrów aktywnych na cząsteczkę
Uwaga: Należy użyć małych cząsteczek o promieniu 13 nm (o większym stosunku powierzchni do objętości).
<ol>
	<li>Zfunkcjonalizować małe, dostępne komercyjnie cząstki stosunkiem molowym 20/80 NVOC-C11-OH/alkohol stearylowy zgodnie z procedurą opisaną w sekcji 2.1.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Odwirować otrzymane cząstki zfunkcjonalizowane aminami (3,400 x g, 10 min) i usunąć nadsącz.</li>
	<li>Wysuszyć cząstki w temperaturze 70 °C przez 2 h.</li>
	<li>Rozpuścić 0,50 mg 3-(2-pirydyloditio)propionianu sukcynimidylowego (SPDP, 0,0016 mmol) w 200 µl dimetyloformamidu (DMF).</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Wyznaczyć absorbancję wolnej pirydyno-2-tiony uwolnionej do nadsączu przy λ=293 nm za pomocą mikroobjętościowego spektrofotometru UV-Vis.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Obliczyć liczbę centrów aktywnych (amin) na cząstkę za pomocą następującego równania: 
	(Równanie 7)<img alt="Wzór równowagi statycznej dla grup aminowych na cząstkę; analiza równania naukowego." src="/files/ftp_upload/53934/53934eq7.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie 7">            
	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.</li>
</ol>
5. Monitorowanie montażu koloidalnego za pomocą mikroskopii konfokalnej
Uwaga: Należy użyć krzemionkowych cząstek rdzeń-powłoka (z fluorescencyjnym rdzeniem i niefluorescencyjną powłoką).
<ol>
	<li>Przygotować 400 µl dyspersji cząstek funkcjonalizowanych BTA o stężeniu 0,1% wag. w cykloheksanie i poddać próbkę sonikacji przez 20 min.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Jak najszybciej po przygotowaniu próbki dla każdego czasu naświetlania wykonać kilka obrazów każdej z nich za pomocą mikroskopu konfokalnego.</li>
</ol>
6. Analiza obrazu
<ol>
	<li>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
	<ol>
		<li>Wygładź obrazy konfokalne, aby usunąć odizolowane piksele z krawędzi i wypełnić małe otwory, uruchamiając funkcję „Smooth”.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Konwertuj obrazy na obraz binarny, uruchamiając funkcję „Make binary”.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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”.</li>
		<li>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”.</li>
		<li>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”.</li>
		<li>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”.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przetwarzanie informacji w programie Matlab
	<ol>
		<li>Odczytaj plik .txt z singletami i oblicz średnią wielkość singletu na obraz (Asinglet).</li>
		<li>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.</li>
		<li>Oblicz frakcję cząstek w postaci singletów dla każdego czasu ekspozycji: fsinglets = liczba singletów/całkowita liczba cząstek</li>
		<li>Oblicz frakcję dubletów, tripletów itp.: fdoublets= 2*liczba dubletów/całkowita liczba cząstek, itp.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloids+with+valence+and+specific+directional+bonding%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Colloids with valence and specific directional bonding.</a> Nature. 491 (7422), 51-55 (2012).</li>
<li>Klinkova, A., Therien-Aubin, H., Choueiri, R. M., Rubinstein, M., Kumacheva, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloidal+analogs+of+molecular+chain+stoppers%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Colloidal analogs of molecular chain stoppers.</a> PNAS. 110 (47), 18775-18779 (2013).</li>
<li>Galisteo-Lõpez, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembled+photonic+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Self-assembled photonic structures.</a> Adv. Mater. 23 (1), 30-69 (2011).</li>
<li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+colour+printing+using+a+magnetically+tunable+and+lithographically+fixable+photonic+crystal%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photonics%22%5BJournal%5D)">Structural colour printing using a magnetically tunable and lithographically fixable photonic crystal.</a> Nat. Photonics. 3 (9), 534-540 (2009).</li>
<li>Dinsmore, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloidosomes%3A+Selectively+permeable+capsules+composed+of+colloidal+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Colloidosomes: Selectively permeable capsules composed of colloidal particles.</a> Science. 298 (5595), 1006-1009 (2002).</li>
<li>Destribats, M., Rouvet, M., Gehin-Delval, C., Schmitt, C., Binks, B. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emulsions+stabilised+by+whey+protein+microgel+particles%3A+Towards+food-grade+Pickering+emulsions%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Emulsions stabilised by whey protein microgel particles: Towards food-grade Pickering emulsions.</a> Soft Matter. 10 (36), 6941-6954 (2014).</li>
<li>Prevo, B. G., Hon, E. W., Velev, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assembly+and+characterization+of+colloid-based+antireflective+coatings+on+multicrystalline+silicon+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem%22%5BJournal%5D)">Assembly and characterization of colloid-based antireflective coatings on multicrystalline silicon solar cells.</a> J. Mater. Chem. 17 (8), 791-799 (2007).</li>
<li>Kitaev, V., Ozin, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembled+surface+patterns+of+binary+colloidal+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Self-assembled surface patterns of binary colloidal crystals.</a> Adv. Mater. 15 (1), 75-78 (2003).</li>
<li>Plettl, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-Close-Packed+crystals+from+self-assembled+polystyrene+spheres+by+isotropic+plasma+etching%3A+adding+flexibility+to+colloid+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Non-Close-Packed crystals from self-assembled polystyrene spheres by isotropic plasma etching: adding flexibility to colloid lithography.</a> Adv. Funct. Mater. 19 (20), 3279-3284 (2009).</li>
<li>Yethiraj, A., Van Blaaderen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+colloidal+model+system+with+an+interaction+tunable+from+hard+sphere+to+soft+and+dipolar%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A colloidal model system with an interaction tunable from hard sphere to soft and dipolar.</a> Nature. 421 (6922), 513-517 (2003).</li>
<li>Spruijt, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reversible+assembly+of+oppositely+charged+hairy+colloids+in+water%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Reversible assembly of oppositely charged hairy colloids in water.</a> Soft Matter. 7 (18), 8281-8290 (2011).</li>
<li>Kraft, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+roughness+directed+self-assembly+of+patchy+particles+into+colloidal+micelles%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Surface roughness directed self-assembly of patchy particles into colloidal micelles.</a> PNAS. 109 (27), 10787-10792 (2012).</li>
<li>Rossi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cubic+crystals+from+cubic+colloids%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Cubic crystals from cubic colloids.</a> Soft Matter. 7 (9), 4139-4142 (2011).</li>
<li>Erb, R. M., Son, H. S., Samanta, B., Rotello, V. M., Yellen, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+assembly+of+colloidal+superstructures+with+multipole+symmetry%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Magnetic assembly of colloidal superstructures with multipole symmetry.</a> Nature. 457 (7232), 999-1002 (2009).</li>
<li>Vutukuri, H. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloidal+analogues+of+charged+and+uncharged+polymer+chains+with+tunable+stiffness%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Edit%22%5BJournal%5D)">Colloidal analogues of charged and uncharged polymer chains with tunable stiffness.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 51 (45), 11249-11253 (2012).</li>
<li>De Greef, T. F. A., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Materials+science%3A+Supramolecular+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Materials science: Supramolecular polymers.</a> Nature. 453 (7192), 171-173 (2008).</li>
<li>De Feijter, I., Albertazzi, L., Palmans, A. R. A., Voets, I. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimuli-responsive+colloidal+assembly+driven+by+surface-grafted+supramolecular+moieties%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Stimuli-responsive colloidal assembly driven by surface-grafted supramolecular moieties.</a> Langmuir. 31 (1), 57-64 (2015).</li>
<li>Celiz, A. D., Lee, T. C., Scherman, O. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer-mediated+dispersion+of+cold+nanoparticles%3A+using+supramolecular+moieties+on+the+periphery%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Polymer-mediated dispersion of cold nanoparticles: using supramolecular moieties on the periphery.</a> Adv. Mater. 21 (38-39), 3937-3940 (2009).</li>
<li>Cantekin, S., De Greef, T. F. A., Palmans, A. R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Benzene-1%2C3%2C5-tricarboxamide%3A+A+versatile+ordering+moiety+for+supramolecular+chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Soc.+Rev%22%5BJournal%5D)">Benzene-1,3,5-tricarboxamide: A versatile ordering moiety for supramolecular chemistry.</a> Chem. Soc. Rev. 41 (18), 6125-6137 (2012).</li>
<li>Mes, T., Van Der Weegen, R., Palmans, A. R. A., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-chain+polymeric+nanoparticles+by+stepwise+folding%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Edit%22%5BJournal%5D)">Single-chain polymeric nanoparticles by stepwise folding.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 50 (22), 5085-5089 (2011).</li>
<li>van Blaaderen, A., Vrij, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+characterization+of+monodisperse+colloidal+organo-silica+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Colloid+Interf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Synthesis and characterization of monodisperse colloidal organo-silica spheres.</a> J. Colloid Interf. Sci. 156 (1), 1-18 (1993).</li>
<li>Van Helden, A. K., Jansen, J. W., Vrij, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+and+characterization+of+spherical+monodisperse+silica+dispersions+in+nonaqueous+solvents%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Colloid+Interf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Preparation and characterization of spherical monodisperse silica dispersions in nonaqueous solvents.</a> J. Colloid Interf. Sci. 81 (2), 354-368 (1981).</li>
<li>Israelachvili, J. Intermolecular and Surface Forces. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aIsraelachvili%2C+J+%22Van+der+Waals+forces+between+particles+and+surfaces%22">Van der Waals forces between particles and surfaces</a>. , 3rd, Elsevier. 253-289 (2011).</li>
<li>van Blaaderen, A., Vrij, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+characterization+of+colloidal+dispersions+of+fluorescent%2C+monodisperse+silica+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Synthesis and characterization of colloidal dispersions of fluorescent, monodisperse silica spheres.</a> Langmuir. 8 (12), 2921-2931 (1992).</li>
<li>Giesche, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+monodispersed+silica+powders+II.+Controlled+growth+reaction+and+continuous+production+process%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Eur.+Ceram.+Soc%22%5BJournal%5D)">Synthesis of monodispersed silica powders II. Controlled growth reaction and continuous production process.</a> J. Eur. Ceram. Soc. 14 (3), 205-214 (1994).</li>
<li>Wu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlations+between+the+Rayleigh+ratio+and+the+wavelength+for+toluene+and+benzene%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Correlations between the Rayleigh ratio and the wavelength for toluene and benzene.</a> Chem. Phys. 367 (1), 44-47 (2010).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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...

Mezostrukturalne materiały koloidalne znajdują szerokie zastosowanie w nauce i technice, jako systemy modelowe do podstawowych badań nad materiałami atomowymi i molekularnymi1,2, jako materiały fotoniczne3,4, jako systemy dostarczania leków5,6, jako powłoki7 oraz w litografii do modelowania powierzchni8,9. Ponieważ koloidy liofobiczne są materiałami metastabilnymi, które ostatecznie agregują się nieodwracalnie z powodu wszechobecnych oddziaływań van der Waalsa, ich manipulacja w określonych strukturach docelowych jest niezwykle trudna. Opracowano liczne strategie kontroli samoorganizacji koloidalnej, w tym stosowanie dodatków do dostrajania oddziaływań elektrostatycznych10,11 lub zubożenia12,13 lub zewnętrznych wyzwalaczy, takich jak pola magnetyczne14 lub elektryczne15. Wyrafinowaną alternatywną strategią uzyskania kontroli nad strukturą, dynamiką i mechaniką tych układów jest ich funkcjonalizacja za pomocą cząsteczek oddziałujących poprzez siły określone i kierunkowe. Chemia supramolekularna oferuje obszerny zestaw narzędzi małych cząsteczek wykazujących specyficzne dla miejsca, kierunkowe i silne, a jednocześnie odwracalne oddziaływania, które mogą być modulowane pod względem siły przez polarność rozpuszczalnika, temperaturę i światło16. Ponieważ ich właściwości były szeroko badane zarówno w ilościach hurtowych, jak i w roztworach, cząsteczki te są atrakcyjnymi kandydatami do strukturyzacji miękkich materiałów w egzotyczne fazy w przewidywalny sposób. Pomimo wyraźnego potencjału takiego zintegrowanego podejścia do orkiestracji składania koloidalnego za pomocą chemii supramolekularnej, dyscypliny te rzadko łączyły się w celu dostosowania właściwości mezostrukturalnych materiałów koloidalnych17,18.
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.

<table><tbody><tr><td>APTES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FTIC</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TEOS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>LUDOX AS-40</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>Cząstki krzemionki o promieniu 13 nm</td></tr><tr><td>MilliQ</td><td>---</td><td>---</td><td>18,2 M&Omega; &środkowa kropka; cm przy 25 & stopniach; C</td></tr><tr><td>Etanol</td><td>SolvaChrom</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>Amoniak (25% w wodzie)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>Chloroform</td><td>SolvaChrom</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>Cykloheksan</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>Dimetyloformamid (DMF)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>Alkohol stearylowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>N,N-Diizopropyloetyloamina (DIPEA)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>Benzotriazol-1-yl-oksytriprolidinofosfonium heksafluorofosforan (PyBOP)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>Succinimidylo3-(2-pirydyloditionio)propionian (SPDP)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>Ditiothreitol (DTT)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>---</td></tr><tr><td>NVOC-C11-OH</td><td>Zsyntetyzowane</td><td>---</td><td>I. de Feijter, 2014 Materiały responsywne z adaptacyjnych konstruktów supramolekularnych, praca doktorska, Uniwersytet Techniczny w Eindhoven, Holandia</td></tr><tr><td></td><td>BTA Zsyntetyzowane</td><td>---</td><td>I. de Feijter, 2014 Responsywne materiały z adaptacyjnych konstruktów supramolekularnych, praca doktorska, Uniwersytet Techniczny w Eindhoven, Holandia</td></tr><tr><td>Wirówka</td><td>Thermo Scientific</td><td></td><td>Heraeus Megafuge 1.0</td></tr><tr><td>Kąpiel ultradźwiękowa</td><td>VWR</td><td></td><td>Myjka ultradźwiękowa</td></tr><tr><td>Pompy perystaltyczne Aparat</td><td></td><td>Harvarda</td><td>Pompa strzykawkowa PHD Ultra</td></tr><tr><td>Piec UV-oven</td><td>Reaktor UV Luzchem</td><td></td><td>LZC-a V wyposażony w żarówki 8x8 UVA (&lambda; max=354&nbsp; nm)</td></tr><tr><td>Płyta grzewcza mieszadła</td><td>Heidolph</td><td></td><td>MR-Hei Standard &nbsp; </td></tr><tr><td colspan="4">[nagłówek]</td></tr><tr><td>Rozpraszanie światła</td><td>ALV</td><td></td><td>CGS-3 MD-4 kompaktowy goniometr systemowy, wyposażony w cyfrowy korelator czasu rzeczywistego Multiple Tau (ALV-7004) i laser na ciele stałym (&lambda;=532 nm, 40 mW)</td></tr><tr><td>Spektrofotometr UV-Vis</td><td>Thermo Scientific</td><td></td><td>NanoDrop 1000 Spektrofotometr</td></tr><tr><td>Mikroskop konfokalny</td><td>Nikon</td><td></td><td>Ti Eclipse z laserem argonowym z &lambda; wzbudzenie=488&nbsp; nm</td></tr><tr><td>Przekładki przesuwne</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>Grace BioLabs Przekładka obrazowania z bezpieczną uszczelką (1 dołek, średnica i grubość 13 mm & 0,12 mm)</td></tr><tr><td>Strzykawki Strzykawka</td><td>BD Plastipak</td><td></td><td>20 ml</td></tr><tr><td>Rurka z tworzywa sztucznego</td><td>SCI</td><td>BB31695-PE/5</td><td>Mikrorurki medyczne sterylizowane tlenkiem etylenu</td></tr><tr><td>Pulsacyjny mieszalnik wirowy</td><td>VWR</td><td></td><td>Elektryczne: 120&nbsp; V, 50/60&nbsp; Hz, 150&nbsp; W Zakres prędkości: 500&ndash; 3 000 obr./min</td></tr></tbody></table>

synteza i charakterystyka koloidów supramolekularnych

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

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.

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.
<img alt="Równowaga statyczna; schemat sekwencji reakcji chemicznych; synteza polimeru; sprzęganie peptydowe; etapy reakcji." src="/files/ftp_upload/53934/53934fi...

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.

Synteza i charakterystyka koloidów supramolekularnych

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Ogólnym celem niniejszego protokołu jest opis sposobu sterowania koloidalnym samoorganizowaniem poprzez kotwiczenie na koloidach grup supramolekularnych, których oddziaływania są silne, kierunkowe i odwracalne. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania z dziedziny inżynierii materiałowej, takie jak sposób precyzyjnego kontrolowania samoorganizowania koloidalnego w celu tworzenia złożonych materiałów mezostrukturalnych o interesujących właściwościach. Główną zaletą tej techniki jest to, że asocjacja koloidalna jest napędzana przez grupy supramolekularne, które po immobilizacji na powierzchni pozostają responsywne na światło i temperaturę.W związku z tym koloidy samoorganizują się po fotoaktywacji wiązań wodorowych cząsteczek światłem UV. Aby zsyntetyzować fluorescencyjne zarodki krzemionkowe, najpierw zmieszaj 2,5 ml funkcjonalizowanego barwnikiem APTES z 25 ml 25% amoniaku i 250 ml etanolu w kolbie okrągłodennej o pojemności jednego litra. Aby uzyskać monodyspersyjne zarodki krzemionkowe, niezwykle ważne jest dodanie ortokrzemianu tetraetylu poniżej menisku mieszaniny reakcyjnej.Za pomocą pipety szklanej dodać 10 mililitrów TEOS, mieszając roztwór za pomocą mieszadła magnetycznego. Analogicznie, po pięciu godzinach dodać kolejne 1,75 mililitra TEOS i mieszać mieszaninę przez noc w atmosferze argonu. Następnego dnia wyprać zarodki zgodnie z opisem w protokole tekstowym.Aby zsyntezować krzemionkowe cząstki typu rdzeń-powłoka, najpierw należy dodać etanol, wodę dejonizowaną, 25% amoniak oraz dyspersję ziaren do kolby okrągłodennej o pojemności jednego litra. Następnie należy napełnić plastikową strzykawkę 5 ml TEOS i 10 ml etanolu. Drugą plastikową strzykawkę należy napełnić 1,34 ml 25% amoniaku, 3,4 ml wody dejonizowanej oraz 10,25 ml etanolu.Połącz obie strzykawki z kolbą okrągłodenną za pomocą plastikowych rurek. Zapewnij dopływ argonu do kolby. Wlot argonu musi znajdować się obok wylotu drugiej strzykawki, aby uniknąć kontaktu z gazami amoniaku pochodzącymi z kropelek TEOS i zapobiec wtórnej nukleacji.Dodaj zawartość obu strzykawek jednocześnie z prędkością 1,7 ml/h przy użyciu pomp perystaltycznych, stale mieszając roztwór. Należy zapewnić swobodny spływ kropel, aby uniknąć ich zderzeń ze ściankami naczynia, co zapobiegnie wtórnej nukleacji. Przerwij dodawanie po siedmiu godzinach, aby otrzymać cząstki typu rdzeń-powłoka o promieniu około 300 nm, a następnie wypłucz cząstki zgodnie z opisem w protokole tekstowym.W celu syntezy koloidów funkcjonalizowanych NVOC, zdysperguj 10 mg krzemionkowych cząstek typu core-shell w 1 mL etanolu wraz z 12 mg cząsteczki łącznika chronionego NVOC oraz 31 mg alkoholu stearylowego w kolbie okrągłodennej o pojemności 50 mL. Poddaj mieszaninę sonikacji przez 10 minut, aby upewnić się, że wszystkie cząsteczki zostały rozpuszczone, a cząstki są dobrze zdyspergowane. Dodaj do mieszaniny magnetyczny mieszadło i odparuj etanol za pomocą stałego strumienia argonu w temperaturze pokojowej.Przed kontynuowaniem należy upewnić się, że nie pozostał etanol, w przeciwnym razie mógłby on zareagować z grupami silanolowymi cząsteczek. Następnie kolbę należy podgrzać do 180 °C przez sześć godzin przy ciągłym mieszaniu i stałym przepływie argonu, a następnie wyprać koloidy krzemionkowe zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Aby zsyntetyzować koloidy BTA, należy zdyspergować 10 mg funkcjonalizowanych cząsteczek w 3 mL chloroformu.Aby jednorodnie odszczepić grupę NVOC, umieść próbkę w piecu UV i delikatnie mieszaj ją mieszadłem magnetycznym podczas deprotekcji. Naświetlaj dyspersję przez jedną godzinę, aby otrzymać cząstki funkcjonalizowane grupami aminowymi. Następnie rozpuść 9 mg BTA, 8,7 µL DIPEA oraz 5,2 mg PyBOP w 1 mL chloroformu.Dodaj roztwór do dyspersji cząstek funkcjonalizowanych grupami aminowymi i mieszaj przez noc w temperaturze pokojowej w atmosferze argonu. Po odwirowaniu dyspersji usuń nadsącz i dodaj trzy mililitry świeżego chloroformu. Poddaj nową dyspersję sonikacji przez trzy minuty, a następnie ponownie odwiruj i usuń nadsącz.Suszyć cząsteczki w temperaturze 70 °C w próżni przez 48 godzin. Rozproszyć 20 mg małych funkcjonalizowanych cząsteczek w 1 ml chloroformu i naświetlać dyspersję w piecu UV przez jedną godzinę w celu odszczepienia grupy NVOC. Podczas usuwania ochrony delikatnie mieszać dyspersję za pomocą magnetycznego mieszadła.Odwirować otrzymane cząsteczki funkcjonalizowane grupami aminowymi i usunąć nadsącz. Następnie suszyć cząsteczki w temperaturze 70 °C przez dwie godziny. W kolejnym kroku rozpuścić 0,5 mg SPDP w 200 µL DMF.Dodaj roztwór SPDP do 20 mg wysuszonych cząsteczek z grupami aminowymi i mieszaj układ na vortexie przez 30 minut. Przemyj cząsteczki 1 ml DMF, powtarzając czynność sześć razy. Podczas ostatniego etapu płukania należy usunąć jak największą ilość nadsączu.Następnie rozpuść 0,53 mg DTT w 50 µL DMF. Dodaj roztwór DTT do cząstek i mieszaj dyspersję na wortexie przez 30 minut; w tym czasie następuje odszczepienie grupy pirydyno-2-tionowej. Oznacź absorbancję uwolnionej do nadfiltratu wolnej pirydyno-2-tiony przy długości fali 233 nm za pomocą mikroobjętościowego spektrofotometru UV-Vis.Aby monitorować montaż koloidalny za pomocą mikroskopii konfokalnej, przygotuj najpierw 400 µL dyspersji cząstek funkcjonalizowanych BTA o stężeniu 0,1% wag. w cykloheksanie i poddaj próbkę sonikacji przez 20 minut. Następnie naświetl fiolkę z próbką w piecu UV, aby odszczepić grupę orto-nitrobenzylową z BTA. Pobieraj alikwoty o objętości 25 µL w różnych odstępach czasu naświetlania, na przykład od 0 do 30 minut, aby monitorować proces klastrowania.Za pomocą dystansera nanieś poszczególne alikwoty na osobne szkiełka przedmiotowe, a następnie zamknij komory szkiełkami nakrywkowymi. Po zamknięciu komory odwróć szkiełko nakrywkowe do góry dnem, aby umożliwić osadzenie się cząstek i ich adsorpcję na szkle, co ułatwia obrazowanie. Jak najszybciej po przygotowaniu próbek dla każdego czasu napromieniowania wykonaj kilka zdjęć każdej z nich przy użyciu mikroskopu konfokalnego.Aby wytworzyć koloidy supramolekularne, najpierw koloidy krzemionkowe poddaje się hydrofobizacji poprzez funkcjonalizację alkoholem stearylowym oraz łącznikiem chronionym grupą NVOC. Następnie grupa ochronna NVOC jest usuwana, a koloidy mogą zostać poddane postfunkcjonalizacji za pomocą grupy supramolekularnej. Pomiary statycznego rozpraszania światła pozwalają na obliczenie współczynnika załamania światła koloidów.Poprzez dopasowanie danych wyznaczono wartości 1,391 dla gołych koloidów oraz 1,436 dla koloidów powlekanych alkoholem stearylowym. Wyraźnie pokazuje to, w jaki sposób funkcjonalizacja koloidów wpływa na ich współczynnik załamania światła. Aby ocenić liczbę miejsc aktywnych na cząsteczkę, ilość odszczepionych grup pyridyny-2-tionu powiązano bezpośrednio z liczbą grup aminowych na cząsteczkę.W tym przypadku stwierdzono obecność jednej grupy aminowej na 46,4 nanometra kwadratowego. Analiza obrazów konfokalnych pozwala na ilościowe określenie liczby singletów w funkcji czasu naświetlania promieniami UV. Przed naświetlaniem UV w celu fotolitycznego odszczepienia grupy orto-nitrobenzylowej, 80% koloidów występuje w formie singletów.Naświetlanie maksymalną długością fali 354 nanometrów inicjuje agregację koloidalną poprzez aktywację wiązań wodorowych BTA. Podczas przeprowadzania tej procedury ważne jest utrzymanie systemu w stanie bezwodnym, ponieważ koloidy mogą ulegać skupianiu pod wpływem sił kapilarnych. W związku z tym ślady wody powinny zostać wyeliminowane ze wszystkich etapów syntezy.Niniejsza praca wykazuje, że wypełnienie luki między nauką koloidalną a supramolekularną otwiera badaczom w dziedzinie inżynierii materiałowej drogę do tworzenia złożonych materiałów wrażliwych na bodźce zewnętrzne. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat tego, jak sterować samozorganizacją koloidalną za pomocą wiązań wodorowych poprzez kotwiczenie motywów supramolekularnych na cząstkach koloidalnych.

synthesis-and-characterization-of-supramolecular-colloids

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Celem niniejszego eksperymentu jest określenie i kontrolowanie wielkości, kształtu oraz stabilności samoorganizujących się amfifili dyskotycznych w wodzie. W przypadku wodnych polimerów supramolekularnych osiągnięcie takiego poziomu kontroli jest bardzo trudne. Zastosowano strategię wykorzystującą zarówno oddziaływania odpychające, jak i przyciągające. Techniki eksperymentalne użyte do charakterystyki tego układu mają szerokie zastosowanie.

Kontrola rozmiaru, kształtu i stabilności polimerów supramolekularnych w wodzie

Mikroskopia konfokalna służy do obrazowania spoczynkowych i przepływających mieszanin koloidowo-polimerowych, które są badane jako układy modelowe dla atrakcyjnych zawiesin. Algorytmy analizy obrazu służą do obliczania wskaźników strukturalnych i dynamicznych dla cząstek koloidalnych, które mierzą zmiany spowodowane ograniczeniem geometrycznym.

Obrazowanie konfokalne ograniczonych mieszanin koloidalno-polimerowych w stanie spoczynku i przepływu

Tutaj opisujemy protokół syntezy magneto-plazmonicznych nanocząstek o silnym momencie magnetycznym i silnej absorbancji bliskiej podczerwieni (NIR). Protokół obejmuje również koniugację przeciwciał z nanocząstkami za pomocą ugrupowania Fc do różnych zastosowań biomedycznych, które wymagają specyficznego celowania molekularnego.

Synteza immunoukierunkowanych magnetoplazmonicznych nanoklastrów

Ten artykuł opisuje budowę serii wiązań wodorowych supramolekularnych klastrów w kryształach przy użyciu pierwotnych octanu amonu trifeny, które są rekrystalizowane z niepolarnych rozpuszczalników. Ta selektywna konstrukcja klastrów supramolekularnych prowadzi do efektywnych systematycznych badań symetrycznych dotyczących korelacji między klastrami supramolekularnymi a ich składnikami.

Budowa i systematyczne badania symetryczne szeregu klastrów supramolekularnych z binarnymi lub trójskładnikowymi trifenyooctaniami amonu

Przedstawiono protokół wytwarzania pustych w środku cząstek polimeru i mikrokapsułek metodą polimeryzacji rodnikowej przy użyciu emulsji składających się ze styrenu, perfluoro-n-oktanu i wodnego roztworu SDS (dodecylosiarczan sodu).

Otrzymywanie pustych w środku cząstek polistyrenu i mikrokapsułek przez radykalną polimeryzację kropelek janusa składających się z olejów węglowodorowych i fluorowęglowodorowych

Samoorganizacja sterowana krystalizacją (CDSA) wykazuje unikalną zdolność do wytwarzania cylindrycznych nanostruktur o wąskich rozkładach długości. Wykazano organokatalizowaną polimeryzację ε-kaprolaktonu z otwarciem pierścienia oraz późniejsze wydłużenia łańcuchów metakrylanu metylu i N,N-dimetyloakrylamidu. Przedstawiono żywy protokół CDSA, który wytwarza cylindry monodyspersyjne o długości do 500 nm.

Synteza monodyspersyjnych cylindrycznych nanocząstek poprzez samoorganizację biodegradowalnych kopolimerów blokowych sterowaną krystalizacją

Przedstawiono protokół do syntezy kodowanych informacyjnie oligomerów peptoidowych oraz do sekwencyjnego samoorganizowania tych peptoidów w drabinki molekularne przy użyciu amin i aldehydów jako dynamicznych par kowalencyjnych reagentów oraz kwaśnych triflatów metali ziem rzadkich Lewisa jako odczynników wielozadaniowych.

Synteza peptydów niosących informacje i ich sekwencyjna dynamiczna samoorganizacja kowalencyjna

Tutaj prezentujemy systematyczną metodę opisującą quasi-odwracalną samoorganizację agregatów złota o długości 20 nm pokrytych amyloidem beta 1-40 (Aβ 1-40). Zależna od nanorozmiaru, quasi-odwracalna sieć między peptydami została skorelowana z określonymi aminokwasami lub sekcjami monomeru Aβ 1-40.

Charakterystyka zależnej od pH odwracalnej samoorganizacji koloidów złota pokrytych amyloidem beta 1-40

Synteza i charakterystyka trzeciorzędowej biblioteki amidów peptydów

Protokół opisany tutaj ma na celu wyjaśnienie i skrócenie licznych przeszkód na drodze skomplikowanej drogi prowadzącej do zmodyfikowanych trifosforanów nukleozydów. W związku z tym protokół ten ułatwia zarówno syntezę tych aktywowanych elementów budulcowych, jak i ich dostępność do praktycznych zastosowań.

Trifosforany nukleozydów - od syntezy do charakterystyki biochemicznej

Poznaj metodę syntezy i charakteryzacji koloidów supramolekularnych z powłokami reagującymi na światło UV. Technika umożliwia precyzyjną kontrolę samoorganizacji koloidalnej w nauce o materiałach.

Synteza i charakterystyka koloidów supramolekularnych

Przeglądaj więcej filmów