Synteza i charakterystyka koloidów supramolekularnych

Ogólnym celem tego protokołu jest opisanie sposobu kierowania samoorganizacją koloidalną poprzez zakotwiczenie ugrupowań supramolekularnych na koloidach, których oddziaływania są silne, kierunkowe i odwracalne. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie materiałoznawstwa, takie jak to, jak dokładnie kontrolować samoorganizację koloidalną w celu tworzenia złożonych i mezostrukturalnych materiałów o interesujących właściwościach. Główną zaletą tej techniki jest to, że asocjacja koloidalna jest napędzana przez cząstki supramolekularne, które pozostają wrażliwe na światło i temperaturę po unieruchomieniu powierzchni.

Dlatego koloidy samoorganizują się po fotoaktywacji wiązań wodorowych cząsteczek przez światło UV. Aby zsyntetyzować fluorescencyjne nasiona krzemionki, najpierw wymieszaj 2,5 mililitra funkcjonalizowanych barwnikiem aptes z 25 mililetami 25% amoniaku i 250 mililitrami etanolu w jednolitrowej kolbie okrągłodennej. Aby uzyskać monodyspersyjne nasiona krzemionki, bardzo ważne jest dodanie ortokrzemianu tetraetylu pod menisk mieszaniny reakcyjnej.

Za pomocą szklanej pipety dodać 10 milileterów TEOS, mieszając mieszadłem magnetycznym. Podobnie, po pięciu godzinach dodaj kolejne 1,75 mililitra TEOS i mieszaj mieszaninę przez noc w atmosferze argonu. Następnego dnia umyj nasiona zgodnie z opisem w protokole tekstowym.

Aby zsyntetyzować cząstki krzemionki typu rdzeń-skorupa, najpierw dodaj etanol, wodę dejonizowaną, 25% amoniak i dyspersję nasion do jednolitrowej kolby okrągłodennej. Następnie napełnij plastikową strzykawkę pięcioma mililitrami TEOS i 10 mililitrami etanolu. Napełnij drugą plastikową strzykawkę 1,34 mililitra 25% amoniaku, 3,4 mililitra wody dejonizowanej i 10,25 mililitra etanolu.

Połączyć obie strzykawki z kolbą okrągłodenną z plastikowym wężem. Wyposażyć kolbę w strumień argonu. Wlot argonu musi znajdować się obok wylotu drugiej strzykawki, aby uniknąć kontaktu gazów amoniaku z kropelek TEOS i zapobiec wtórnemu zarodkowaniu.

Dodać zawartość obu strzykawek w tym samym czasie w ilości 1,7 mililitra na godzinę za pomocą pomp perystaltycznych, mieszając mieszaninę. Upewnij się, że uzyskałeś swobodnie spadające kropelki, aby uniknąć zderzenia ze ścianami, a tym samym wtórnego zarodkowania. Zatrzymaj dodawanie po siedmiu godzinach, aby uzyskać cząstki rdzenia-powłoki o promieniu około 300 nanometrów przed umyciem cząstek zgodnie z opisem w protokole tekstowym.

Do syntezy koloidów funkcjonalizowanych NVOC należy zdyspergować 10 miligramów cząstek krzemionki typu core-shell w jednym mililitrze etanolu razem z 12 miligramami cząsteczki łącznika chronionej przez NVOC i 31 miligramami alkoholu stearylowego w 50-mililitrowej kolbie okrągłodennej. Sonikować mieszaninę przez 10 minut, aby upewnić się, że wszystkie cząsteczki są rozpuszczone, a cząstki są dobrze zdyspergowane. Dodaj mieszadło magnetyczne do mieszaniny i odparuj etanol stałym strumieniem argonu o temperaturze pokojowej.

Przed kontynuowaniem upewnij się, że nie ma już etanolu, w przeciwnym razie może on reagować z grupami silanolowymi cząstek. Następnie podgrzej kolbę do 180 stopni Celsjusza przez sześć godzin przy ciągłym mieszaniu i pod stałym strumieniem argonu, przed umyciem koloidów krzemionkowych zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Aby zsyntetyzować koloidy BTA, należy zdyspergować 10 miligramów funkcjonalizowanych cząstek w trzech mililitrach chloroformu.

Aby jednorodnie rozszczepić grupę NVOC, umieść próbkę w piecu UV i delikatnie wymieszaj ją mieszadłem magnetycznym, jednocześnie odbezpiekowując. Napromieniać dyspersję przez jedną godzinę, aby uzyskać cząstki funkcjonalizowane aminami. Następnie rozpuść dziewięć miligramów BTA, 8,7 mikrolitrów DIPEA i 5,2 miligramów PyBOP w jednym mililitrze chloroformu.

Dodaj roztwór do dyspersji cząstek funkcjonalizowanych aminami i mieszaj przez noc w temperaturze pokojowej i w atmosferze argonu. Po odwirowaniu dyspersji usunąć supernatant i dodać trzy mililitry świeżego chloroformu. Poddaj sonikę nowej dyspersji przez trzy minuty przed ponownym odwirowaniem i usunięciem supernatantu.

Suszyć cząstki w temperaturze 70 stopni Celsjusza w próżni przez 48 godzin. Rozproszyć 20 miligramów małych funkcjonalizowanych cząstek w jednym mililitrze chloroformu i naświetlić dyspersję w piecu UV przez jedną godzinę, aby rozszczepić grupę NVOC. Delikatnie wymieszaj dyspersję za pomocą mieszadła magnetycznego podczas odochronienia.

Odwiruj powstałe cząstki funkcjonalizowane aminami i usuń supernatant. Następnie susz cząsteczki w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez dwie godziny. Następnie rozpuść 0,5 miligrama SPDP w 200 mikrolitrach DMF.

Dodaj roztwór SPDP do 20 miligramów suszonych cząstek funkcjonalizowanych aminami i wiruj system przez 30 minut. Umyj cząstki jednym mililitrem DMF, sześć razy. Na ostatnim etapie prania postaraj się usunąć jak najwięcej supernatantu.

Następnie rozpuść 0,53 miligrama DTT w 50 mikrolitrach DMF. Dodaj roztwór DTT do cząstek i wiruj dyspersję przez 30 minut, w tym czasie grupa pirydyno-2-tionowa jest rozszczepiana. Oznaczyć chłonność wolnego 2-tionu pirydyny uwolnionego w supernatancie o długości fali 233 nanometrów za pomocą spektrofotometru UV-Vis o mikroobjętości.

Aby monitorować zespół koloidalny za pomocą mikroskopii konfokalnej, najpierw przygotuj 400 mikrolitrów dyspersji 0,1 procenta wagowego cząstek funkcjonalizowanych BTA w cykloheksanie i poddaj próbkę sonifikacji przez 20 minut. Następnie napromienić fiolkę z próbką w piecu UV w celu odcięcia grupy orto-nitrobenzylowej BTA. Weź 25 mikrolitrów podwielokrotności w różnych momentach napromieniania, na przykład od zera do 30 minut, aby monitorować proces grupowania.

Umieść różne podwielokrotności na różnych szkiełkach za pomocą przekładki i zamknij komory szkiełkiem nakrywkowym. Po zamknięciu komory należy obrócić szkiełko nakrywkowe do góry nogami, aby cząsteczki mogły osiąść i wchłonąć się na szkło, co ułatwia obrazowanie. Należy wykonać kilka zdjęć każdej próbki za pomocą mikroskopu konfokalnego tak szybko, jak to możliwe po przygotowaniu próbki dla każdego czasu napromieniania.

Aby wytworzyć koloidy supramolekularne, pierwsze koloidy krzemionkowe są hydrofobizowane przez funkcjonalizację alkoholem stearylowym i łącznikiem chronionym przez NVOC. Grupa ochronna NVOC jest następnie rozszczepiana, a koloidy mogą być postfunkcjonalizowane za pomocą ugrupowania supramolekularnego. Statyczne pomiary rozpraszania światła pozwalają na obliczenie współczynnika załamania światła koloidów.

Dopasowując datę, określono wartości 1,391 dla koloidu gołego i 1,436 dla koloidów pokrytych alkoholem stearylowym. To wyraźnie pokazuje, jak funkcjonalizacja koloidów wpływa na ich współczynnik załamania światła. Aby ocenić ilość miejsc aktywnych na cząstkę, ilość rozszczepionych grup 2-tionowych pirydyny jest bezpośrednio związana z liczbą amin na cząstkę.

Tutaj znaleziono jedną aminę na 46,4 nanometra kwadratowego. konfokalna analiza obrazu pozwala na ilościowe określenie liczby singletów w funkcji czasu naświetlania promieniowaniem UV. Przed naświetlaniem promieniami UV w celu fotorozszczepienia ugrupowania orto-nitrobenzylowego, 80% koloidów występuje w postaci singletów.

Naświetlanie o maksymalnej długości fali 354 nanometrów inicjuje agregację koloidalną, gdy aktywowane są wiązania wodorowe BTA. Podczas próby wykonania tej procedury ważne jest, aby system był wolny od wody, ponieważ koloidy mogą się gromadzić z powodu sił kapilarnych. W związku z tym ślady wody powinny być usuwane ze wszystkich etapów syntezy.

Praca ta pokazuje, że wypełnienie luki między naukami koloidalnymi i supramolekularnymi toruje drogę naukowcom w dziedzinie materiałoznawstwa do tworzenia złożonych materiałów wrażliwych na bodźce zewnętrzne. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak kierować samoorganizacją koloidalną za pomocą wiązań wodorowych poprzez zakotwiczenie motywów supramolekularnych na cząstkach koloidalnych.