Name: Kontrolowana synteza i śledzenie fluorescencji wysoce jednorodnych mikrożeli poli(N-izopropyloakrylamidowych) (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 34 s
Description: Poznaj metodę kontrolowanej syntezy mikrożeli poli(N-izopropyloakrylamidowych) i śledzenia ich dynamiki dyfuzji w układach gęstych za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej szerokopolowej.

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

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) jest uznawany za wsparcie finansowe w ramach Sonderforschungsbereich SFB 985 "Funkcjonalne mikrożele i systemy mikrożelowe".

<ol><li>Pelton, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature-sensitive+aqueous+microgels%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Colloid+Interfac%22%5BJournal%5D)">Temperature-sensitive aqueous microgels.</a> Adv. Colloid Interfac. 85, 1-33 (2000).</li>
<li>Pich, A., Richtering, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microgels+by+Precipitation+Polymerization%3A+Synthesis%2C+Characterization+and+Functionalization%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Polym.+Sci%22%5BJournal%5D)">Microgels by Precipitation Polymerization: Synthesis, Characterization and Functionalization.</a> Adv. Polym. Sci. 234, 1-37 (2010).</li>
<li>Richtering, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Responsive+Emulsions+Stabilized+by+Stimuli-Sensitive+Microgels%3A+Emulsions+with+Special+Non-Pickering+Properties%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Responsive Emulsions Stabilized by Stimuli-Sensitive Microgels: Emulsions with Special Non-Pickering Properties.</a> Langmuir. 28 (50), 17218-17229 (2012).</li>
<li>Wiese, S., Spiess, A. C., Richtering, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microgel-Stabilized+Smart+Emulsions+for+Biocatalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Edit%22%5BJournal%5D)">Microgel-Stabilized Smart Emulsions for Biocatalysis.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 52 (2), 576-579 (2012).</li>
<li>Schmitt, V., Ravaine, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+compaction+versus+stretching+in+Pickering+emulsions+stabilised+by+microgels%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Opin.+Colloid+In%22%5BJournal%5D)">Surface compaction versus stretching in Pickering emulsions stabilised by microgels.</a> Curr. Opin. Colloid In. 18 (6), 532-541 (2013).</li>
<li>Wellert, S., Richter, M., Hellweg, T., von Klitzing,, R,, Hertle, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Responsive+Microgels+at+Surfaces+and+Interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Z.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Responsive Microgels at Surfaces and Interfaces.</a> Z. Phys. Chem. 229 (7-8), 1-26 (2015).</li>
<li>Li, Z., Harbottle, D., Pensini, E., Ngai, T., Richtering, W., Xu, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fundamental+Study+of+Emulsions+Stabilized+by+Soft+and+Rigid+Particles%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Fundamental Study of Emulsions Stabilized by Soft and Rigid Particles.</a> Langmuir. 31 (23), 6282-6288 (2015).</li>
<li>Deshmukh, O. S., van den Ende, D., Stuart, M. C., Mugele, F., Duits, M. H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hard+and+soft+colloids+at+fluid+interfaces%3A+Adsorption%2C+interactions%2C+assembly+%26+rheology%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Colloid+Interfac%22%5BJournal%5D)">Hard and soft colloids at fluid interfaces: Adsorption, interactions, assembly & rheology.</a> Adv. Colloid Interfac. 222, 215-227 (2015).</li>
<li>Serpe, M. J., Kim, J., Lyon, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloidal+Hydrogel+Microlenses%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Colloidal Hydrogel Microlenses.</a> Adv. Mater. 16 (2), 184-187 (2004).</li>
<li>Schmidt, S., Zeiser, M., Hellweg, T., Duschl, C., Fery, A., Möhwald, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adhesion+and+Mechanical+Properties+of+PNIPAM+Microgel+Films+and+Their+Potential+Use+as+Switchable+Cell+Culture+Substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Func.+Mater%22%5BJournal%5D)">Adhesion and Mechanical Properties of PNIPAM Microgel Films and Their Potential Use as Switchable Cell Culture Substrates.</a> Adv. Func. Mater. 20 (19), 3235-3243 (2010).</li>
<li>Xia, Y., He, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermoresponsive+Microgel+Films+for+Harvesting+Cells+and+Cell+Sheets%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Thermoresponsive Microgel Films for Harvesting Cells and Cell Sheets.</a> Biomacromolecules. 14 (10), 3615-3625 (2013).</li>
<li>Guan, Y., Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PNIPAM+microgels+for+biomedical+applications%3A+from+dispersed+particles+to+3D+assemblies%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">PNIPAM microgels for biomedical applications: from dispersed particles to 3D assemblies.</a> Soft Matter. 7 (14), 6375(2011).</li>
<li>Yunker, P. J., Chen, K., Gratale, M. D., Lohr, M. A., Still, T., Yodh, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physics+in+ordered+and+disordered+colloidal+matter+composed+of+poly%28N-isopropylacrylamide%29+microgel+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Rep.+Prog.+Phys%22%5BJournal%5D)">Physics in ordered and disordered colloidal matter composed of poly(N-isopropylacrylamide) microgel particles.</a> Rep. Prog. Phys. 77 (5), 056601-056629 (2014).</li>
<li>Lohr, M. A., Still, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vibrational+and+structural+signatures+of+the+crossover+between+dense+glassy+and+sparse+gel-like+attractive+colloidal+packings%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Vibrational and structural signatures of the crossover between dense glassy and sparse gel-like attractive colloidal packings.</a> Phys. Rev. E. 90 (6), 062305(2014).</li>
<li>Dreyfus, R., Xu, Y., Still, T., Hough, L. A., Yodh, A. G., Torquato, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diagnosing+hyperuniformity+in+two-dimensional%2C+disordered%2C+jammed+packings+of+soft+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Diagnosing hyperuniformity in two-dimensional, disordered, jammed packings of soft spheres.</a> Phys. Rev. E. 91 (1), 012302-012312 (2015).</li>
<li>Kojima, H., Tanaka, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reentrant+volume+phase+transition+of+cross-linked+poly%28N-isopropylacrylamide%29+gels+in+mixed+solvents+of+water%2Fmethanol%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Reentrant volume phase transition of cross-linked poly(N-isopropylacrylamide) gels in mixed solvents of water/methanol.</a> Soft Matter. 8 (10), 3010-3011 (2012).</li>
<li>Hofmann, C. H., Plamper, F. A., Scherzinger, C., Hietala, S., Richtering, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cononsolvency+Revisited%3A+Solvent+Entrapment+by+N-Isopropylacrylamide+and+N%2C+N-Diethylacrylamide+Microgels+in+Different+Water%2FMethanol+Mixtures%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Cononsolvency Revisited: Solvent Entrapment by N-Isopropylacrylamide and N, N-Diethylacrylamide Microgels in Different Water/Methanol Mixtures.</a> Macromolecules. 46 (2), 523-532 (2013).</li>
<li>Bischofberger, I., Calzolari, D. C. E., Trappe, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Co-nonsolvency+of+PNiPAM+at+the+transition+between+solvation+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Co-nonsolvency of PNiPAM at the transition between solvation mechanisms.</a> Soft Matter. 10 (41), 8288-8295 (2014).</li>
<li>Virtanen, O. L. J., Richtering, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetics+and+particle+size+control+in+non-stirred+precipitation+polymerization+of+N-isopropylacrylamide%5BTitle%5D)+AND+%22Colloid+Polym.+Sci%22%5BJournal%5D)">Kinetics and particle size control in non-stirred precipitation polymerization of N-isopropylacrylamide.</a> Colloid Polym. Sci. 292 (8), 1743-1756 (2014).</li>
<li>Virtanen, O. L. J., Ala-Mutka, H. M., Richtering, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Can+the+Reaction+Mechanism+of+Radical+Solution+Polymerization+Explain+the+Microgel+Final+Particle+Volume+in+Precipitation+Polymerization+of+N-Isopropylacrylamide%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Macromol.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Can the Reaction Mechanism of Radical Solution Polymerization Explain the Microgel Final Particle Volume in Precipitation Polymerization of N-Isopropylacrylamide?</a> Macromol. Chem. Phys. 216 (13), 1431-1440 (2015).</li>
<li>Glatter, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+method+for+the+evaluation+of+small-angle+scattering+data%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Crystallogr%22%5BJournal%5D)">A new method for the evaluation of small-angle scattering data.</a> J. Appl. Crystallogr. 10 (5), 415-421 (1977).</li>
<li>Svergun, D. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+the+regularization+parameter+in+indirect-transform+methods+using+perceptual+criteria%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Crystallogr%22%5BJournal%5D)">Determination of the regularization parameter in indirect-transform methods using perceptual criteria.</a> J. Appl. Crystallogr. 25 (4), 495-503 (1992).</li>
<li>Glatter, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convolution+Square+Root+of+Band-Limited+Symmetrical+Functions+and+Its+Application+to+Small-Angle+Scattering+Data%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Crystallogr%22%5BJournal%5D)">Convolution Square Root of Band-Limited Symmetrical Functions and Its Application to Small-Angle Scattering Data.</a> J. Appl. Crystallogr. 14, 101-108 (1981).</li>
<li>Glatter, O., Hainisch, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvements+in+Real-Space+Deconvolution+of+Small-Angle+Scattering+Data%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Crystallogr%22%5BJournal%5D)">Improvements in Real-Space Deconvolution of Small-Angle Scattering Data.</a> J. Appl. Crystallogr. 17, 435-441 (1984).</li>
<li>Cheezum, M. K., Walker, W. F., Guilford, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+Comparison+of+Algorithms+for+Tracking+Single+Fluorescent+Particles%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Quantitative Comparison of Algorithms for Tracking Single Fluorescent Particles.</a> Biophys. J. 81 (4), 2378-2388 (2001).</li>
<li>Wöll, D., Kölbl, C., Stempfle, B., Karrenbauer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+method+for+automatic+single+molecule+tracking+of+blinking+molecules+at+low+intensities%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">A novel method for automatic single molecule tracking of blinking molecules at low intensities.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 15 (17), 6196-6205 (2013).</li>
<li>Saxton, M. J., Jacobson, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-particle+tracking%3A+Applications+to+membrane+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Bioph.+Biom%22%5BJournal%5D)">Single-particle tracking: Applications to membrane dynamics.</a> Annu. Rev. Bioph. Biom. 26, 373-399 (1997).</li>
<li>Pusey, P. N., van Megen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+small+polydispersities+by+photon+correlation+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Detection of small polydispersities by photon correlation spectroscopy.</a> J. Chem. Phys. 80 (8), 3513(1984).</li>
<li>Stieger, M., Pedersen, J. S., Richtering, W., Lindner, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Small-angle+neutron+scattering+study+of+structural+changes+in+temperature+sensitive+microgel+colloids%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Small-angle neutron scattering study of structural changes in temperature sensitive microgel colloids.</a> J. Chem. Phys. 120 (13), 6197-6206 (2004).</li>
<li>Wu, X., Pelton, R. H., Hamielec, A. E., Woods, D. R., McPhee, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+kinetics+of+poly%28N-isopropylacrylamide%29+microgel+latex+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Colloid+Polym.+Sci%22%5BJournal%5D)">The kinetics of poly(N-isopropylacrylamide) microgel latex formation.</a> Colloid Polym. Sci. 272, 467-477 (1994).</li>
<li>Weeks, E. R., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subdiffusion+and+the+cage+effect+studied+near+the+colloidal+glass+transition%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Subdiffusion and the cage effect studied near the colloidal glass transition.</a> Chem. Phys. 284 (1-2), 361-367 (2002).</li>
<li>Ernst, D., Köhler, J., Weiss, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+the+type+of+anomalous+diffusion+with+single-particle+tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Probing the type of anomalous diffusion with single-particle tracking.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (17), 7686-7691 (2014).</li>
<li>Virtanen, O. L. J. FitIt! (Version 1.1.4). , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.github.com/ovirtanen/fitit">https://www.github.com/ovirtanen/fitit</a> (2015).</li>
<li>Provencher, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Constrained+Regularization+Method+For+Inverting+Data+Represented+By+A+Linear+Algebraic+or+Integral+Equations%5BTitle%5D)+AND+%22Comput.+Phys.+Commun%22%5BJournal%5D)">A Constrained Regularization Method For Inverting Data Represented By A Linear Algebraic or Integral Equations.</a> Comput. Phys. Commun. 27 (3), 213-227 (1982).</li>
<li>Holtzer, L., Meckel, T., Schmidt, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanometric+three-dimensional+tracking+of+individual+quantum+dots+in+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Nanometric three-dimensional tracking of individual quantum dots in cells.</a> Appl. Phys. Lett. 90 (5), 053902-053904 (2007).</li>
<li>Diezmann, A. V., Lee, M. Y., Lew, M. D., Moerner, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correcting+field-dependent+aberrations+with+nanoscale+accuracy+in+three-dimensional+single-molecule+localization+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Optica%22%5BJournal%5D)">Correcting field-dependent aberrations with nanoscale accuracy in three-dimensional single-molecule localization microscopy.</a> Optica. 2 (11), 985-989 (2015).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Neutrons%2C+X-rays+and+Light%3A+Scattering+Methods+Applied+to+Soft+Condensed+Matter%22">Neutrons, X-rays and Light: Scattering Methods Applied to Soft Condensed Matter</a>. Lindner, P., Zemb, T. , North Holland Delta Series. Amsterdam. (2002).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Dodanie niewielkich ilości funkcjonalnego komonomeru może mieć znaczący wpływ na rozmiar cząstek i strukturę mikrogeli pochodnych PNIPAM. Równoczesna polimeryzacja w małej skali w probówkach jest dobrą metodą uwzględnienia takich zmian i pomaga szybko dobrać odpowiedni skład substratów dla docelowego rozmiaru cząstek w celu ewentualnego przeskalowania reakcji. Masa cząstek zależy w przybliżeniu wykładniczo od temperatury polimeryzacji,...

Mikrożele z poli(N-izopropylacrylamidu) (PNIPAM) wrażliwe na bodźce 1,2 cieszyły się nieustannym zainteresowaniem w ciągu ostatnich dwóch dekad ze względu na ich potencjał w różnych inteligentnych zastosowaniach. Zademonstrowane przypadki użycia obejmują przełączane stabilizatory emulsji 3-8, mikrosoczewki 9, substraty do hodowli komórkowych do łatwego pobierania komórek 10,11 oraz inteligentne nośniki do związków o niskiej masie cząsteczkowej i innych zastosowań biomedycznych 12. Z punktu widzenia badań podstawowych udowodniono, że cząstki te są przydatne do badania takich tematów, jak oddziaływania koloidalne 13-15 i interakcje polimer-rozpuszczalnik 16-18.
Udane wykorzystanie mikrożeli PNIPAM i ich pochodnych w dowolnym zastosowaniu zazwyczaj wymaga wiedzy na temat średniej wielkości cząstek i szerokości rozkładu wielkości cząstek. W celu prawidłowej interpretacji wyników eksperymentalnych z udziałem mikrożeli PNIPAM musi być znana struktura cząstek, na którą mogą wpływać funkcjonalne komonomery. Dynamiczne i statyczne rozpraszanie światła (odpowiednio DLS i SLS) są wyjątkowo odpowiednie do pozyskiwania tych informacji, ponieważ metody te są szybkie i stosunkowo łatwe w użyciu; i nieinwazyjnie badają właściwości cząstek w ich naturalnym środowisku (dyspersja). DLS i SLS zbierają również dane z ogromnej liczby cząstek, unikając odchylenia wynikającego z małych rozmiarów próbek, typowego dla metod mikroskopowych. Dlatego pierwszym celem tej pracy jest wprowadzenie dobrych praktyk dotyczących rozpraszania światła dla praktyków początkujących w charakterystyce koloidalnej.
Zazwyczaj polimeryzacja wytrącająca jest przeprowadzana w skali laboratoryjnej, a znalezienie odpowiednich warunków reakcji dla określonych właściwości cząstek może być pracochłonne i wymagać wielu powtórzeń syntezy. W przeciwieństwie do syntezy dużych partii, polimeryzacja strąceniowa bez mieszania 19,20 jest szybką procedurą, w której partie o różnym składzie reagentów mogą być polimeryzowane jednocześnie, dając cząstki o wąskim rozkładzie wielkości. Jednoczesna polimeryzacja minimalizuje zmienność eksperymentalną, a duża wydajność oznacza, że można szybko znaleźć odpowiednie warunki do reakcji w celu zwiększenia skali reakcji. Stąd naszym drugim celem jest wykazanie przydatności polimeryzacji wytrącającej bez mieszania w prototypowaniu oraz w zastosowaniach, które nie wymagają dużej ilości produktu.
Różne aspekty syntezy i charakterystyki łączą się w przykładzie zastosowania znakowanych fluorescencyjnie mikrożeli PNIPAM w badaniach oddziaływań koloidalnych. W tym przypadku wykorzystujemy bardzo dokładne śledzenie pojedynczych cząstek, aby zbadać dyfuzję znakowanych mikrożeli znacznikowych w dyspersji nieznakowanych mikrożeli o matrycy w szerokim zakresie stężeń matrycy i rozwiązać efekt klatki w skoncentrowanej dyspersji koloidalnej. Mikroskopia fluorescencyjna o szerokim polu widzenia dobrze nadaje się do tego celu, ponieważ może scharakteryzować specyficzne zachowanie kilku cząsteczek znacznikowych wśród dużej liczby potencjalnie różnych gatunków matryc. Jest to przeciwieństwo technik takich jak DLS, SLS i reologia, które mierzą średnie właściwości układów i dlatego nie są w stanie określić zachowania małej liczby cząstek sondy w dużym układzie. Co więcej, w tym konkretnym przykładzie konwencjonalne metody rozpraszania światła nie mogą być stosowane również ze względu na wysokie stężenie cząstek, co prowadzi do silnego rozpraszania wielokrotnego, unieważniającego jakąkolwiek standardową analizę. Wykorzystanie zautomatyzowanego przetwarzania danych i metod statystycznych umożliwia analizę ogólnego zachowania systemu, również w przypadku śledzenia pojedynczych cząstek, po uśrednieniu na dużych próbach.

<table><tbody><tr><td>Aceton</td><td>VWR Chemicals</td><td>KRAF13455</td><td></td></tr><tr><td>Bisacrylamid</td><td>AppliChem</td><td>A3636</td><td></td></tr><tr><td>n-heksan</td><td>Merck</td><td>104374</td><td></td></tr><tr><td>N-izopropylokryloamid</td><td>Fisher Scientific</td><td>AC412785000</td><td>rekrystalizowany z n-heksanu</td></tr><tr><td>Metakryloksyetylotiokarbamoilo-rodamina B</td><td>Polysciences</td><td>23591</td><td></td></tr><tr><td>Peroksysiarczan potasu</td><td>Merck</td><td>105091</td><td></td></tr><tr><td>Olej silikonowy 47 V 350</td><td>VWR Chemicals</td><td>83851</td><td></td></tr><tr><td>Toluen</td><td>Sigma Aldrich</td><td>244511</td><td></td></tr><tr><td>F12 Cyrkulator chłodniczo-grzewczy</td><td>Julabo</td><td>9116612</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop</td><td>Olympus</td><td>IX83</td><td></td></tr><tr><td>XY(Z) System piezoelektryczny</td><td>Physik Instrumente</td><td>P-545.3R7</td><td></td></tr><tr><td>100X Obiektyw zanurzeniowy w oleju</td><td>Olympus</td><td>UPLSAPO</td><td></td></tr><tr><td>QuadLine Beamsplitter</td><td>AHF Analysentechnik</td><td>F68-556T</td><td></td></tr><tr><td>Cobolt Jive 150 laser</td><td>Cobolt</td><td>0561-04-01-0150-300</td><td></td></tr><tr><td>Wielomodowy światłowód</td><td>Thorlabs</td><td>UM22-600</td><td></td></tr><tr><td>iXON Ultra 897 Kamera EMCCD</td><td>Andor</td><td>DU-897U-CS0-BV</td><td></td></tr><tr><td>Goniometr laserowy</td><td>SLS Systemtechnik</td><td>Mark III</td><td></td></tr><tr><td>CF40 Cyrkulator kriokompaktowy</td><td>Julabo</td><td>9400340</td><td></td></tr><tr><td>System goniometru laserowego&nbsp;</td><td>ALV GmbH</td><td>ALV / CGS-8F</td><td></td></tr><tr><td>Koretor wielotauowy</td><td>ALV GmbH</td><td>ALV-7004</td><td></td></tr><tr><td>Elektronika rozpraszania światła</td><td>ALV GmbH</td><td>ALV / LSE 5004</td><td></td></tr><tr><td>Moduł zliczania fotonów</td><td>PerkinElmer</td><td>SPCM-CD2969</td><td>2 jednostki w trybie pseudo korelacji krzyżowej</td></tr><tr><td>633 nm HeNe Laser</td><td>JDS Uniphase</td><td>1145P</td><td></td></tr><tr><td>F32 Chłodzenie/ogrzewanie cyrkulator</td><td>Julabo</td><td>9312632</td><td></td></tr></tbody></table>

kontrolowana synteza i śledzenie fluorescencji wysoce jednorodnych mikrożeli poli(n-izopropyloakrylamidowych)

Controlled Synthesis and Fluorescence Tracking of Highly Uniform Poly(N-isopropylacrylamide) Microgels

Mikrożele z poli(N-izopropylolakrylamidu) (PNIPAM) wrażliwe na bodźce mają różne potencjalne zastosowania praktyczne i zastosowania w badaniach podstawowych. W tej pracy wykorzystujemy śledzenie pojedynczych cząstek znakowanych fluorescencyjnie mikrożeli PNIPAM jako pokaz dostrajania wielkości mikrożelu za pomocą szybkiej procedury polimeryzacji strąceniowej bez mieszania. Podejście to doskonale nadaje się do prototypowania nowych kompozycji i warunków reakcji lub do zastosowań, które nie wymagają dużych ilości produktu. Synteza mikrożelu, określanie wielkości cząstek i struktury za pomocą dynamicznego i statycznego rozpraszania światła jest szczegółowo opisane w protokole. Wykazano, że dodanie funkcjonalnych komonomerów może mieć duży wpływ na zarodkowanie i strukturę cząstek. Śledzenie pojedynczych cząstek za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej o szerokim polu widzenia pozwala na badanie dyfuzji znakowanych mikrożeli znacznikowych w skoncentrowanej matrycy nieznakowanych mikrożeli, co nie jest łatwe do zbadania innymi metodami, takimi jak dynamiczne rozpraszanie światła.

Liczba cząsteczek mikrożelu PNIPAM w partii, a tym samym końcowa objętość cząsteczek, jest określana we wczesnej fazie reakcji podczas etapu nukleacji 20. Hydrofobowy kopolimer barwnikowy, methacryloxyethyl thiocarbamoyl rhodamine B, wpływa na nukleację poprzez zmniejszenie gęstości liczbowej cząsteczek w partii. Spadek stężenia cząsteczek dla dwóch różnych początkowych stężeń NIPAM objawia się jako wzrost średniej k...

Polimeryzacja wytrącająca bez mieszania zapewnia szybkie, powtarzalne podejście do prototypowania syntezy wrażliwych na bodźce mikrożeli poli(N-izopropyloakrylamidowych) o wąskim rozkładzie rozmiarów. W tej syntezie protokołu demonstruje się charakterystykę rozpraszania światła i śledzenie fluorescencji pojedynczych cząstek tych mikrożeli w mikroskopii szerokokątnej.

Kontrolowana synteza i śledzenie fluorescencji wysoce jednorodnych mikrożeli poli(N-izopropyloakrylamidowych)

Stimuli-sensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels have various prospective practical applications and uses in fundamental research. In this ...

Ogólnym celem niniejszej pracy jest zbadanie dynamicznego zachowania i oddziaływań miękkich cząstek koloidalnych w dyspersjach o różnych gęstościach upakowania cząstek w pobliżu przejścia szklistego. Mikropełniącą rolę miękkich obiektów, mikrożele mogą dostosowywać swój rozmiar, kształt i ruchliwość do otaczającego środowiska. W przeciwieństwie do sztywnych cząstek koloidalnych, w kwestii zachowania miękkich mikrożeli istnieje wiele otwartych pytań.Główną zaletą szerokopolowej mikroskopii fluorescencyjnej jest możliwość precyzyjnej lokalizacji pojedynczych mikrożeli, bezpośredniego śledzenia ich ruchu w C2 oraz analizy stopnia dyfuzji. Aby zbadać dynamikę pojedynczych mikrożeli w układach gęstych, należy znakować fluorescencyjnie jedynie niewielką liczbę mikrożeli. Polimeryzacja przez wytrącanie bez mieszania umożliwia równoległą syntezę mikrożeli w zmiennych warunkach reakcji, co pozwala na wygodne dopasowanie rozmiaru mikrożeli znakowanych i nieznakowanych.Dynamiczne rozpraszanie światła pozwala na wyznaczenie średnich promieni hydrodynamicznych mikrogeli z dokładnością do kilku nanometrów. Rozpuścić 1,8 g NIPAM i 24 mg BIS w 245 ml przefiltrowanej wody dwukrotnie destylowanej w kolbie okrągłodennej o pojemności 500 ml z trzema wlotami, wyposażonej w chłodnicę zwrotną, mieszadło i gumowy septem. Przez septem wprowadzić termometr oraz igłę o długości 120 mm do doprowadzania azotu.Podgrzać roztwór do 60 °C przy jednoczesnym mieszaniu. Następnie odtlenić roztwór poprzez przepłukiwanie azotem przez 40 minut. Równocześnie przygotować roztwór inicjatora zawierający 155 mg persiarczanu potasu (KPS) w 5 ml filtrowanej wody dwukrotnie destylowanej, a następnie napowietrzyć roztwór azotem w celu usunięcia tlenu.Następnie przepłucz strzykawkę azotem i przenieś cały 5 mL roztwór KPS do przepłukanej azotem strzykawki wyposażonej w igłę o długości 120 mm. Unieś igłę z azotem powyżej poziomu roztworu w kolbie trójszyjnej i szybko dodaj roztwór KPS przez gumowy septą do reaktora. Pozostaw polimeryzację na jedną godzinę w przepływie azotu i przy wolnym mieszaniu w temperaturze 60 °C.Użyj lejka Büchnera i papieru filtracyjnego, aby przefiltrować gorący roztwór poreakcyjny, i usuń wszelkie duże agregaty. Po ochłodzeniu dyspersji, odwiruj ją w wirówce i redysperguj trzykrotnie przez 40 minut przy 257 000 ×g. Na koniec redysperguj osad w minimalnej niezbędnej ilości wody podwójnie destylowanej przed liofilizacją dyspersji w celu jej przechowywania. Odważ 257,7 mg NIPAM, 3,5 mg BIS oraz 1,5 mg barwnika metakryloksyetylo tiokarbamoil rhodamina B w naczyniu szklanym i dodaj 10 ml przefiltrowanej wody podwójnie destylowanej.Przygotuj ten sam roztwór bez barwnika w oddzielnym naczyniu szklanym. Poddaj roztwór barwnika działaniu ultradźwięków przez 15 minut, aby rozpuścić barwnik w wodzie. Przygotuj różne rozcieńczenia roztworu monomeru z barwnikiem w celu uzyskania serii stężeń.W tym przypadku stosuje się barwnik w zakresie stężeń od 0,02 do 0,1 millimola na litr. Następnie rozpuść 8,4 miligrama KPS w 10 mililitrach filtrowanej wody dwukrotnie destylowanej, aby przygotować roztwór inicjatora. Przenieś 0,5 mililitra z serii stężeń oraz 0,5 mililitra roztworu KPS do probówek o średnicy 10 milimetrów, aby otrzymać końcowe roztwory reakcyjne.Uszczelnij probówki gumowymi septami. Podgrzej łaźnię olejową w dwuściennej szklanej naczyniu podłączonym do cyrkulatora grzewczego do 63 °C. Odtlenij roztwory reakcyjne poprzez przepłukiwanie azotem przez igły o długości 120 mm przez 20 minut.Następnie umieść probówki na pływającej platformie i zanurz platformę w wstępnie podgrzanej kąpieli olejowej. Ustaw temperaturę na 60 °C. W celu precyzyjnego dostrojenia wielkości cząstek, kontrola temperatury podczas początkowej reakcji musi być rygorystyczna, zazwyczaj z dokładnością do ±0,1 °C.Pozostawić reakcję na odpowiedni czas. Zazwyczaj wystarczy jedna godzina. Po zakończeniu reakcji szybko przenieść probówki do inkubatora w temperaturze 60 °C.Umieść jedną kroplę gorącej dyspersji w 10 mililitrach filtrowanej wody dwukrotnie destylowanej, uprzednio podgrzanej powyżej temperatury przejścia fazowego objętościowego poly-NIPAM, aby zmierzyć promienie hydrodynamiczne cząstek w stanie skurczonym. Pozostaw resztę dyspersji do ostygnięcia do temperatury pokojowej, a następnie przenieś je do probówek wirówkowych. Po odwirowaniu roztworu rozcieńcz mikrogel w dwóch mililitrach filtrowanej wody dwukrotnie destylowanej, aby wykorzystać je jako cząstki znacznika.Aby określić promień hydrodynamiczny w stanie zapadniętym metodą dynamicznego rozpraszania światła, najpierw przemyj kuwety i szkło laboratoryjne oparami acetonu. Przenieś około jednego mililitra rozcieńczonej dyspersji cząstek do kuwety pomiarowej. Doprowadź kąpiel dopasowującą współczynnik załamania światła w goniometrze do dynamicznego rozpraszania światła do temperatury 50 °C, a następnie przenieś próbkę do urządzenia, nie dopuszczając do jej ochłodzenia.Włóż kuwetę z próbką i przesuń ramię detektora na mały kąt rozproszenia. Po sprawdzeniu profilu wiązki i zakresu zliczeń zgodnie z opisem w protokole tekstowym, przesuń ramię goniometru na najwyższy kąt rozproszenia. Upewnij się, że szybkość zliczeń jest nadal wystarczająco wysoka do przeprowadzenia pomiaru.Jeśli natężenie jest zbyt niskie, przesuń ramię na mniejszy kąt rozpraszania. Następnie wizualnie sprawdź wiązkę przez szkło kąpieli z toluenem przy najniższym kącie rozpraszania. Jeśli wokół wiązki padającej zauważalna jest poświata, oznacza to występowanie rozpraszania wielokrotnego.Należy zarejestrować 20 korelogramów w zakresie od minimalnego do maksymalnego kąta rozproszenia, przy minimalnym czasie akwizycji wynoszącym 60 s. W razie potrzeby należy wydłużyć czas akwizycji dla dużych kątów rozproszenia o słabej intensywności. Do wzbudzenia znaczników i jednoczesnego zbierania fluorescencji z próbki należy użyć odpowiedniego obiektywu o pożądanym powiększeniu i aperturze.W niniejszej pracy wykorzystano obiektyw imersyjny olejowy o powiększeniu 100X i aperturze numerycznej 1,3. Komorę wilgotności należy umieścić na stole pi-SO XYZ pasującym do mikroskopu. Aby zapobiec wysychaniu próbki, należy umieścić oczyszczone plazmowo szkiełko nakrywkowe w komorze wilgotności, a następnie nanieść pipetą 10 µL dyspersji poly-NIPAM o pożądanym stężeniu.W zależności od widm wzbudzenia i emisji barwnika fluorescencyjnego należy zastosować odpowiedni laser do wzbudzenia i odpowiednio dostosować moc lasera. W niniejszym protokole wykorzystano laser półprzewodnikowy w stanie stałym o długości fali 561 nanometrów przy stałej mocy 16 milliwattów. Aby uzyskać jednorodne oświetlenie próbki, należy wprowadzić wiązkę lasera do światłowodu wielomodowego, wstrząsnąć światłowodem za pomocą wibratora typu vortex, aby tymczasowo uśrednić plamki laserowe, a następnie skierować koniec światłowodu na płaszczyznę próbki.Zkalibruj odległość Z na podstawie odbicia tylnego od szkiełka zakryjącego, a następnie ustaw ostrość kilka mikrometrów wewnątrz próbki, przesuwając obiektyw lekko w górę i ustalając pozycję Z za pomocą kompensatora Z. Pozwala to uniknąć efektów interfejsowych związanych ze szkiełkiem zakrywającym. Dostosuj parametry detektora, takie jak czas ekspozycji, do natężenia sygnału fluorescencyjnego.W tym przypadku zastosowano kamerę EMCCD z czasem ekspozycji 0,1 sekundy w trybie mnożenia elektronów oraz wzmocnieniem wynoszącym 50. Należy zarejestrować kilka filmów z odpowiednią liczbą klatek, aby uzyskać wystarczający czas opóźnienia do obliczenia średniego kwadratu przemieszczenia mikrożeli w różnych obszarach próbki. Zsyntetyzowano osiem partii znakowanych mikrożeli.W przypadku sześciu partii tempo zaniku korelogramu rośnie liniowo względem kwadratu wielkości wektora rozpraszania, co wskazuje na wąski rozkład wielkości. Dopasowanie przechodzące przez początek układu współrzędnych wskazuje wyłącznie na dyfuzję translacyjną. W przypadku dwóch partii zaobserwowano zachowanie nieliniowe.Odchylenie jest spowodowane szerokim rozkładem wielkości oraz minimum czynnika kształtu cząstek, które pokrywa się z zakresem wektora rozproszenia. Aby uzyskać dokładniejszą wartość średniego współczynnika dyfuzji cząstek, należy wykluczyć te punkty z dopasowania. Wysoki stosunek sygnału do szumu umożliwia śledzenie fluorescencyjnych mikrogeli.Ich dyfuzja jest ograniczona przez nieznakowaną macierz mikrożelu. Wyższe stężenia nieznakowanej macierzy mikrożelu po prawej stronie prowadzą do wyraźnego efektu klatki, w którym fluorescencyjne mikrożele zostają uwięzione w nieznakowanej macierzy mikrożeli. Przy niskich stężeniach nieznakowanej macierzy mikrożelu mikrożele znacznikowe wykazują normalną dyfuzję, co wynika z liniowego wzrostu średniego kwadratu przemieszczenia wraz z czasem opóźnienia.Jednak przy wysokich stężeniach, bliskich koloidalnemu przejściu szklistemu, wykazują one dyfuzję nieliniową, obrazowaną przez nieliniową ewolucję czasową średnich kwadratów przemieszczeń. Przy wyższym stężeniu nieznakowanej matrycy mikrogelu, mikrogela znacznika są więzione przez nieznakowanych sąsiadów w przejściowych klatkach, co zilustrowano zgrupowanymi torami dla 12 mikrogeli. Równoległa synteza w małej skali umożliwia szybkie przeprowadzanie eksperymentów z różnymi parametrami reakcji.Minimalizuje to również wszelkie niepożądane zmienne eksperymentalne wynikające z różnic w temperaturze reakcji. W połączeniu z dokładną charakterystyką metodą dynamicznego rozpraszania światła pozwala to na szybkie ustalenie warunków reakcji dla uzyskania odpowiedniej wielkości mikrożeli. W tym filmie demonstrujemy, jak kontrolowana synteza mikrożeli pozwala nam badać dyfuzję pojedynczych mikrożeli w stężonych roztworach mikrożeli za pomocą szerokopolowej mikroskopii fluorescencyjnej.Po wykonaniu tej procedury możliwe będzie zrozumienie, w jaki sposób struktura mikrogeli kontroluje ich właściwości. Otworzy to drogę do projektowania nowych miękkich materii interaktywnych.

controlled-synthesis-fluorescence-tracking-highly-uniform-poly-n

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Ta praca opisuje tworzenie mikrożeli z poli(glikolu etylenowego) (PEG) poprzez fotopolimeryzowaną reakcję wytrącania. Zwiększenie masy cząsteczkowej PEG zwiększyło średnicę mikrożelu i współczynnik pęcznienia. Badane są proste adaptacje do reakcji wytrącania mikrożelu PEG pod kątem przyszłych zastosowań mikrożeli jako nośników leków i rusztowań inżynierii tkankowej.

Charakterystyka mikrożeli glikolu polietylenowego tworzonych przez wytrącanie jest kontrolowana przez masę cząsteczkową reagentów

Nasze laboratorium opracowało usieciowane DNA hydrożele poliakrylamidowe, dynamiczny system hydrożelowy, aby lepiej zrozumieć wpływ modulacji sztywności tkanek na funkcjonowanie komórek. Tutaj podajemy schematy, opisy i protokoły przygotowania tych hydrożeli.

Otrzymywanie usieciowanych DNA hydrożeli poliakrylamidowych

Przedstawiamy protokół syntezy mikrohydrożeli Janusa składających się całkowicie z tego samego materiału bazowego, poli(N-izopropylacrylamidu) (PNIPAAm), z wyraźnie podzieloną strukturą opartą na separacji faz przesyconego roztworu monomeru NIPAAm. Zsyntetyzowane mikrohydrożele Janus wykazują unikalne właściwości, takie jak anizotropowa termoczułość i zdolność ładowania organofilowego/hydrofilowego.

Synteza mikrohydrożeli Janusa z poli(N-izopropyloakrylamidu) Janusa dla anizotropowej reakcji termicznej i zdolności ładowania organofilowego/hydrofilowego

Wykazano wydajną, trzyetapową syntezę fluorescencyjnych glikopolimerów na bazie RAFT, składającą się z przygotowania glikomonomeru, kopolimeryzacji i późniejszej modyfikacji. Protokół ten może być wykorzystany do przygotowania statystycznych glikopolimerów na bazie tratwy o pożądanych strukturach.

Łatwe i wydajne otrzymywanie trójskładnikowych glikopolimerów fluorescencyjnych za pomocą polimeryzacji kontrolowanej przez RAFT

Przedstawiono protokół syntezy i charakterystyki ruchu dyfuzyjnego cyklicznych polimerów na poziomie pojedynczej cząsteczki.

Synteza polimerów cyklicznych i charakterystyka ich ruchu dyfuzyjnego w stanie stopionym na poziomie pojedynczej cząsteczki

Ten manuskrypt opisuje przygotowanie magnetycznych i wrażliwych termicznie mikrożeli za pomocą emulsji wywołanej temperaturą bez reakcji chemicznej. Te wrażliwe mikrożele zsyntetyzowano przez zmieszanie nanocząstek poli(N-izopropyloakrylamidu) (PNIPAAm), polietyleniminy (PEI) i Fe3O 4-NH 2 w celu potencjalnego zastosowania w magnetycznym i termicznym uwalnianiu leków.

Magnetyczne i wrażliwe termicznie mikrożele na bazie poli(N-izopropyloakrylamidu) do kontrolowanego uwalniania wyzwalanego magnetycznie

Zbiorowa migracja komórek w procesie rozwoju, gojenia ran i przerzutów nowotworowych jest często kierowana przez gradienty czynników wzrostu lub cząsteczek sygnałowych. Opisano tutaj eksperymentalny system łączący mikroskopię trakcyjną z układem mikroprzepływowym oraz demonstrację sposobu ilościowego określania mechaniki migracji zbiorowej w warunkach gradientu biochemicznego.

Mikroskopia trakcyjna zintegrowana z mikrofluidyką do chemotaktycznej migracji zbiorowej

Nanożele są doskonałą i wszechstronną platformą nanocząsteczek do dostarczania leków biologicznych. Reagujące na bodźce polimerowe nanożele na bazie glikolu poli(etylenowego), zdolne do kapsułkowania ładunków opartych na białkach, zsyntetyzowano przy użyciu jednoetapowej strategii sieciowania ko-nanopolimeryzacji w warunkach wodnych. Przedstawiono tutaj optymalne wytwarzanie i charakterystykę tych nowych nanocząstek.

Synteza nanożeli reagujących na bodźce przy użyciu wodnego jednoetapowego sieciowania i konanopolimeryzacji

Mikrożelowe pręty z komplementarnymi grupami reaktywnymi są produkowane za pomocą mikrofluidyki z możliwością łączenia się w roztworze wodnym. Anizometryczne mikrożele zacinają się i łączą w stabilne konstrukcje z większymi porami w porównaniu z systemami sferycznymi. Mikrożele modyfikowane za pomocą GRGDS-PC tworzą makroporowate konstrukcje 3D, które można wykorzystać do hodowli komórkowych.

Połączone makroporowate rusztowania 3D z prętów mikrożelowych

Ten protokół opisuje zestaw metod syntezy mikrożelowych bloków budulcowych dla mikroporowatych rusztowań z wyżarzonymi cząstkami, które mogą być używane do różnych zastosowań medycyny regeneracyjnej.

Synteza mikroprzepływowa mikrożelowych bloków budulcowych do rusztowania cząstek wyżarzonych mikroporowato

Tutaj prezentujemy dwa protokoły do osadzania bezkomórkowych reakcji syntezy białek w makroskalowych matrycach hydrożelowych bez potrzeby stosowania zewnętrznej fazy płynnej.

Metody osadzania bezkomórkowych reakcji syntezy białek w hydrożelach w makroskali

Poznaj metodę kontrolowanej syntezy mikrożeli poli(N-izopropyloakrylamidowych) i śledzenia ich dynamiki dyfuzji w układach gęstych za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej szerokopolowej.

Kontrolowana synteza i śledzenie fluorescencji wysoce jednorodnych mikrożeli poli(N-izopropyloakrylamidowych)

Przeglądaj więcej filmów