Name: Synteza polimerów cyklicznych i charakterystyka ich ruchu dyfuzyjnego w stanie stopionym na poziomie pojedynczej cząsteczki (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 55 s
Description: Poznaj metodę charakteryzacji ruchu dyfuzyjnego polimerów cyklicznych na poziomie pojedynczej cząsteczki. Technika ta pozwala ilościowo opisać niejednorodną dyfuzję w warunkach splątania.

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

Ta praca była wspierana przez Grant-in-Aid for Scientific Research No. 22750122 (S.H.), No. 26288099 (T.Y.) i No. 23350050 (Y.T.) Japońskiego Towarzystwa Promocji Nauki. S.H. jest wdzięczny za The Kurata Memorial Hitachi Science and Technology Foundation. Badania przedstawione w tej publikacji były wspierane przez Uniwersytet Nauki i Technologii Króla Abdullaha (S.H.).

<ol><li>Honda, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Topology-Directed+Control+on+Thermal+Stability%3A+Micelles+Formed+from+Linear+and+Cyclized+Amphiphilic+Block+Copolymers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Topology-Directed Control on Thermal Stability: Micelles Formed from Linear and Cyclized Amphiphilic Block Copolymers.</a> J. Am. Chem. Soc. 132 (30), 10251-10253 (2010).</li>
<li>Honda, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuneable+enhancement+of+the+salt+and+thermal+stability+of+polymeric+micelles+by+cyclized+amphiphiles%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Tuneable enhancement of the salt and thermal stability of polymeric micelles by cyclized amphiphiles.</a> Nat. Commun. 4, (2013).</li>
<li>Jun, S., Mulder, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Entropy-driven+spatial+organization+of+highly+confined+polymers%3A+Lessons+for+the+bacterial+chromosome%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.+S.+A%22%5BJournal%5D)">Entropy-driven spatial organization of highly confined polymers: Lessons for the bacterial chromosome.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 103 (33), 12388-12393 (2006).</li>
<li>McLeish, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymers+without+beginning+or+end%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Polymers without beginning or end.</a> Science. 297 (5589), 2005-2006 (2002).</li>
<li>McLeish, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer+dynamics%3A+Floored+by+the+rings%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Polymer dynamics: Floored by the rings.</a> Nat. Mater. 7 (12), 933-935 (2008).</li>
<li>Roovers, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRoovers%2C+J+%22Topological+Polymer+Chemistry%3A+Progress+of+Cyclic+Polymers+in+Syntheses%2C+Properties+and+Functions%22">Topological Polymer Chemistry: Progress of Cyclic Polymers in Syntheses, Properties and Functions</a>. Tezuka, Y. , World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. 137-156 (2013).</li>
<li>Klein, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+for+reptation+in+an+entangled+polymer+melt%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Evidence for reptation in an entangled polymer melt.</a> Nature. 271 (5641), 143-145 (1978).</li>
<li>Leger, L., Hervet, H., Rondelez, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reptation+in+entangled+polymer-solutions+by+forced+rayleigh+light-scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Reptation in entangled polymer-solutions by forced rayleigh light-scattering.</a> Macromolecules. 14 (6), 1732-1738 (1981).</li>
<li>von Meerwall, E. D., Amis, E. J., Ferry, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-diffusion+in+solutions+of+polystyrene+in+tetrahydrofuran+-+comparison+of+concentration+dependences+of+the+diffusion-coefficients+of+polymers%2C+and+a+ternary+probe+component%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Self-diffusion in solutions of polystyrene in tetrahydrofuran - comparison of concentration dependences of the diffusion-coefficients of polymers, and a ternary probe component.</a> Macromolecules. 18 (2), 260-266 (1985).</li>
<li>Kapnistos, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unexpected+power-law+stress+relaxation+of+entangled+ring+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Unexpected power-law stress relaxation of entangled ring polymers.</a> Nat. Mater. 7 (12), 997-1002 (2008).</li>
<li>Adachi, K., Takasugi, H., Tezuka, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Telechelics+having+unstrained+cyclic+ammonium+salt+groups+for+electrostatic+polymer+self-assembly+and+ring-emitting+covalent+fixation%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Telechelics having unstrained cyclic ammonium salt groups for electrostatic polymer self-assembly and ring-emitting covalent fixation.</a> Macromolecules. 39 (17), 5585-5588 (2006).</li>
<li>Oike, H., Imaizumi, H., Mouri, T., Yoshioka, Y., Uchibori, A., Tezuka, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designing+unusual+polymer+topologies+by+electrostatic+self-assembly+and+covalent+fixation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Designing unusual polymer topologies by electrostatic self-assembly and covalent fixation.</a> J. Am. Chem. Soc. 122 (40), 9592-9599 (2000).</li>
<li>Yamamoto, T., Tezuka, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Topological+polymer+chemistry%3A+a+cyclic+approach+toward+novel+polymer+properties+and+functions%5BTitle%5D)+AND+%22Polym.+Chem%22%5BJournal%5D)">Topological polymer chemistry: a cyclic approach toward novel polymer properties and functions.</a> Polym. Chem. 2 (9), 1930-1941 (2011).</li>
<li>Habuchi, S., Fujiwara, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-molecule+imaging+reveals+topological+isomer-dependent+diffusion+by+4-armed+star+and+dicyclic+8-shaped+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Polym.+Chem%22%5BJournal%5D)">Single-molecule imaging reveals topological isomer-dependent diffusion by 4-armed star and dicyclic 8-shaped polymers.</a> Polym. Chem. 6 (22), 4109-4115 (2015).</li>
<li>Habuchi, S., Fujiwara, S., Yamamoto, T., Vacha, M., Tezuka, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-Molecule+Study+on+Polymer+Diffusion+in+a+Melt+State%3A+Effect+of+Chain+Topology%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Single-Molecule Study on Polymer Diffusion in a Melt State: Effect of Chain Topology.</a> Anal. Chem. 85 (15), 7369-7376 (2013).</li>
<li>Habuchi, S., Satoh, N., Yamamoto, T., Tezuka, Y., Vacha, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimode+Diffusion+of+Ring+Polymer+Molecules+Revealed+by+a+Single-Molecule+Study%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Multimode Diffusion of Ring Polymer Molecules Revealed by a Single-Molecule Study.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 49 (8), 1418-1421 (2010).</li>
<li>Habuchi, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHabuchi%2C+S+%22Topological+Polymer+Chemistry%3A+Progress+of+Cyclic+Polymers+in+Syntheses%2C+Properties+and+Functions%22">Topological Polymer Chemistry: Progress of Cyclic Polymers in Syntheses, Properties and Functions</a>. Tezuka, Y. , World Scientific. 265-290 (2013).</li>
<li>Fernandez, P., Bayona, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+off-line+gel-remeation+chromatography+normal-phase+liquid-chromatography+fro+the+determination+of+polycyclic+aromatic-compounds+in+environmental-samples+and+standard+reference+materials+%28air+particulate+matter+and+marine+sediment%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chromatogr%22%5BJournal%5D)">Use of off-line gel-remeation chromatography normal-phase liquid-chromatography fro the determination of polycyclic aromatic-compounds in environmental-samples and standard reference materials (air particulate matter and marine sediment).</a> J. Chromatogr. 625 (2), 141-149 (1992).</li>
<li>Biesenberger, J. A., Tan, M., Duvdevan, I., Maurer, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recycle+gel+permeation+chromatography.+1.+recycle+principle+and+design%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Polym.+Sci.+Pol.+Lett%22%5BJournal%5D)">Recycle gel permeation chromatography. 1. recycle principle and design.</a> J. Polym. Sci. Pol. Lett. 9 (5), 353(1971).</li>
<li>Kusumi, A., Sako, Y., Yamamoto, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Confined+lateral+diffusion+of+membrane-receptors+as+studied+by+single-particle+tracking+%28nanovid+microscopy%29+-+effects+of+calcium-induced+differentiation+in+cultured+epithelial-cells%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Confined lateral diffusion of membrane-receptors as studied by single-particle tracking (nanovid microscopy) - effects of calcium-induced differentiation in cultured epithelial-cells.</a> Biophys. J. 65 (5), 2021-2040 (1993).</li>
<li>Schutz, G. J., Schindler, H., Schmidt, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-molecule+microscopy+on+model+membranes+reveals+anomalous+diffusion%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Single-molecule microscopy on model membranes reveals anomalous diffusion.</a> Biophys. J. 73 (2), 1073-1080 (1997).</li>
<li>Vrljic, M., Nishimura, S. Y., Brasselet, S., Moerner, W. E., McConnell, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Translational+diffusion+of+individual+class+II+MHC+membrane+proteins+in+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Translational diffusion of individual class II MHC membrane proteins in cells.</a> Biophys. J. 83 (5), 2681-2692 (2002).</li>
<li>Margineanu, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photophysics+of+a+water-soluble+rylene+dye%3A+Comparison+with+other+fluorescent+molecules+for+biological+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Photophysics of a water-soluble rylene dye: Comparison with other fluorescent molecules for biological applications.</a> J. Phys. Chem. B. 108 (32), 12242-12251 (2004).</li>
<li>Tezuka, Y., Oike, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembly+and+covalent+fixation+for+topological+polymer+chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Macromol.+Rapid+Commun%22%5BJournal%5D)">Self-assembly and covalent fixation for topological polymer chemistry.</a> Macromol. Rapid Commun. 22 (13), 1017-1029 (2001).</li>
<li>Deres, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Origin+of+Heterogeneity+of+Polymer+Dynamics+near+the+Glass+Temperature+As+Probed+by+Defocused+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">The Origin of Heterogeneity of Polymer Dynamics near the Glass Temperature As Probed by Defocused Imaging.</a> Macromolecules. 44 (24), 9703-9709 (2011).</li>
<li>Flier, B. M. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterogeneous+Diffusion+in+Thin+Polymer+Films+As+Observed+by+High-Temperature+Single-Molecule+Fluorescence+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Heterogeneous Diffusion in Thin Polymer Films As Observed by High-Temperature Single-Molecule Fluorescence Microscopy.</a> J. Am. Chem. Soc. 134 (1), 480-488 (2012).</li>
<li>Habuchi, S., Oba, T., Vacha, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-beam+single-molecule+defocused+fluorescence+imaging+reveals+local+anisotropic+nature+of+polymer+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Multi-beam single-molecule defocused fluorescence imaging reveals local anisotropic nature of polymer thin films.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (15), 6970-6976 (2011).</li>
<li>Zettl, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Diffusion+and+Cooperative+Diffusion+in+Semidilute+Polymer+Solutions+As+Measured+by+Fluorescence+Correlation+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Self-Diffusion and Cooperative Diffusion in Semidilute Polymer Solutions As Measured by Fluorescence Correlation Spectroscopy.</a> Macromolecules. 42 (24), 9537-9547 (2009).</li>
<li>Kirstein, J., Platschek, B., Jung, C., Brown, R., Bein, T., Brauchle, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploration+of+nanostructured+channel+systems+with+single-molecule+probes%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Exploration of nanostructured channel systems with single-molecule probes.</a> Nat. Mater. 6 (4), 303-310 (2007).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Polimery o kształcie 4 ramion i 8 zostały przygotowane za pomocą protokołu ESA-CF (rysunek 1), który jest kluczowym etapem syntezy. 12,24 Monofunkcyjne i dwufunkcyjne liniowe poli(THF) z grupami końcowymi N-fenylopiperydyny zsyntetyzowano zgodnie z poprzednią procedurą. 11 Wymianę jonową przeprowadzono poprzez ponowne wytrącenie roztworu acetonu prekursora polimeru z przeciwanionami triflatowymi do roztworu wodnego zawierającego nadmiar karboksylanu.
<p class="jove_cont...

Polimery cykliczne są wyjątkowe, ponieważ nie mają końców łańcucha. Często wykazują one nietypowe zachowania, które różnią się od ich liniowych odpowiedników, w tym zwiększoną stabilność termiczną miceli polimerowych poprzez konwersję liniową do cyklicznej,1,2 oraz przestrzenną organizację DNA w komórkach bakteryjnych poprzez tworzenie pętli. 3 Uważa się, że interakcje topologiczne między łańcuchami cyklicznymi są krytycznym czynnikiem dla takich nietypowych zachowań. 4,5 W związku z tym scharakteryzowanie ruchu i relaksacji cyklicznych polimerów w warunkach splątanych jest od dziesięcioleci ważnym tematem badawczym w nauce o polimerach. 6
Cykliczna dynamika polimerów została zbadana przy użyciu zarówno syntetycznych, jak i naturalnie występujących cząsteczek za pomocą uśrednionych metod eksperymentalnych, takich jak magnetyczny rezonans jądrowy (NMR), rozpraszanie światła i pomiary lepkości. 7-9 Jednak badania te często cierpią z powodu cząsteczek zanieczyszczeń w próbkach. 10 Co więcej, czasoprzestrzenne niejednorodności ruchu poszczególnych cząsteczek spowodowane wrodzoną niejednorodnością strukturalną splątanych polimerów są często ukryte za uśrednianiem zespołowym w tych badaniach. W celu scharakteryzowania dynamiki polimerów cyklicznych na poziomie molekularnym należy opracować metodę syntezy, która zapewnia polimery cykliczne o wysokiej czystości oraz metody eksperymentalne i analityczne, które pozwalają na ilościową charakterystykę ruchu molekularnego na poziomie pojedynczej cząsteczki. W tym miejscu pokażemy metodę syntezy cyklicznych i dwupierścieniowych poli(THF) o wysokiej czystości, które zawierają jednostkę fluoroforową przy użyciu procesu samoorganizacji elektrostatycznej i utrwalania kowalencyjnego (ESA-CF)11-13 oraz metodę analizy ruchu poszczególnych łańcuchów polimerowych zawierających fluorofor przy użyciu kombinacji analiz przemieszczenia średniokwadratowego (MSD) i funkcji rozkładu skumulowanego (CDF).
Wykazano, że prawidłowe przetwarzanie danych jest niezbędne do dokładnej charakterystyki ruchu dyfuzyjnego. Dzięki odpowiednim analizom MSD i CDF ujawniono wielomodową dyfuzję polimerów cyklicznych i dwupierścieniowych w stopionym i półrozcieńczonym roztworze liniowych łańcuchów polimerowych,14-16 co sugeruje znaczący wpływ stanów topologicznych polimerów na ruch dyfuzyjny łańcuchów w warunkach splątanych. 17 Podczas gdy eksperymentalne i analityczne podejścia do charakteryzowania ruchu cyklicznych polimerów są opisane w niniejszym protokole, ta sama metoda może być użyta do ilościowego scharakteryzowania ruchu dyfuzyjnego w wielu innych układach heterogenicznych. Podejście to byłoby szczególnie przydatne, gdy ma być analizowanych wiele składników dyfuzyjnych występujących w próbkach.

<table><tbody><tr><td>Materiały</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>THF</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wakosil C-300</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Toluen</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>n-Hexane</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>CHCl3</td><td>Kanto Chemical</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bio-Beads S-X1</td><td>Bio-Rad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Triflate metylu</td><td>Nacalai Tesque</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Triflic anhydride</td><td>Nacalai Tesque</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Potassium Wodorotlenek</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly( tetrahydrofuran)</td><td>Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chloroform</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Olejek immersyjny</td><td>Cargille</td><td>Typ 37 / Typ A</td><td></td></tr><tr><td><mocny>Sprzęt</mocny></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>2-szyjkowy 100-ml kolba</td><td></td><td></td><td></td>okrągłodenna</tr><tr><td>Zlewka</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lejek</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bibuła filtracyjna</td><td>Whatman</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Skraplacz refluksowy Skraplacz</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Łaźnia</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>wodna</td></tr><tr><td>Mieszadło</td><td></td><td></td><td></td>magnetyczne</tr><tr><td>Parownik</td><td></td><td></td><td></td>obrotowy</tr><tr><td>Mikroskop Szkiełka nakrywkowe (24 x 24 mm, nr 1)</td><td>Szklany</td><td>CO22241 słoik</td><td></td></tr> do <tr><td>barwienia</td><td>Matsunami AS ONE Corporation</td><td>1-7934-01</td><td></td></tr><tr><td>Myjka ultradźwiękowa</td><td>VWR International&nbsp;</td><td>142-0047</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop odwrócony</td><td>Olympus</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>Ar-Kr laser jonowy</td><td>Coherent</td><td>Innova 70C</td><td></td></tr><tr><td>Kompensator Berek</td><td>Newport</td><td>5540</td><td></td></tr><tr><td>Filtr wzbudzenia</td><td>Semrock</td><td>LL01-488-12.5</td><td></td></tr><tr><td>Lustro dwuchlorowe</td><td>Omega optyczne</td><td>500DRLP</td><td></td></tr><tr><td>Filtr emisyjny</td><td>Semrock</td><td>BLP01-488R-25</td><td></td></tr><tr><td>Obiektyw i lustro</td><td>Kamera Thorlabs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EM-CCD</td><td>Andor Technology</td><td>iXon</td><td></td></tr><tr><td>Obiektyw obiektywowy (100X, N.A. = 1.3)</td><td>Olympus</td><td>UPLFLN 100XOP</td><td></td></tr><tr><td>Podgrzewacz obiektywu</td><td>Bioptechs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Preparative GPC</td><td>Japan Analytical Industry</td><td>LC-908</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

Demonstrujemy metodę syntezy cyklicznych polimerów oraz protokół charakteryzujący ich dyfuzyjny ruch w stanie stopienia na poziomie pojedynczej cząsteczki. Proces samoorganizacji elektrostatycznej i utrwalania kowalencyjnego (ESA-CF) jest stosowany do syntezy cyklicznego poli(tetrahydrofuranu) (poli(THF)). Ruch dyfuzyjny poszczególnych cyklicznych łańcuchów polimerowych w stanie stopionym jest wizualizowany za pomocą obrazowania fluorescencji pojedynczej cząsteczki poprzez włączenie jednostki fluoroforowej do łańcuchów cyklicznych. Ruch dyfuzyjny łańcuchów jest charakteryzowany ilościowo za pomocą kombinacji analizy przemieszczenia średniokwadratowego (MSD) i analizy funkcji rozkładu skumulowanego (CDF). Polimer cykliczny wykazuje dyfuzję wielomodową, która różni się od swojego liniowego odpowiednika. Wyniki pokazują, że dyfuzyjna heterogeniczność polimerów, która często jest ukryta za uśrednianiem zespołowym, może zostać ujawniona poprzez wydajną syntezę cyklicznych polimerów przy użyciu procesu ESA-CF oraz analizę ilościową ruchu dyfuzyjnego na poziomie pojedynczej cząsteczki przy użyciu analiz MSD i CDF.

4-ramienne gwiazdy oraz dwucykliczne polimery poly(THF) w kształcie cyfry 8 z wbudowanym perylenodiimidem zostały zsyntetyzowane przy użyciu procesu elektrostatycznego samoorganizowania i utrwalania kowalencyjnego (ESA-CF) (Rycina 1, Rycina 2). Obrazy fluorescencyjne pojedynczych cząsteczek w odstępach czasu zostały zarejestrowane dla polimerów 4-ramiennych (Rycina 3a) i w kształcie cyfry 8 (Rycina 3b). Obrazy fluorescenc...

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

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single ...

Ogólnym celem tego eksperymentu jest charakterystyka ruchu dyfuzyjnego polimerów topologicznych, w szczególności polimerów cyklicznych, w warunkach splątania na poziomie pojedynczych cząsteczek. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu fizyki polimerów, takie jak zależna od topologii dynamika czasoprzestrzenna polimerów. Główną zaletą tej techniki jest możliwość ilościowej charakterystyki heterogenicznej dyfuzji na poziomie pojedynczych łańcuchów, co zazwyczaj pozostaje ukryte w pomiarach średnich.Aby rozpocząć tę procedurę, rozpuścić sól peryleno-diimidu w 150 mililitrach wody, a następnie rozpuścić monofunkcyjny poli(THF) w czterech mililitrach acetonu. Dodawać roztwór w acetonie kroplami do intensywnie mieszanego roztworu wodnego. Zebrany osad odfiltrować za pomocą filtracji próżniowej.Następnie należy przygotować roztwór osadu w toluenie o stężeniu 5 mg/mL. Roztwór należy ogrzewać w chłodnicy zwrotnej przez cztery godziny. Po ochłodzeniu roztworu należy całkowicie odparować rozpuszczalnik pod zmniejszonym ciśnieniem za pomocą ewaporatora rotacyjnego.Po zakończeniu procesu rozpuścić osad w mieszaninie n-heksanu i acetonu w stosunku 2:1, a następnie przefiltrować otrzymany roztwór przez warstwę żelu krzemionkowego. Następnie dodać przefiltrowany roztwór do lodowatej wody, aby wytrącić produkt. W celu przygotowania próbki stopu polimeru, dodać 100 µL nieznakowanego liniowego poly(THF) do szklanej butelki i podgrzać do temperatury około 25 °C za pomocą suszarki do włosów.Przygotować roztwór polimeru z wbudowanym fluoroforem o stężeniu 10⁻⁶ M w chloroformie. Następnie dodać 1 µL tego roztworu do 100 µL nieznakowanego stopu liniowego poli(THF). Po dokładnym wymieszaniu próbki za pomocą końcówki pipety, odparować chloroform, ogrzewając próbkę suszarką do włosów.Za pomocą mikropipety nanieś 10 µL próbki na oczyszczone szkiełko podstawowe. Umieść drugie oczyszczone szkiełko podstawowe na próbce i delikatnie dociśnij oba szkiełka do siebie, używając plastikowej pęsety. Następnie zamocuj grzałkę obiektywu do obiektywu mikroskopu odwróconego i ustaw temperaturę na 30 °C.Nanieś jedną kroplę olejku imersyjnego na obiektyw i umieść próbkę na stoliku mikroskopu. Upewnij się, że grubość próbki wynosi około 10 µm, sprawdzając pozycję osiową dolnej i górnej powierzchni próbki. Następnie ustaw ostrość mikroskopu na kilka µm powyżej dolnej powierzchni próbki.Następnie zastosuj wzmocnienie mnożnikowe elektronów (EM) w kamerze CCD, aby uzyskać wysokiej jakości obraz fluorescencyjny pojedynczego fluoroforu. Następnie wyznacz obszar zainteresowania (ROI) za pomocą oprogramowania sterującego kamerą. Aby zoptymalizować warunki eksperymentalne, dostosuj obszar oświetlenia próbki do średnicy około 20 µm, korzystając z przysłony umieszczonej na drodze wiązki wzbudzającej.Ustaw moc lasera wzbudzającego w próbce na wartość od 4 do 8 mW, ręcznie dobierając odpowiedni filtr neutralny umieszczony na drodze wiązki wzbudzającej. Następnie zarejestruj od 500 do 1000 sekwencji obrazów fluorescencyjnych polimeru z wbudowanym fluoroforem w stanie stopu, przy częstotliwości klatek od 100 do 200 Hz. Obrazy fluorescencyjne pojedynczych cząsteczek w trybie poklatkowym zostały wykonane dla polimerów czteroramiennych oraz w kształcie ósemki i wykazują przestrzennie odizolowane, jasne i wyraźne punkty, co wynika z wbudowania w łańcuchy silnie fluorescencyjnego fluoroforu peryleno-diimidu.Histogramy częstotliwości współczynnika dyfuzji wyznaczonego na podstawie analizy średniokwadratowego przesunięcia wykazują szerokie rozkłady, wynikające zarówno z błędu statystycznego analizy, jak i heterogeniczności dyfuzji. Histogramy częstotliwości wykazują wyraźne odchylenia od modelu dyfuzji homogenicznej, co świadczy o heterogenicznej dyfuzji cząsteczek polimeru. Modele pojedynczego i podwójnego rozkładu Gaussa dobrze odwzorowują eksperymentalnie uzyskane skumulowane funkcje rozkładu i wykazują, że dyfuzja powstałego polimeru jest opisana szerokim rozkładem współczynnika dyfuzji, podczas gdy polimer w kształcie ósemki wykazuje dwa odrębne tryby dyfuzji.Po opanowaniu metody, synteza polimerów może zostać przeprowadzona w ciągu sześciu godzin, a eksperyment immersji pojedynczych cząsteczek w ciągu kilku godzin, pod warunkiem ich prawidłowego wykonania. Po opracowaniu ta technika utorowała drogę badaczom w dziedzinie nauki o polimerach do eksploracji dynamiki polimerów w środowiskach zatłoczonych. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak charakteryzować ruch dyfuzyjny polimerów topologicznych w warunkach splątania na poziomie pojedynczego łańcucha.Należy pamiętać, że praca z laserami i rozpuszczalnikami organicznymi może być niezwykle niebezpieczna, dlatego podczas wykonywania tej procedury zawsze należy przestrzegać zasad bezpieczeństwa pracy z laserami oraz zapoznać się z kartami charakterystyki substancji niebezpiecznych (MSDS).

synthesis-cyclic-polymers-characterization-their-diffusive-motion

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

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)

Tutaj prezentujemy protokół do przygotowania i wizualizacji struktur drugorzędnych (np. włókien, architektur toroidalnych i nanosfer) pochodzących z polikarmidów spiralnych. Wykazano, że morfologia charakteryzująca się zarówno mikroskopią sił atomowych (AFM), jak i skaningową mikroskopią elektronową (SEM) zależy od struktury molekularnej, stężenia i wybranego rozpuszczalnika.

Samoorganizujące się morfologie otrzymane z helikalnych kopolimerów polikarbodimidu i ich pochodnych triazolowych

Metoda indukowanej suszeniem samointegracji megamolekularnych biopolimerów na granicy powietrzno-ciekłokrystalicznej jest dostępna tutaj. Metodologia ta będzie przydatna nie tylko do zrozumienia makroskopowego potencjału biopolimerów, ale także jako metoda oceny materiałów miękkich w dziedzinach biomedycznych i środowiskowych.

Metody samointegracji biopolimerów megamolekularnych na granicy faz powietrze-LC

Ten artykuł opisuje proces mikroprzepływowy i parametry przygotowania cząstek uruchamiających z elastomerów ciekłokrystalicznych. Proces ten pozwala na przygotowanie cząstek uruchamiających oraz zmianę ich wielkości i kształtu (od spłaszczonej do silnie prolate, morfologii rdzeń-powłoka i janus), a także wielkość aktywacji.

Przygotowanie mikroprzepływowe siłowników z elastomeru ciekłokrystalicznego

Celem tego protokołu jest zainicjowanie polimeryzacji za pomocą dynamicznych wiązań siarki w poli(S-diwinylobenzenie) w łagodnych temperaturach (90 °C) bez użycia rozpuszczalników. Terpolimery charakteryzują się GPC, DSC i 1H NMR oraz są badane pod kątem zmian rozpuszczalności.

Synteza terpolimerów w łagodnych temperaturach z wykorzystaniem dynamicznych wiązań siarki w poli(S-diwinylobenzenie)

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

Tutaj opisujemy protokoły przygotowania cyklooktenów transcyklobutanowych (tCBCO), ich polimeryzacji w celu przygotowania depolimeryzowalnych polimerów olefinowych oraz depolimeryzacji tych polimerów w łagodnych warunkach. Dodatkowo opisano protokoły przygotowania sieci depolimeryzowalnych oraz formowania tłocznego sztywnych liniowych tworzyw sztucznych opartych na tym systemie.

Depolimeryzowalne polimery olefinowe na bazie monomerów cyklooktenu z topionym pierścieniem

Izolacja i charakterystyka domeny lipidów A lipopolisacharydu (LPS) od bakterii Gram-ujemnych dostarcza wglądu w oparte na powierzchni komórek mechanizmy oporności na antybiotyki, przeżywalność i sprawność bakterii, oraz jak chemicznie zróżnicowane gatunki molekularne lipidów A różnie modulują wrodzoną odpowiedź immunologiczną gospodarza.

Izolacja i charakterystyka chemiczna lipidu A z bakterii Gram-ujemnych

Synteza i charakterystyka trzeciorzędowej biblioteki amidów peptydów

Ten protokół opisuje użycie reakcji sprzęgania amidowego kwasu izonikotynowego i diaminoalkanów do tworzenia ligandów mostkowych odpowiednich do użycia w syntezie wielojądrowych kompleksów platynowych, które łączą aspekty leków przeciwnowotworowych BBR3464 i pikoplatyny.

Reakcja sprzęgania amidowego do syntezy ligandów na bazie bispirydyny i ich kompleksowania do platyny jako dwujądrowych środków przeciwnowotworowych

Poznaj metodę charakteryzacji ruchu dyfuzyjnego polimerów cyklicznych na poziomie pojedynczej cząsteczki. Technika ta pozwala ilościowo opisać niejednorodną dyfuzję w warunkach splątania.

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

Przeglądaj więcej filmów