Name: Zastosowanie napięcia w dynamicznej analizie wielkości cząstek rozpraszających światło (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: Poznaj metodę analizy polimerów reagujących na bodźce przy zastosowaniu napięcia w roztworze. Technika DLS pozwala obserwować dynamikę agregacji poly-NIPAM z potencjalnym zastosowaniem w czujnikach i robotyce miękkiej.

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 pragną podziękować za wsparcie finansowe ze strony NSF (CBET 1638893), (CBET 1638896), NIH (P20 GM113131) oraz Hamel Center for Undergraduate Research w UNH. Ponadto autorzy chcieliby podziękować Darcy'emu Fournierowi za pomoc w okablowaniu i Scottowi Greenwoodowi za dostęp do DLS.

1. Przykładowe preparaty polimerowe
<ol>
	<li>Synteza polimeru pNIPAM 
	UWAGA: Preparat ten wytwarza 10 ml 1 g/L roztworu, co wystarcza na 3-4 eksperymenty.
	<ol>
		<li>Przygotuj aparaturę linii Schlenka. Upewnij się, że kolba Dewara wymrażarki jest wypełniona zawiesiną suchego lodu i acetonu lub, jeśli używana jest mechaniczna pułapka chłodnicza, upewnij się, że odwadniacz osiągnął odpowiednią temperaturę.</li>
		<li>Do kolby okrągłodennej o pojemności 50 ml dodać 0,566 g monomeru N-izopropylokryloamidu (NIPAM), 0,016 g środka do odwracalnej polimeryzacji z przeniesieniem łańcucha fragmentacyjnego (RAFT) (tritiowęglan ftalimidometylobutylu), 0,0008 g 2,2-azobis(2-metylopropionitrylu) (AIBN) i 10 ml 1,4-dioksanu. Włożyć mieszadło do kolby. Uszczelnić kolbę gumową przegrodą, owinąć taśmą winylową i rozpuścić monomery w 1,4-dioksanach.</li>
		<li>Przeprowadzić odgazowanie z zamrażaniem, pompą i rozmrażaniem w następujący sposób: Zamrozić roztwór, zanurzając kolbę okrągłodenną w kolbie Dewara zawierającej zawiesinę suchego lodu i metanolu. Po zamrożeniu całego materiału należy użyć kolektora próżniowego linii Schlenk, aby opróżnić kolbę do ciśnienia wewnętrznego poniżej 100 kPa. Odizolować kolbę i rozmrozić w próżni statycznej, używając ciepłej wody. Przywróć kolbę do ciśnienia atmosferycznego za pomocą kolektora azotu linii Schlenka.</li>
		<li>Powtórz krok 1.1.3 trzy razy, aby zminimalizować wewnętrzne stężenie tlenu.</li>
		<li>Spryskaj roztwór azotem, aby zrównoważyć ciśnienie do atmosfery. Podgrzać mieszaninę do temperatury 85 °C w łaźni olejowej i mieszać z prędkością 200 obr./min przez 36 godzin.</li>
		<li>Do zlewki o pojemności 50 ml dodaj 40 ml heksanu. Następnie kroplami dodawać mieszaninę polimerów do heksanu. pNIPAM powinien wytrącić się w postaci białej kłaczków. 
		UWAGA: Monomer NIPAM jest rozpuszczalny w heksanie, ale pNIPAM ma słabą rozpuszczalność w heksanie.</li>
		<li>Wlej mętną mieszaninę do lejka Büchnera, aby zebrać biały proszek pNIPAM. Przenieść proszek do fiolki o pojemności 20 ml i umieścić na noc w piekarniku próżniowym w celu usunięcia resztek rozpuszczalnika. Przechowywać w szczelnie zamkniętym pojemniku w temperaturze pokojowej do czasu, gdy będzie potrzebny.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Synteza pNIPAM-blok-poli(żelazometakrylan żelaza)-blokowy (p(NIPAM-b-FMMA)) synteza 
	UWAGA: Preparat ten wytwarza 10 ml 1 g/L roztworu, co wystarcza na 3-4 eksperymenty.
	<ol>
		<li>Przygotuj aparaturę linii Schlenka. Upewnij się, że kolba Dewara wymrażarki jest wypełniona zawiesiną suchego lodu i acetonu lub, jeśli używana jest mechaniczna pułapka chłodnicza, upewnij się, że odwadniacz osiągnął odpowiednią temperaturę.</li>
		<li>Do kolby okrągłodennej o pojemności 50 ml dodać 0,057 g monomeru metakrylanu żelazometylu (FMMA), 0,016 g środka RAFT, 0,0008 g AIBN i 10 ml 1,4-dioksanu. Włożyć mieszadło do kolby. Uszczelnić kolbę gumową przegrodą, owinąć taśmą winylową i rozpuścić monomery w 1,4-dioksanach.</li>
		<li>Przeprowadzić odgazowanie z zamrażaniem, pompą i rozmrażaniem w następujący sposób: Zamrozić roztwór, zanurzając kolbę okrągłodenną w kolbie Dewara zawierającej zawiesinę suchego lodu i metanolu. Po zamrożeniu całego materiału należy użyć kolektora próżniowego linii Schlenk, aby opróżnić kolbę do ciśnienia wewnętrznego poniżej 100 kPa. Odizolować kolbę i rozmrozić w próżni statycznej, używając ciepłej wody. Przywróć kolbę do ciśnienia atmosferycznego za pomocą kolektora azotu linii Schlenka.</li>
		<li>Powtórz krok 1.2.3 trzy razy, aby zminimalizować wewnętrzne stężenie tlenu.</li>
		<li>Spryskaj roztwór azotem, aby zrównoważyć ciśnienie do atmosfery. Podgrzać mieszaninę do temperatury 85 °C w łaźni olejowej i mieszać przez 10 godzin.</li>
		<li>Rozpuścić 0,543 g NIPAM i 0,0002 g AIBN w 3 ml 1,4-dioksanu. Dodać roztwór do kolby pod azotem i spryskiwać przez 30 minut. Podgrzać mieszaninę do temperatury 85 °C w łaźni olejowej i mieszać z prędkością 200 obr./min przez kolejne 36 godzin.</li>
		<li>Dodaj 40 ml heksanu do zlewki o pojemności 50 ml. Następnie kroplami dodawać mieszaninę polimerów do heksanu. p (NIPAM-b-FMMA) powinien wytrącić się w postaci brązowego proszku, ponieważ monomer FMMA ma ciemnożółty kolor. 
		UWAGA: Monomery NIPAM i FMMA są rozpuszczalne w heksanie, ale p (NIPAM-b-FMMA) ma słabą rozpuszczalność w heksanie.</li>
		<li>Wlej żółtą mętną mieszaninę do lejka Büchnera, aby zebrać brązowy proszek p(NIPAM-b-FMMA). Przenieść proszek do fiolki o pojemności 20 ml i umieścić na noc w piekarniku próżniowym w celu usunięcia resztek rozpuszczalnika. Przechowywać w szczelnie zamkniętym pojemniku w temperaturze pokojowej do czasu, gdy będzie potrzebny.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotowanie próbki DLS i kuwety
UWAGA: Ta sekcja przygotowuje kuwetę do przyłożonego napięcia i próbkę do pomiarów DLS.
<ol>
	<li>Odmierz 10 mg proszku polimerowego i rozpuść w 10 ml przefiltrowanej wody dejonizowanej (DI). Wstaw mieszaninę na noc do lodówki. Gdy będziesz gotowy do rozpoczęcia eksperymentu, trzymaj próbkę na lodzie. 
	UWAGA: Stężenie polimeru użyte w tych eksperymentach wynosiło 1 g/l, ale optymalny zakres stężeń dla każdej próbki będzie unikalny. Najlepszą praktyką jest również utrzymywanie polimeru poniżej LCST do czasu, gdy będzie gotowy do testowania.</li>
	<li>Wytnij dwa kawałki jednostronnej taśmy miedzianej o wymiarach 6,3 mm x 7 cm (<silna klasa="xfig">Rysunek 1). Użyj pęsety, aby przykleić każdy kawałek po przeciwnych stronach wnętrza kuwety DLS na próbkę, prostopadle do ścieżki światła. Dolna część taśmy powinna sięgać blisko dna kuwety. Złóż krawędzie taśmy miedzianej na górze kuwety. Upewnij się, że taśma miedziana jest blisko/owinięta na górze sample kuwety, aby zapewnić dobry kontakt elektryczny. Upewnij się również, że taśma miedziana nie łączy się z metalowymi stykami związanymi ze sprzętem DLS używanym do pomiarów potencjału Zeta.</li>
	<li>Umyj kuwetę trzykrotnie wodą DI, a następnie zetrzyj nadmiar wody za pomocą Kimwipe.</li>
</ol>
3. Sterowanie instrumentem DLS i konfiguracja
UWAGA: Zaleca się wykonanie trzech kontroli przed uruchomieniem każdego eksperymentu DLS: (1) roztwór czystej wody; (2) wzorzec rozmiaru; (3) pomiar polimeru przed rozpoczęciem narastania temperatury lub przyłożonego napięcia. Przed przystąpieniem do obsługi przyrządu należy zapoznać się z instrukcją obsługi przyrządu, aby uzyskać wskazówki dotyczące przygotowania próbki, wyboru ustawień oraz oceny próbki i jakości danych.
<ol>
	<li>Przenieś 1,5 ml przefiltrowanego rozpuszczalnika do kuwety. Użyj wody DI.</li>
	<li>Włóż kuwetę do uchwytu kuwety, upewniając się, że mała strzałka na górze kuwety jest wyrównana z uchwytem kuwety. Zamknij pokrywę.</li>
	<li>W oprogramowaniu Zetasizer wybierz opcję Zmierz na pasku narzędzi. Dla kontroli skonfigurowano pomiary ręczne. Ustaw temperaturę na eksperymentalny punkt początkowy. Wybierz 20 °C dla tego eksperymentu.</li>
	<li>Gdy tekst u dołu okna mówi: Wstaw komórkę i naciśnij start, gdy będziesz gotowy, naciśnij zielony trójkąt start przycisk u góry ekranu. To rozpoczyna eksperyment, a uchwyt kuwety nie powinien być po tym otwierany.</li>
	<li>Kliknij zakładkę Multi-view, aby obserwować wyniki w czasie rzeczywistym. Stale monitoruj próbkę i jakość danych, obserwując szybkość zliczania i funkcję korelacji. Ponieważ próbka ta jest tylko rozpuszczalnikiem, nie należy zaobserwować wyraźnego sygnału odpowiadającego obecności cząstek.</li>
	<li>Dodaj dwie krople roztworu wzorcowego do kuwety lub po prostu użyj kontrolki wody i powtórz kroki 3.2-3.6. W tym eksperymencie użyj wzorca rozmiaru polistyrenu o długości fali 20 nm, zgodnego z NIST. 
	UWAGA: Jeśli przebiegi kontrolne wody lub roztworu wzorcowego pokazują dane, które są niezgodne z oczekiwanymi wynikami, rozwiąż problem z błędem i powtarzaj tę czynność, aż kontrole odczytają się zgodnie z oczekiwaniami.</li>
	<li>Opłucz kuwetę i dodaj przefiltrowany polimer/roztwór testowy. Powtórz kroki 3.2-3.5. Należy obserwować wyraźny pomiar początkowego roztworu badanego. Zaleca się to zrobić przed jakimkolwiek wzrostem temperatury lub przyłożonym napięciem do pomiaru bazowego.</li>
</ol>
4. Konfiguracja SOP DLS
UWAGA: Ta sekcja odnosi się konkretnie do operacji zwiększania temperatury w instrumencie Malvern Zetasizer NanoZS DLS. Przed rozpoczęciem eksperymentów zdecydowanie zaleca się dokładne zapoznanie się z instrukcją obsługi przyrządu w celu uzyskania wskazówek dotyczących wyboru celi, przygotowania próbki, wyboru ustawień pomiaru oraz oceny jakości próbki i danych.
<ol>
	<li>W oprogramowaniu Zetasizer (wersja 7.11) wybierz Plik, a następnie kliknij Nowy, aby skonfigurować nowy SOP (<silna klasa="xfig">Rysunek 2).</li>
	<li>Kliknij opcję Measurement type (Typ pomiaru), aby wybrać opcję Trend > Temperature > Size (Trend) Temperature Size (Rozmiar).</li>
	<li>W polu Materiał wybierz odpowiedni materiał i współczynnik załamania światła. Wybierz Białko i współczynnik załamania światła (RI) 1,450 dla tego eksperymentu. Jeśli pożądane są dokładne wartości współczynnika załamania światła dla dokładniejszego obliczenia rozkładu objętości, eksperymentator powinien eksperymentalnie określić współczynnik załamania światła swojej próbki.</li>
	<li>W Dyspergatorze wybierz odpowiedni rozpuszczalnik. Wybierz wodę jako rozpuszczalnik w tym eksperymencie.</li>
	<li>W polu Komórka wybierz używaną kuwetę. Do tego eksperymentu użyj jednorazowych kuwet (DTS0012).</li>
	<li>W polu Sekwencja ustaw Temperatura początkowa i Temperatura końcowa. W przypadku eksperymentów z ogrzewaniem ustaw temperaturę początkową na 20 °C i ustaw temperaturę końcową na 40 °C. W przypadku eksperymentów z chłodzeniem wybierz odwrotnie. Usuń zaznaczenie pola Wróć do temperatury początkowej.</li>
	<li>Wybierz interwał dla każdej zmiany kroku temperatury. W przypadku tych eksperymentów wybierz 1,5 °C.</li>
	<li>W polu Pomiar rozmiaru ustaw Czas równowagi. W przypadku tych eksperymentów ustaw czas trwania na 120 s. Wybierz liczbę pomiarów. Wybierz 3 pomiary i Automatyczny dla czasu trwania pomiaru.</li>
	<li>Zapisz SOP, a następnie zamknij plik.</li>
	<li>Jeśli ma być użyte przyłożone napięcie, przed kontynuowaniem należy ustawić potencjostat (rozdział 5).</li>
	<li>Po skonfigurowaniu potencjostatu lub jeśli przyłożone napięcie nie jest używane, wróć do oprogramowania Zetasizer i kliknij Zmierz na pasku narzędzi, a następnie kliknij Rozpocznij SOP.</li>
	<li>Gdy tekst u dołu okna SOP mówi: Wstaw komórkę i naciśnij start, gdy będziesz gotowy, naciśnij zielony trójkąt przycisk start u góry ekranu. To rozpoczyna eksperyment, a uchwyt kuwety nie powinien być po tym otwierany.</li>
	<li>Kliknij zakładkę Multi-view, aby obserwować wyniki w czasie rzeczywistym. Stale monitoruj próbkę i jakość danych, obserwując szybkość zliczania i funkcję korelacji. Na rysunkach 3-5 przedstawiono reprezentatywne wyniki eksperymentalne.</li>
</ol>
5. Konfiguracja potencjostatu
UWAGA: Zaleca się używanie tego samego komputera do operacji na wielkości cząstek i zastosowanym napięciu do synchronizacji danych w czasie, co ułatwia ich późniejszą ocenę. Proszę zapoznać się z zastosowaną objętościtagInstrukcje przyrządów w celu uzyskania wskazówek dotyczących konfiguracji okablowania, konsultacji oprogramowania i wyboru odpowiednich parametrów. W eksperymentach tych użyto potencjostatu Gamry.
<ol>
	<li>Przygotuj dwa druty, które są wystarczająco cienkie, aby zmieściły się w małej szczelinie na prawej górnej krawędzi obszaru uchwytu kuwety DLS (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 6). Na jednym końcu przygotowanego przewodu zdejmij izolację, aby umożliwić podłączenie do potencjostatu. Na przeciwległym końcu krótki zacisk krokodylkowy do drutu i podłącz do kuwety. Upewnij się, że pokrywa próbki DLS jest zamknięta.</li>
	<li>Zacisnąć biały przewód referencyjny potencjostatu i czerwony przewód potencjostatu licznika do jednego z przygotowanych przewodów. Zacisnąć zielony przewód potencjostatu roboczego i niebieski przewód potencjostatu zmysłu roboczego do drugiego przygotowanego drutu. W tym eksperymencie nie używaj pomarańczowego czujnika licznika i czarnych przewodów potencjostatu z uziemieniem i pozostaw je unoszące się. Aby upewnić się, że obwód nie ulega zwarciu, przewody te nie powinny stykać się z żadnym innym przewodem ani powierzchnią przewodzącą. 
	UWAGA: Nie ma znaczenia, po której stronie podłączony jest każdy przewód.</li>
	<li>Na pasku narzędzi oprogramowania kliknij opcję Eksperyment, a następnie kliknij opcję E Elektrochemia fizyczna i wybierz Chronoamperometria. Do celów tego protokołu należy użyć prostego przyłożonego napięcia, przykładając pojedyncze napięcie z odpowiedzią prądową mierzoną w czasie (tj. chronoamperometria). Niezależnie od konkretnej metodologii elektrochemicznej zaleca się monitorowanie reakcji systemu w czasie.
	<ol>
		<li>Ustaw krok wstępny, krok 1 i krok 2 voltage w funkcji odniesienia. Będzie to napięcie przyłożone do całego pola/kuwety. Ustaw napięcie na 1 V w funkcji odniesienia dla wszystkich trzech kroków.</li>
		<li>Ustaw czas opóźnienia przed krokiem. W przypadku tych eksperymentów ustaw na 0.5 s, aby upewnić się, że system jest stabilny przy żądanym napięciu przed zarejestrowaniem sygnału.</li>
		<li>Ustaw czas zarówno dla kroku 1 czas, jak i kroku 2 czas. Kontroluje to, jak długo napięcie będzie podawane. Ustaw oba na 14 400 s, aby upewnić się, że przyłożone napięcie będzie kontynuowane przez cały eksperyment DLS.</li>
		<li>Ustaw okres próbkowania. Jest to częstotliwość, z jaką wykres będzie odczytywał i rejestrował wartości prądu i napięcia. Użyj 10,0 s w tym eksperymencie. 
		UWAGA: Pozostałe ustawienia nie mają znaczenia dla prezentowanych tutaj danych. Użyto wartości domyślnych w systemie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Kliknij przycisk OK. Na górnym pasku narzędzi zostanie wyświetlony znak Aktywny, wskazujący, że napięcie jest stosowane. Prąd powinien dawać umiarkowaną odpowiedź (μA) i nie przeciążać potencjostatu. Jeśli nie zostanie zaobserwowany żaden sygnał lub zaobserwowano nadmierny sygnał, system może być nieprawidłowo podłączony, dlatego należy rozwiązać problem z błędem i powtarzać tę czynność, aż zostanie zaobserwowany oczekiwany prąd.</li>
	<li>Wróć do kroku 4.10, aby uruchomić procedurę SOP DLS.</li>
</ol>
6. Analiza danych
UWAGA: Ta sekcja szczegółowo opisuje wstępną analizę, aby zrozumieć uzyskane dane.
<ol>
	<li>Importuj dane do preferowanego oprogramowania do analizy danych i tworzenia wykresów.</li>
	<li>Dla każdego przebiegu w ramach zestawu pomiarów w danej temperaturze należy określić wielkość objętości cząstek piku o największym procencie objętościowym.</li>
	<li>Obliczyć średnią i odchylenie standardowe wielkości objętości w trzech zarejestrowanych pomiarach w danej temperaturze.</li>
	<li>Dla każdego eksperymentu wykreśl średnią wielkość ± odchylenie standardowe na osi y (skala logarytmiczna) w funkcji temperatury na osi x (skala liniowa).</li>
	<li>Importuj aktualne dane Gamry do analizy. Wykreśl bieżące dane z czasem na osi x i prądem (w mikroamperach) na osi y.</li>
	<li>Aby powiązać bieżące dane z danymi o wielkości cząstek, porównaj znacznik czasu danych Zetasizer z aktualnym znacznikiem czasu Gamry. Jest to możliwe, jeśli te dwa typy danych są zbierane z tego samego komputera. W przeciwnym razie dopasuj nagrane czasy tak dobrze, jak to możliwe.</li>
</ol>

<ol><li>Xu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particuology+Light+scattering+%3A+A+review+of+particle+characterization+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Particuology%22%5BJournal%5D)">Particuology Light scattering : A review of particle characterization applications.</a> Particuology. 18, 11-21 (2015).</li>
<li>Szczubiałka, K., Nowakowska, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Response+of+micelles+formed+by+smart+terpolymers+to+stimuli+studied+by+dynamic+light+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Response of micelles formed by smart terpolymers to stimuli studied by dynamic light scattering.</a> Polymer. 44 (18), 5269-5274 (2003).</li>
<li>Kotsuchibashi, Y., Ebara, M., Aoyagi, T., Narain, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+Advances+in+Dual+Temperature+Responsive+Block+Copolymers+and+Their+Potential+as+Biomedical+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Polymers%22%5BJournal%5D)">Recent Advances in Dual Temperature Responsive Block Copolymers and Their Potential as Biomedical Applications.</a> Polymers. 8, 380(2016).</li>
<li>Lanzalaco, S., Armelin, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Poly%28N-isopropylacrylamide%29+and+Copolymers%3A+A+Review+on+Recent+Progresses+in+Biomedical+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Gels%22%5BJournal%5D)">Poly(N-isopropylacrylamide) and Copolymers: A Review on Recent Progresses in Biomedical Applications.</a> Gels. 3, 36(2017).</li>
<li>Lessard, D. G., Ousalem, M., Zhu, X. X., Eisenberg, A., Carreau, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+the+phase+transition+of+poly%28N%2CN-diethylacrylamide%29+in+water+by+rheology+and+dynamic+light+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Polymer+Science+Part+B%3A+Polymer+Physics%22%5BJournal%5D)">Study of the phase transition of poly(N,N-diethylacrylamide) in water by rheology and dynamic light scattering.</a> Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 41, 1627-1637 (2003).</li>
<li>Garner, B. W., Cai, T., Hu, Z., Neogi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electric+field+enhanced+photoluminescence+of+CdTe+quantum+dots+encapsulated+in+poly+%28N-isopropylacrylamide%29+nano-spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+express%22%5BJournal%5D)">Electric field enhanced photoluminescence of CdTe quantum dots encapsulated in poly (N-isopropylacrylamide) nano-spheres.</a> Optics express. 16, 19410-19418 (2008).</li>
<li>Gallei, M., Schmidt, B. V. K. J., Klein, R., Rehahn, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Defined+Poly%5Bstyrene-+block+-%28ferrocenylmethyl+methacrylate%29%5D+Diblock+Copolymers+via+Living+Anionic+Polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecular+Rapid+Communications%22%5BJournal%5D)">Defined Poly[styrene- block -(ferrocenylmethyl methacrylate)] Diblock Copolymers via Living Anionic Polymerization.</a> Macromolecular Rapid Communications. 30, 1463-1469 (2009).</li>
<li>Grenier, C., Timberman, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+Affinity+Binding+by+a+Fluorescein+Templated+Copolymer+Combining+Covalent%2C+Hydrophobic%2C+and+Acid-Base+Noncovalent+Crosslinks%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">High Affinity Binding by a Fluorescein Templated Copolymer Combining Covalent, Hydrophobic, and Acid-Base Noncovalent Crosslinks.</a> Sensors. 18, 1330(2018).</li>
<li>Chiefari, J., Chong, Y. K. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Living+Free-Radical+Polymerization+by+Reversible+Addition%E2%88%92Fragmentation+Chain+Transfer%3A+The+RAFT+Process%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Living Free-Radical Polymerization by Reversible Addition−Fragmentation Chain Transfer: The RAFT Process.</a> Macromolecules. 31, 5559-5562 (1998).</li>
<li>Perrier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((50th+Anniversary+Perspective+%3A+RAFT+Polymerization-A+User+Guide%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">50th Anniversary Perspective : RAFT Polymerization-A User Guide.</a> Macromolecules. 50, 7433-7447 (2017).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Przyłożenie napięcia do roztworów pNIPAM lub p(NIPAM-b-FMMA) zmieniło zachowanie agregacji polimeru w odpowiedzi na temperaturę. W przypadku obu materiałów, gdy obecne było przyłożone napięcie, objętość polimerów pozostawała wysoka nawet wtedy, gdy roztwory były schładzane poniżej ich LCST. Był to nieoczekiwany wynik, ponieważ próby bez napięcia wykazały, że polimery wracają do swoich pierwotnych rozmiarów. Eksperymenty te pozwalają nam stwierdzić, że dla naszego zakresu temperatur i przy przyłożonym napięciu ag...

Dynamiczne rozpraszanie światła (DLS) to technika określania wielkości cząstek poprzez wykorzystanie losowych zmian intensywności światła rozproszonego przez solution1. DLS jest w stanie mierzyć agregację polimerów poprzez określanie wielkości cząstek. W tym eksperymencie DLS sprzężono z kontrolowanymi zmianami temperatury, aby zaobserwować, kiedy polimer agreguje się, co wskazuje na przekroczenie dolnej temperatury roztworu krytycznego (LCST)2,3. Poniżej LCST znajduje się jedna jednorodna faza ciekła; powyżej LCST polimer staje się mniej rozpuszczalny, agreguje się i skrapla się z roztworu. Przyłożone napięcie (tj. przyłożony potencjał lub pole elektryczne) zostało wprowadzone w poprzek pola rozpraszania, aby zaobserwować wpływ pola elektrycznego na zachowanie agregacji i LCST. Zastosowanie napięcia w pomiarach wielkości cząstek pozwala na nowy wgląd w zachowanie cząstek i późniejsze zastosowania w dziedzinie czujników, magazynowania energii, systemów dostarczania leków, miękkiej robotyki i innych.
W tym protokole użyto dwóch przykładowych polimerów. Poli(N-izopropyloakrylaamid) lub pNIPAM jest wrażliwym termicznie polimerem, który zawiera zarówno hydrofilową grupę amidową, jak i hydrofobową grupę izopropylową o łańcuchu makromolekularnym4,5. Reagujące termicznie materiały polimerowe, takie jak pNIPAM, były w ostatnich latach szeroko stosowane w kontrolowanym uwalnianiu leków, separacji biochemicznej i czujnikach chemicznych3,4. Wartość LCST w literaturze pNIPAM wynosi około 30-35 °C4. pNIPAM zazwyczaj nie jest aktywny elektrochemicznie. W związku z tym, jako druga próbka polimeru, do polimeru dodano blok elektrochemicznie aktywny. W szczególności metakrylan ferrocenylmetylu został użyty do stworzenia kopolimeru blokowego poli(N-izopropylacrylamidu)-bloku-poli(metakrylanu ferrocenylmetylu) lub p(NIPAM-b-FMMA)6,7. Oba przykładowe polimery zostały zsyntetyzowane przez odwracalną polimeryzację łańcuchowo-transferową z fragmentacją addycji z kontrolowaną długością łańcucha8,9,10. Nieelektrochemicznie aktywny polimer, pNIPAM, zsyntetyzowano jako 100 mer czysty pNIPAM. Elektrochemicznie aktywny polimer p(NIPAM-b-FMMA) miał również 100 mer długości łańcucha, który zawiera 4% metakrylanu ferrocenylmetylu (FMMA) i 96% NIPAM.
W tym artykule przedstawiono protokół i metodologię badania wpływu przyłożonego napięcia na agregację polimerów. Metoda ta może być również rozszerzona na inne zastosowania DLS, takie jak analiza fałdowania/rozwijania białek, interakcje białko-białko i aglomeracja cząstek naładowanych elektrostatycznie, by wymienić tylko kilka. Próbkę podgrzano z 20 °C do 40 °C w celu zidentyfikowania LCST przy braku i obecności przyłożonego pola o napięciu 1 V. Następnie próbkę schłodzono z 40 °C do 20 °C bez zakłócania zastosowanego pola w celu zbadania wszelkich efektów histeretycznych lub równowagowych.

<table><tbody><tr><td>N-Izopropylokryloamid</td><td>Tokyo Chemical Industry CO., LTD</td><td>I0401-500G</td><td></td></tr><tr><td>1,4-dioksan</td><td>Alfa Aesar</td><td>39118</td><td></td></tr><tr><td>2,2"-azobis(2-metylopropionitryl)</td><td>SIGMA-ALDRICH</td><td>441090-100G</td><td></td></tr><tr><td>Kuweta</td><td>Malvern</td><td>DTS0012</td><td></td></tr><tr><td>Dynamiczne rozpraszanie światła</td><td>Malvern</td><td>Zetasizer NanoZS</td><td></td></tr><tr><td>Metakrylan ferrhormonylu</td><td>ASTATECH</td><td>FD13136-1G</td><td></td></tr><tr><td>Ftalimidometyl-butylotriiowęglan</td><td>SIGMA-ALDRICH</td><td>777072-1G</td><td></td></tr><tr><td>Potencjostat</td><td>Gamry</td><td>Reference 600</td><td></td></tr></tbody></table>

zastosowanie napięcia w dynamicznej analizie wielkości cząstek rozpraszających światło

Application of Voltage in Dynamic Light Scattering Particle Size Analysis

Dynamiczne rozpraszanie światła (DLS) jest powszechną metodą charakteryzowania rozkładu wielkości polimerów, białek i innych nano- i mikrocząstek. Nowoczesne oprzyrządowanie pozwala na pomiar wielkości cząstek w funkcji czasu i/lub temperatury, ale obecnie nie ma prostej metody wykonywania pomiarów rozkładu wielkości cząstek DLS w obecności przyłożonego napięcia. Możliwość wykonywania takich pomiarów byłaby przydatna w opracowywaniu elektroaktywnych, reagujących na bodźce polimerów do zastosowań takich jak czujniki, miękka robotyka i magazynowanie energii. W artykule przedstawiono technikę wykorzystującą przyłożone napięcie sprzężone z DLS i rampą temperatury do obserwacji zmian agregacji i wielkości cząstek w polimerach termoczułych z monomerami elektroaktywnymi i bez nich. Zmiany w zachowaniu agregacji zaobserwowane w tych eksperymentach były możliwe tylko dzięki połączonemu zastosowaniu kontroli napięcia i temperatury. Aby uzyskać te wyniki, potencjostat podłączono do zmodyfikowanej kuwety w celu przyłożenia napięcia do roztworu. Zmiany wielkości cząstek polimeru monitorowano za pomocą DLS w obecności stałego napięcia. Równolegle uzyskano dane prądowe, które można było porównać z danymi dotyczącymi wielkości cząstek, aby zrozumieć związek między prądem a zachowaniem cząstek. Polimer poli(N-izopropyloakrylaamid) (pNIPAM) posłużył jako polimer testowy dla tej techniki, ponieważ reakcja pNIPAM na temperaturę jest dobrze zbadana. Obserwuje się zmiany w zachowaniu agregacji roztworu o niższej temperaturze krytycznej (LCST) pNIPAM i poli(N-izopropylacrylamidu)-blok-poli(metakrylanu ferrocenylmetylu), elektrochemicznie aktywnego kopolimeru blokowego, w obecności przyłożonego napięcia. Zrozumienie mechanizmów stojących za takimi zmianami będzie ważne przy próbie uzyskania odwracalnych struktur polimerowych w obecności przyłożonego napięcia.

Wyniki plików generowane w czasie rzeczywistym dla każdego pomiaru w rampie temperaturowej przedstawiono w formie tabeli, jak pokazano na Rysunku 3. Każdy rekord można wybrać niezależnie, aby sprawdzić wielkość objętościową (Rysunek 4) oraz współczynnik korelacji (Rysunek 5). Objętościowy rozkład wielkości cząstek (PSD) jest najdokładniejszym zestawem danych do interpretacji ogólnego rozkładu i LCST,...

Tutaj przedstawiono protokół przykładania napięcia do roztworu podczas dynamicznych pomiarów wielkości cząstek rozpraszania światła z zamiarem zbadania wpływu zmian napięcia i temperatury na agregację polimerów.

Zastosowanie napięcia w dynamicznej analizie wielkości cząstek rozpraszających światło

Dynamic light scattering (DLS) is a common method for characterizing the size distribution of polymers, proteins, and other nano- and microparticles. ...

Nasz protokół bada zmiany w polimerach reagujących na bodźce, które są stosowane w czujnikach elektrochemicznych pod przyłożonym napięciem w roztworze i umożliwia obserwację wpływów w polimerach reagujących na bodźce. Zaletą tej technologii jest to, że jest prosta i może być używana do obserwacji dynamiki poli-NIPAM z przyłożonym napięciem. Analiza polimerów i cząstek pod przyłożonym napięciem ma zastosowanie w czujnikach, miękkiej robotyce i magazynowaniu energii.Nowi stażyści powinni zadbać o staranne przygotowanie próbki i unikanie pęcherzyków powietrza podczas korzystania z kuwety w celu optymalnego pozyskiwania danych. Łatwo jest być nieostrożnym w przypadku prostych technik analitycznych, więc należy zachować ostrożność, ponieważ małe zmiany w protokole mogą prowadzić do zmiennych danych. Aby przygotować próbki do analizy DLS, rozpuść 10 miligramów proszku polimerowego w 10 mililitrach przefiltrowanej wody dejonizowanej i przechowuj mieszaninę w temperaturze czterech stopni Celsjusza przez noc.Aby przygotować kuwetę DLS, wytnij dwa kawałki o wymiarach 6,3 milimetra na 7 centymetrów z jednostronnej taśmy miedzianej i za pomocą pęsety przyklej każdy kawałek taśmy po przeciwnych stronach wnętrza kuwety DLS na próbkę prostopadłą do ścieżki światła z dnem taśmy w pobliżu dna kuwety. Złóż krawędzie taśmy miedzianej na górze kuwety, upewniając się, że taśma miedziana znajduje się blisko górnej części kuwety, aby zapewnić dobry kontakt elektryczny. Następnie umyj kuwetę trzykrotnie wodą dejonizowaną, usuwając nadmiar wody chusteczką laboratoryjną po ostatnim praniu.Aby skonfigurować sterowanie instrumentem DLS, następnego ranka dodaj 1,5 mililitra wody dejonizowanej do przygotowanej kuwety i dodaj dwie krople roztworu wzorcowego do kuwety. Włóż kuwetę do uchwytu kuwety, uważając, aby mała strzałka na górze kuwety była wyrównana z uchwytem kuwety i zamknij pokrywę. Wybierz pomiar w oprogramowaniu przyrządu i ustaw temperaturę na eksperymentalny punkt początkowy.Po pomiarze przepłukać kuwetę i przefiltrować przygotowany polimerowy roztwór testowy do kuwety. Następnie załaduj i zmierz kuwetę, jak pokazano poniżej. Należy obserwować wyraźny pomiar początkowego roztworu badanego.Aby skonfigurować protokół pomiarowy DLS, w oprogramowaniu przyrządu wybierz file i new, aby skonfigurować nową standardową procedurę operacyjną, a następnie kliknij typ pomiaru, aby wybrać trend, temperaturę i rozmiar. W obszarze Materiał wybierz odpowiedni materiał i współczynnik załamania światła. W obszarze dyspergatora wybierz odpowiedni rozpuszczalnik.W obszarze sekwencja ustaw temperaturę początkową i końcową zarówno dla eksperymentów z ogrzewaniem, jak i chłodzeniem. Następnie odznacz pole powrotu do temperatury początkowej. Wybierz interwał dla każdej zmiany kroku temperatury i w obszarze pomiaru wielkości ustaw czas równowagi.Wybierz trzy pomiary w trybie automatycznym dla czasu trwania pomiaru. Następnie zapisz protokół i zamknij plik. Jeśli ma być użyte przyłożone napięcie, wybierz dwa przewody, które są wystarczająco cienkie, aby zmieścić się w małej szczelinie w prawym górnym rogu obszaru uchwytu kuwety DLS.Zdejmij izolację z jednego końca jednego przewodu, aby ułatwić połączenie z potencjostatem. Na przeciwległym końcu tego samego drutu krótki zacisk aligatora do drutu i przymocuj zacisk do kuwety. Zacisnąć biały przewód referencyjny potencjostatu i czerwony przewód przeciwpotencjostatu do jednego z przygotowanych drutów i zacisnąć zielony przewód roboczego potencjostatu i niebieski przewód potencjostatu działającego do drugiego przygotowanego drutu.Pozostaw pomarańczowy czujnik licznika i czarne przewody potencjostatu unoszą się na wodzie, nie dotykając żadnego innego sprzętu lub materiałów. Na pasku narzędzi oprogramowania Gamry kliknij eksperyment i elektrochemia fizyczna E, a następnie wybierz chronoamperometrię. Ustaw napięcie kroku wstępnego, kroku pierwszego i kroku drugiego w stosunku do odniesienia do przyłożonego napięcia w całym polu kuwety.Ustaw napięcie na jeden wolt w stosunku do odniesienia dla wszystkich trzech kroków. Ustaw zarówno krok jeden, jak i krok drugi, aby kontrolować, jak długo napięcie będzie stosowane, i ustaw okres próbkowania, aby wybrać, jak często wykres będzie odczytywał i rejestrował wartości prądu i napięcia. Kliknij przycisk OK. Zostanie wyświetlony aktywny znak wskazujący, że voltage jest przykładany.W oprogramowaniu Malvern DLS kliknij przycisk zmierz i kliknij przycisk rozpocznij SOP. Gdy tekst u dołu okna standardowego protokołu operacyjnego brzmi wstaw komórkę i naciśnij start, gdy będzie gotowy, kliknij przycisk start, aby rozpocząć eksperyment. Każde wyjście pliku w czasie rzeczywistym dla każdego przebiegu w rampie temperatury można wybrać niezależnie, aby wyświetlić rozmiar woluminu i współczynnik korelacji.Wykresy korelacji, które mają ogólnie gładką krzywą, są uważane za dobrej jakości, podczas gdy wykresy niegładkie lub dane niskiej jakości powinny być brane pod uwagę przy wykluczaniu z analizy. Jak zaobserwowano, poli-NIPAM wykazuje LCST w temperaturze 30 stopni Celsjusza, temperaturze zbliżonej do wartości opisanych w literaturze. Bez napięcia poli-NIPAM jest w stanie agregować i dezagregować w badanym zakresie temperatur, powracając do swojej pierwotnej wielkości i wykazując oczekiwaną odwracalność.Pod wpływem napięcia poli-NIPAM zmienia się z rozpuszczalnego na agregujący do rozmiaru 2 000 nanometrów, a następnie zmniejsza się do rozmiaru około 1 000 nanometrów podczas chłodzenia, nigdy nie wracając do pierwotnego stanu rozpuszczalnego. W tym miejscu pokazane są aktualne dane z poly-NIPAM z zastosowanym napięciem oraz eksperymentami ogrzewania i chłodzenia odpowiadającymi poprzednim danym. W tym eksperymencie 26 stopni Celsjusza było kluczowym punktem przejścia poli-NIPAM, w którym zaobserwowano zmianę fazową za pomocą DLS.Przy 40 stopniach Celsjusza maksymalna temperatura w pomiarze została osiągnięta przed cyklem chłodzenia. Jeśli prąd nie jest dokładnie monitorowany, dane mogą zostać błędnie zinterpretowane i potencjalnie źle zrozumiane. Na przykład w tej analizie napięcie było stosowane tylko losowo i sporadycznie, co skutkowało trendem bardziej zbliżonym do stanu braku napięcia.Standard jest użytecznym wskaźnikiem konfiguracji i jakości danych. Czyste standardowe wyniki pokazują, że eksperyment można ukończyć z większą szansą na powodzenie. Naukowcy mogą wykorzystać tę procedurę do przetestowania zachowania agregacji polimerów lub innych polimerów reagujących elektrochemicznie z przyłożonym napięciem.Obecnie badamy, dlaczego następuje przesunięcie LCST i dlaczego występuje nieodwracalne zachowanie agregacji. Oczekujemy, że to naukowe pytanie dostarczy więcej informacji na temat zachowania LCST.

application-voltage-dynamic-light-scattering-particle-size

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Source: Moore, M. D., et al. Alternative In Vitro Methods for the Determination of Viral Capsid Structural Integrity. J. Vis. Exp. (2017)The video demonstrates a protocol for monitoring the heat-induced aggregation of virus-like particles using dynamic light scattering (DLS). It begins with preparing a monodisperse suspension of purified particles. The sample is then loaded into a preheated DLS instrument. As the capsid proteins denature with heat, exposed hydrophobic regions cause particle...

Tracking Aggregation of Virus-Like Particles Using Dynamic Light Scattering

W tym artykule przedstawiono metodę izolacji egzosomów z krwi pełnej i dalszej analizy za pomocą śledzenia nanocząstek za pomocą półautomatycznego instrumentu. Prezentowana technologia zapewnia niezwykle czułą metodę wizualizacji i analizy cząstek w ciekłej zawiesinie.

Innowacyjna metoda kwantyfikacji egzosomów i pomiaru wielkości

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)

Przedstawiono protokół bezpośredniego pomiaru rozkładu wielkości cząstek w stężonych roztworach za pomocą dynamicznej mikroskopii rozpraszania światła.

Pomiar rozkładu wielkości cząstek w mętnych roztworach za pomocą mikroskopii dynamicznego rozpraszania światła

Eksperymentalnie dostępna analogowa metoda badania molekularnych procesów hydrodynamicznych w gęstych płynach jest prezentowana. Technika ta wykorzystuje obrazowanie prędkości cząstek wibrujących pryzm zboża o wysokiej restytucji i umożliwia bezpośrednią, makroskopową obserwację procesów dynamicznych, o których wiadomo i przewiduje się, że zachodzą w silnie oddziałujących gazach i cieczach o dużej gęstości.

Analogowa technika makroskopowa do badania molekularnych procesów hydrodynamicznych w gęstych gazach i cieczach

Ten protokół opisuje syntezę cząstek magnetycznych i ocenę ich właściwości wiązania DNA za pomocą dynamicznego i elektroforetycznego rozpraszania światła. Metoda ta koncentruje się na monitorowaniu zmian wielkości cząstek, ich polidyspersyjności i potencjału zeta powierzchni cząstek, które odgrywają główną rolę w wiązaniu materiałów takich jak DNA.

Analiza wiązania cząstek DNA-magnetycznych za pomocą dynamicznego i elektroforetycznego rozpraszania światła

Tutaj prezentujemy protokół kontrolowanej produkcji mikrokryształów białka. W procesie wykorzystuje się zautomatyzowane urządzenie pozwalające na kontrolowaną manipulację kilkoma parametrami krystalizacji. Krystalizacja białka odbywa się poprzez kontrolowane i zautomatyzowane dodawanie roztworów krystalizacyjnych przy jednoczesnym monitorowaniu i badaniu rozkładu promienia cząstek w kropli krystalizacji.

Hodowla kryształów białkowych o różnych wymiarach przy użyciu automatycznej krystalizacji połączonej z dynamicznym rozpraszaniem światła in situ

Ten protokół opisuje użycie asymetrycznego frakcjonowania przepływu w połączeniu z detekcją UV-vis do określenia wielkości próbki nieznanej próbki nanocząstek złota.

Frakcjonowanie w polu przepływu asymetrycznego do wymiarowania nanocząstek złota w zawiesinie

Pokazujemy, jak używać nowatorskiego instrumentu do analizy śledzenia nanocząstek, aby oszacować rozkład wielkości i całkowite stężenie cząstek pęcherzyków zewnątrzkomórkowych wyizolowanych z mysiej tkanki tłuszczowej okołokomórkowej i ludzkiego osocza.

Analiza śledzenia nanocząstek w celu ilościowego określenia i określenia wielkości pęcherzyków zewnątrzkomórkowych

Analiza śledzenia nanocząstek (NTA) jest powszechnie stosowaną metodą do charakteryzowania pęcherzyków zewnątrzkomórkowych. W artykule przedstawiono parametry eksperymentalne i kontrolne NTA oraz jednolitą metodę analizy i charakterystyki próbek i rozcieńczalników niezbędną do uzupełnienia wytycznych zaproponowanych przez MISEV2018 i EV-TRACK w zakresie odtwarzalności między laboratoriami.

Poprawa odtwarzalności w celu uzyskania minimalnych informacji do badań pęcherzyków zewnątrzkomórkowych Wytyczne z 2018 r. dotyczące analizy śledzenia nanocząstek

Dynamiczne rozpraszanie światła (DLS) okazało się odpowiednim testem do oceny wielkości i rozkładu cząstek podawanych dożylnie kompleksów żelazowo-węglowodanowych. Jednak protokoły nie są ustandaryzowane i muszą być modyfikowane dla każdego analizowanego kompleksu żelaza i węglowodanów. Niniejszy protokół opisuje zastosowanie i szczególne uwagi dotyczące analizy żelaza i sacharozy.

Analiza dynamicznego rozpraszania światła w celu określenia wielkości cząstek kompleksów żelazo-węglowodan

Poznaj metodę analizy polimerów reagujących na bodźce przy zastosowaniu napięcia w roztworze. Technika DLS pozwala obserwować dynamikę agregacji poly-NIPAM z potencjalnym zastosowaniem w czujnikach i robotyce miękkiej.

Zastosowanie napięcia w dynamicznej analizie wielkości cząstek rozpraszających światło

Przeglądaj więcej filmów