Name: Síntese controlada e Fluorescência de rastreamento de Poly altamente uniforme ( N -isopropylacrylamide) microgéis (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 34 s
Description: Aprenda a síntese controlada de microgéis de poli(N-isopropilacrilamida) e o rastreamento por fluorescência de partículas individuais em sistemas densos. Este método permite estudar a dinâmica de difusão em transições vítreas.

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A Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) é reconhecida pelo apoio financeiro no âmbito do Sonderforschungsbereich SFB 985 "Microgéis Funcionais e Sistemas de Microgel".

1. Microgel Síntese NOTA: -isopropylacrylamide N (NiPAM) foi recristalizado a partir de n-hexano. Outros reagentes foram utilizados como recebidos. <ol><li> Síntese descontínuos convencionais de poli (NiPAM) microgéis Matrix <ol><li> Dissolve-se 1,8 g de NiPAM e 24 mg de N, N &#39;-bisacrylamide (BIS) em 245 ml de filtrado (0,2 um de celulose regenerada (RC) de filtro de membrana) de água bi-destilada em um 500 ml de três tubuladuras equipado balão de fundo redondo com um condensador de refluxo, um agitador e um septo de borracha. </li><li> Inserir um termómetro e uma agulha 120 mm na entrada de azoto, através do septo. </li><li> Aquece-se a solução a 60 ° C, enquanto se agitava. Desoxigena-se a solução por purga com azoto durante 40 min. </li><li> Simultaneamente preparar uma solução de iniciador de persulfato de potássio 155 mg (KPS) em 5 ml de água filtrada bidestilada e bolha a solução com azoto para remover o oxigénio. </li><li> Transfira os completos 5 ml KPS solução em uma seringa de azoto lavada equipada com uma agulha de 120 mm. </li><li> Levantar a agulha de azoto acima do nível da solução no balão de três tubuladuras e adicionar a solução KPS rapidamente através do septo de borracha para dentro do reactor. </li><li> Deixe a polimerização prosseguir durante 1 hora sob fluxo de azoto e agitação lenta a 60 ° C. </li><li> Utilizando um funil de Buchner e o filtro de papel de filtrar a solução reaccional quente, a fim de desfazer agregados grandes. Deixe a dispersão arrefeça. </li><li> Centrifugar a dispersão e redispersar três vezes durante 40 minutos a 257000 x g e finalmente redispersar o sedimento em uma quantidade mínima viável de água destilada duas vezes. Tipicamente, isto é 2-4 ml. </li><li> Liofilizar a dispersão para o armazenamento. </li></ol></li><li> Não agitada Síntese de poli (NiPAM) microgéis marcado fluorescentemente <ol><li> Pesar 257,7 mg Nipam, 3,5 mg BIS, e 1,5 mg metacriloxietil tiocarbamoï¿½o rodamina B (corante) em recipiente de vidro e adicione 10 ml de destilar dupla filtradaágua ed. </li><li> Ultrasonicate a solução de corante-monómero durante 15 min para dissolver o corante na água. </li><li> Preparar a mesma solução sem o corante para um recipiente de vidro separada. </li><li> Prepare a várias diluições da solução de monómero com o corante utilizando a solução de monómero, sem o corante para se obter uma série de concentrações com várias concentrações de corantes. Neste trabalho, usar corante na gama de concentrações de 0,02-0,1 mmol / L. </li><li> Dissolver 8,4 mg KPS em 10 ml de água filtrada duas vezes destilada, a fim de obter a solução de iniciador. </li><li> Transferir 0,5 ml da série de concentrações e 0,5 ml da solução KPS a tubos de ensaio com 10 mm de diâmetro para obter as soluções de reacção finais e selá-los com septos de borracha. </li><li> Pré-aqueça num banho de óleo num recipiente de vidro de parede dupla ligada a um circulador de aquecimento a 63 ° C. </li><li> Deoxygenize as soluções de reacção por purga com azoto através de agulhas de 120 mm por 20 min. </li><li> Inserir os tubos em afloating plataforma e mergulhe a plataforma para o banho de óleo pré-aquecido. Ajustar a temperatura para 60 ° C. Inicialmente, a temperatura mais elevada no banho é necessário que as soluções à temperatura ambiente arrefecer o banho. Para uma alta precisão de partícula tamanho de sintonia o controlo da temperatura durante a reacção inicial tem de ser rigorosa, tipicamente ± 0,1 ° C. </li><li> Deixe que a reacção prossiga durante um tempo apropriado. Tipicamente 1 hora é suficiente. </li><li> Transferir os tubos de reacção rápida para uma estufa a 60 ° C e colocar uma gota da dispersão quente para 10 ml de água destilada filtrada dupla pré-aquecido sobre o volume PNIPAM temperatura de transição de fase (VPTT, 32 -34 ° C) 1, para a caracterização de DLS na estado colapsado. </li><li> Deixe o resto das dispersões de arrefecer até à temperatura ambiente e transferi-los para dentro de tubos de centrífuga. </li><li> Centrifugar a solução três vezes durante 40 minutos a 257000 x g e diluir os microgéis, finalmente, em 2 ml de água destilada filtrada dupla foR utilização como partículas marcadoras. </li></ol></li></ol> 2. Dispersão de Luz Caracterização <ol><li> Hidrodinâmica Radius Determinação no estado recolhido pela Dynamic dispersão de luz <ol><li> Lave cuvetes e copos com vapor de acetona. </li><li> Calor 10 ml de água filtrada duas vezes destilada (por exemplo, 200 nm ou menor filtro RC) mais PNIPAM VPTT. </li><li> Transferir uma gota de dispersão quente para a água filtrada usando uma agulha pré-aquecida (0,9 x 40 mm) e a seringa (1 ml). </li><li> Temperar o DLS goniometer banho índice de jogo a 50 ° C e transferir a amostra para o aparelho sem deixá-lo esfriar. </li><li> Encontrar o maior ângulo de dispersão onde a intensidade dispersa é suficiente para adquirir um correlogramas através da realização de medições de teste. <ol><li> Inserir a cuvete de amostra (tubo de vidro de 10 mm de diâmetro com 1 ml de dispersão de partículas). Mover o braço detector de ângulo de espalhamento pequeno (aqui 30 °). </li><li> Verifique o perfil do feixe for espalhamento múltiplo: no brilho em torno do feixe primário, sem espalhamento múltiplo, etc. Verifique se a faixa de contagem é apropriado para a medição no ângulo de espalhamento menor (aproximadamente entre 30 e 600 kHz; canto superior direito da janela do software.). </li><li> Mover o braço do goniômetro para o maior ângulo de espalhamento (escolher 120 ° aqui). Verificar que a taxa de contagem é ainda suficientemente elevada para a medição (entre 30 e 600 kHz). Se a intensidade é muito baixa, mover o braço para diminuir o ângulo de espalhamento. </li></ol></li><li> Verifique o feixe visualmente através do vidro banho de tolueno no ângulo de espalhamento menor, se brilho ao redor do feixe incidente é observado espalhamento múltiplo ocorre. Neste caso, reduzir a intensidade do laser ou usar uma maior diluição. </li><li> Adquirir 20 correlogramas entre o ângulo de espalhamento mínimo e máximo (por exemplo, 30 ° - 140 °), com tempo mínimo de aquisição de 60 seg. Aumentar o tempo de aquisição de fraca intensidade grandes ângulos de espalhamentose necessário. </li></ol></li><li> Análise de Dados 37 <ol><li> Calcular espalhamento magnitudes vector para o ângulo de dispersão de acordo com a <img alt="Eq 2" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq2.jpg" /> , Onde n é o índice de refracção da dispersão, <img alt="Eq 3" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq3.jpg" /> o comprimento de onda do laser e no vácuo <img alt="Eq 4" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq4.jpg" /> o ângulo de espalhamento. </li><li> No caso de o software de medição proporciona a função de correlação de intensidade <img alt="Eq 5" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq5.jpg" /> , Transformá-lo em função de correlação campo elétrico <img alt="Eq 6" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq6.jpg" /> de acordo com <img alt="Eq 7" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq7.jpg" /> . Parâmetro <img alt="Eq 8" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq8.jpg" /> é um parâmetro fundamental desinteressante relacionada com o grau de coerência espacial da luz dispersa over área do detector. </li><li> Realizar análise cumulant em correlogramas, ou seja, se encaixam polinômio de segunda ordem ao logaritmo de cada função de correlação campo elétrico <img alt="Eq 9" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq9.jpg" /> por mínimos quadrados lineares. <img alt="Eq 8" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq8.jpg" /> aparece como a intercepção da forma e seu valor exato não é importante no que diz respeito à análise de dados. Restringir o ajuste de um valor τ tempo de atraso significativo, por exemplo, de modo que a amplitude de correlação é de 10 - 20% da amplitude máxima. O coeficiente do primeiro termo de ordem é a taxa de decaimento médio da função de correlação, <img alt="Eq 10" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq10.jpg" /> . </li><li> Encontre o valor mais provável para o coeficiente de difusão médio <img alt="Eq 11" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq11.jpg" /> das partículas por mínimos quadrados lineares caber em <img alt="Eq 12" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq12.jpg" /> . E se<img alt="Eq 10" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq10.jpg" /> contra <img alt="Eq 13" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq13.jpg" /> não parece linear e percorrer a origem dentro do erro, a distribuição de tamanho de partícula é amplo e hidrodinâmico raio será mal definida. </li><li> Calcular o raio hidrodinâmico de a relação de Stokes-Einstein <img alt="Eq 14" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq14.jpg" /> , onde <img alt="Eq 15" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq15.jpg" /> é o coeficiente de Boltzmann, <img alt="Eq 16" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq16.jpg" /> a temperatura absoluta e <img alt="Eq 17" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq17.jpg" /> a viscosidade da dispersão em <img alt="Eq 16" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq16.jpg" /> . Propagar o desvio padrão de <img alt="Eq 11" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq11.jpg" /> para <img alt="Eq 18" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq18.jpg" /> . </li&gt; </ol></li><li> Determinação Estrutura de partículas por dispersão de luz estática <ol><li> Lave cuvetes e copos com vapor de acetona. Use 20 mm de diâmetro ou maiores cuvetes para minimizar o efeito da lente cilíndrica. </li><li> Filtro (200 nm, filtro RC ou menor) a cerca de 20 ml de água duplamente destilada para um frasco de vidro e transferir uma gota de dispersão purificado ao frasco. Lavar o filtro com 10 ml de água antes de o utilizar para a preparação da amostra para remover impurezas restantes do processo de fabrico. </li><li> Verifique amostra contra qualquer fonte de luz ambiente. Se for observado azul de matiz, a amostra é susceptível de ser demasiado concentrada. Dilui-se em conformidade. </li><li> Prepare a amostra de água de lavagem do fundo da cuvete várias vezes com água e filtrou-se em seguida encher-se o volume adequado da amostra, dependendo da cuvete e a posição do laser no instrumento. O laser tem de passar através da amostra sem ser refractada do menisco. </li><li> Calibrar o instrument utilizando uma amostra de tolueno. </li><li> Medir a dispersão de água (fundo) em toda a gama angular disponível. </li><li> Medir a intensidade de dispersão da amostra em toda a gama angular disponível em vários comprimentos de onda de um modo preferido. O padrão de dispersão normalizados para a intensidade de dispersão para a frente é conhecido como o factor de forma. </li><li> Se a estrutura da partícula é conhecido, use a expressão modelo adequado para calcular o ajuste global sobre os conjuntos de dados medidos em diferentes comprimentos de onda. </li><li> Para uso estrutura da partícula desconhecida regularizada direta (como FitIt! 33) ou um inversa indireta mais geral transformada de Fourier 21,22 rotina em conjunto com deconvolução da função de distribuição par distância (apenas para partículas esféricas) 23,24 para a classificação aproximada de partículas digitar. </li><li> No caso de a rotina de ajuste ou inversão fornece uma estimativa da função de distribuição de raio de partícula, calcular a polidispersidadeíndice (desvio-padrão da distribuição dividido por sua média). </li></ol></li></ol> 3. Rastreamento de Partículas pelo Largo-campo microscopia de fluorescência NOTA: Tracer e matriz de partículas de 465 ± 7 nm e 405 ± 7 nm raio hidrodinâmico a 20 ° C, respectivamente, foram usados ​​para o rastreamento de partícula. <ol><li> Preparação de amostra <ol><li> Prepare dispersão microgel matriz concentrada por redispersão quantidade conhecida de microgel sem rótulo liofilizado a quantidade conhecida de água bidestilada. Adicionar um volume pequeno de partículas marcadoras marcadas. </li><li> Confirmar a concentração do traçador microgel apropriada no microscópio. A concentração óptima é um compromisso entre as aquisições simultâneas de número máximo de faixas, ao mesmo tempo que a concentração do traçador suficientemente baixo de modo que a probabilidade de que as faixas de traçador de partículas cruzada durante a aquisição é negligenciável. </li><li> Preparar dispersões concentradas por evaporaçãoágua num forno. Determinar a concentração de peso por comparação ao peso da dispersão para o peso original da amostra antes da evaporação. </li></ol></li><li> Aquisição de Dados e Análise <ol><li> Usar uma lente objectiva adequado da ampliação desejada e a abertura para a excitação dos marcadores de fluorescência simultânea e recolha da amostra. Neste trabalho, use uma 100X / 1.3 NA imersão em óleo lente objetiva. </li><li> Coloque a câmara de umidade sobre uma mesa xyz-piezo, que se encaixa em um microscópio comercial. </li><li> Para evitar que a amostra de secagem, coloque um plasma limpo lamela de cobertura para dentro da câmara de humidade e pipeta de 10 uL de poli (NiPAM) dispersão da concentração desejada para o deslizamento. </li><li> Dependendo da excitação e emissão de espectros de o corante fluorescente, utilizar um laser adequado para excitação e ajustar a potência de laser de forma adequada. A intensidade deve ser suficientemente baixa para evitar a fotodegradação rápida dos corantes, mas aao mesmo tempo forte o suficiente para o posicionamento preciso única partícula (ver abaixo). Neste trabalho, utilizar um laser de estado sólido bombeado-diodo 561 nm e manter constante a potência do laser a 16 mW (cerca de 0,5 kW cm-2 no exemplo) para todas as medições. </li><li> Para obter a iluminação da amostra homogénea, utilize a configuração de iluminação crítica descrita aqui. Para isso, par o laser em uma fibra multimodo (NA 0,22 ± 0,02, 0,6 mm de diâmetro do núcleo), agitar a fibra utilizando um agitador, a fim de temporalmente médios para fora manchas de laser, e projetar a fibra termina no plano da amostra. </li><li> Calibrar a distância z a partir da reflexão de trás da lâmina de cobertura e se concentrar vários micrômetros na amostra movendo o objetivo ligeiramente para cima e corrigir o z-position usando um z-compensador. Isto evita quaisquer efeitos de interface com a lamela. </li><li> Ajustar os parâmetros do detector, tais como o tempo de exposição, com a força do sinal de fluorescência. Neste caso, usar uma câmera EMCCDcom tempo de exposição de 0,1 segundos, o elétron de modo e ganho de 50 multiplicando. </li><li> Adquirir vários filmes com o número apropriado de quadros para obter intervalo de tempo adequado para calcular o deslocamento quadrático médio dos microgéis em diferentes regiões da amostra. Neste trabalho, use aquisição números de quadro de 500 ou 1.000 quadros. </li><li> Analisar os dados posicionando as partículas em cada quadro usando encaixe Gaussian 25 e usar um algoritmo de rastreamento de partícula apropriado 26 para obter o deslocamento quadrático médio. 27 Calcular os valores médios e desvio padrão pela média sobre todas as faixas em todos os filmes. Calcule as longas coeficientes de difusão tempo de atraso por meio de regressão linear de <img alt="Eq 19" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq19.jpg" /> , Onde <img alt="Eq 20" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq20.jpg" /> é o deslocamento quadrático médio, D o coeficiente de difusão média e τ o tempo de atraso. </li><li> HusaImate o γ parâmetro anomalia da equação de difusão anômala <img alt="Eq 21" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq21.jpg" /> por transformação dos dados para escala logarítmica, obtendo-se <img alt="Eq 22" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq22.jpg" /> . O parâmetro anomalia <img alt="Eq 23" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq23.jpg" /> é dada pela derivada da trama. O derivado pode ser estimado pelas diferenças finitas dos pontos de dados, ou ajustando os pontos de dados por funções polinomiais e diferenciar analiticamente. Determinar o grau suficiente de as funções de ajuste polinomial plotando os resíduos em forma e norma residual para o aumento da ordem polinomial. </li><li> Repetir o mesmo procedimento para as diferentes concentrações de matrizes de microgel. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

A adição de pequenas quantidades de co-monómero funcional pode ter um efeito significativo sobre o tamanho das partículas e da estrutura dos microgéis PNIPAM derivado. Simultânea em pequena escala tubo de ensaio de polimerização é um bom método para contabilizar tais mudanças, e ajuda a localizar rapidamente as composições de reagentes adequados para o tamanho de partícula alvo para redimensionar o reacção conforme necessário. A massa da...

Estímulos sensíveis poli (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgï¿½s 1,2 têm atraído o interesse contínuo sobre as últimas duas décadas devido ao seu potencial em várias aplicações inteligentes. Casos de uso demonstrados incluem estabilizadores comutáveis ​​emulsão 3-8, microlentes 9, substratos de cultura de células para facilitar a colheita de células 10,11 e transportadores inteligentes para compostos de baixo peso molecular e outros biomédica utiliza 12. De um ponto de pesquisa fundamental de vista estas partículas têm provado ser útil para investigar temas como interações coloidais 13-15 e interações polímero-solvente 16-18. O uso bem sucedido de microgéis PNIPAM e seus derivados em qualquer dada aplicação, tipicamente requer o conhecimento sobre o tamanho de partícula médio e a largura da distribuição de tamanho de partícula. Para a correta interpretação dos resultados experimentais envolvendo PNIPAM microgeles, a estrutura da partícula, que pode ser afectada por comonómeros funcionais, tem de ser conhecida. Estática e dinâmica de espalhamento de luz (DLS e SLS, respectivamente) são excepcionalmente adequado para adquirir esta informação porque esses métodos são rápidos e relativamente fácil de usar; e eles sondar as propriedades de partícula de forma não invasiva no seu ambiente nativo (dispersão). DLS e SLS também coletar dados de grande número de partículas evitando o viés decorrente de pequenos tamanhos de amostra, típicos para métodos de microscopia. Portanto, o primeiro objetivo deste trabalho é apresentar boas práticas em matéria de dispersão de luz para os profissionais novos para a caracterização coloidal. Tipicamente, a precipitação a polimerização é realizada em escala laboratorial e encontrando as condições de reacção adequadas para as propriedades específicas de partículas pode ser trabalhoso e requerem muitas repetições de síntese. Em contraste com a síntese do lote grande, a polimerização não é agitada precipitação 19,20 ARAPID procedimento no qual os lotes de composição reagente diferente pode ser polimerizado simultaneamente partículas rendimento de distribuição estreita de tamanhos. polimerização simultânea minimiza a variação experimental e grande produção significa que as condições de reação adequadas podem ser encontradas rápida para upscaling a reação. Por isso, o nosso objectivo é a segunda demonstrar a utilidade da polimerização não-precipitação agitada em prototipagem e em aplicações que não requerem uma grande quantidade de produto. Diferentes aspectos da síntese e caracterização se reúnem no exemplo de aplicação da marcação fluorescente microgéis PNIPAM em investigação interacção coloidal. Aqui usamos rastreamento única partícula de alta precisão para investigar a difusão de microgéis tracer rotulados na dispersão de microgéis de matriz não marcados em uma ampla faixa de concentração da matriz e resolver o efeito gaiola em dispersão coloidal concentrado. microscopia de fluorescência de campo amplo é bem adequado for este propósito, uma vez que pode caracterizar o comportamento específico de algumas moléculas marcadoras entre um grande número de diferentes espécies potencialmente matriz. Isto está em contraste com técnicas tais como DLS, SLS e reologia, que medem as propriedades média do conjunto de sistemas e, portanto, não é possível resolver o comportamento de pequeno número de partículas de sonda num sistema de grande. Além disso, neste exemplo específico métodos de dispersão de luz convencionais não podem ser utilizados também, devido à alta concentração de partículas, o que leva a uma forte dispersão múltipla invalidando a análise standard. Uso de tratamento automatizado de dados e métodos estatísticos permitem a análise do comportamento do sistema geral também para rastreamento de uma única partícula, quando a média ao longo de grandes tamanhos de amostra.

<table><tbody><tr><td>Acetona</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-hexano</td><td>Merck</td><td>104374</td><td></td></tr><tr><td>N-isopropilacrilamida</td><td>Fisher Scientific</td><td>AC412785000</td><td>recristalizado a partir de n-hexano</td></tr><tr><td>Metacriloxietil tiocarbamoil rodamina B</td><td>Polysciences</td><td>23591</td><td></td></tr><tr><td>Peroxodissulfato de potássio</td><td>Merck</td><td>105091</td><td></td></tr><tr><td>Óleo de silicone 47 V 350</td><td>VWR Chemicals</td><td>83851</td><td></td></tr><tr><td>Tolueno</td><td>Sigma Aldrich</td><td>244511</td><td></td></tr><tr><td>F12 Termostato refrigerado/aquecedor</td><td>Julabo</td><td>9116612</td><td></td></tr><tr><td>Microscópio</td><td>Olympus</td><td>IX83</td><td></td></tr><tr><td>XY(Z) Sistema Piezo</td><td>Physik Instrumente</td><td>P-545.3R7</td><td></td></tr><tr><td>100X Objetiva de imersão em óleo</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>Fibra multimodo</td><td>Thorlabs</td><td>UM22-600</td><td></td></tr><tr><td>iXON Ultra 897 EMCCD câmera</td><td>Andor</td><td>DU-897U-CS0-BV</td><td></td></tr><tr><td>Goniômetro a laser</td><td>SLS Systemtechnik</td><td>Mark III</td><td></td></tr><tr><td>CF40 Circulador criocompacto</td><td>Julabo</td><td>9400340</td><td></td></tr><tr><td>Sistema de goniômetro a laser&nbsp;</td><td>ALV GmbH</td><td>ALV / CGS-8F</td><td></td></tr><tr><td>Corretor multi-tau</td><td>ALV GmbH</td><td>ALV-7004</td><td></td></tr><tr><td>Eletrônica de espalhamento de luz</td><td>ALV GmbH</td><td>ALV / LSE 5004</td><td></td></tr><tr><td>Módulo de contagem de fótons</td><td>PerkinElmer</td><td>SPCM-CD2969</td><td>2 unidades em modo de pseudo-correlação cruzada</td></tr><tr><td>633 nm HeNe Laser</td><td>JDS Uniphase</td><td>1145P</td><td></td></tr><tr><td>F32 Refrigerado/aquecimento circulador</td><td>Julabo</td><td>9312632</td><td></td></tr></tbody></table>

síntese controlada e fluorescência de rastreamento de poly altamente uniforme (<em&gt; n</em&gt; -isopropylacrylamide) microgéis

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

Estímulos sensíveis poli (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgï¿½s têm várias aplicações práticas potenciais e usa na investigação fundamental. Neste trabalho, usamos única partícula de rastreamento microgï¿½s PNIPAM de fluorescente etiquetado como uma vitrine para ajustar o tamanho da microgel por um procedimento de precipitação rápida polimerização não se mexeu. Esta abordagem é adequada para prototipagem novas composições e condições de reacção ou para aplicações que não necessitam de grandes quantidades de produto. síntese do microgel, tamanho de partícula e a determinação da estrutura por difusão de luz dinâmica e estática são detalhados no protocolo. Mostra-se que a adição de comonómeros funcionais pode ter uma grande influência sobre a nucleação e a estrutura das partículas. acompanhamento de uma única partícula por microscopia de fluorescência de campo amplo permite uma investigação sobre a difusão de microgéis tracer rotulados de uma matriz concentrada de microgéis não marcado, um sistema que não é facilmente investigado pelaoutros métodos, tais como dispersão de luz dinâmica.

O número de partículas de microgel PNIPAM no lote e, assim, o volume de partículas final, é determinado no início da reacção, durante a fase de nucleação 20 Hidrofóbica metacriloxietil corante de co-monómero tiocarbamoilo rodamina B influencia a nucleação, reduzindo a densidade do número de partículas no lote. A diminuição da concentração de partículas para duas concentrações Nipam iniciais diferentes podem ser visto...

Não agitada polimerização precipitação fornece uma abordagem de prototipagem rápida, reprodutível para a síntese de estímulos-Sensitive poli (N -isopropylacrylamide) microgéis de distribuição de tamanhos estreita. Nesta síntese protocolo, luz caracterização dispersão e rastreamento de partículas de fluorescência única dessas microgï¿½s em uma configuração de microscopia de campo amplo são demonstrados.

Síntese controlada e Fluorescência de rastreamento de Poly altamente uniforme (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) microgéis

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

O objetivo geral deste trabalho é investigar o comportamento dinâmico e a interação de partículas coloidais moles em dispersões com diversas densidades de partículas nas proximidades da transição vítrea. Microgeis são objetos moles que podem adaptar seu tamanho, forma e mobilidade de acordo com seus ambientes. Em contraste com partículas coloidais rígidas, existem muitas questões em aberto sobre o comportamento de microgeis moles.A principal vantagem da microscopia de fluorescência em campo amplo é a possibilidade de localizar microgéis individuais com alta precisão, acompanhar diretamente seu movimento em C2 e analisar as quantidades de difusão. Para investigar a dinâmica de microgéis individuais em sistemas densos, apenas um pequeno número de microgéis deve ser marcado fluorescentemente. A polimerização por precipitação não agitada permite a síntese paralela de microgéis com condições reacionais variáveis, facilitando o ajuste do tamanho dos microgéis marcados e não marcados. A dispersão dinâmica da luz fornece os raios hidrodinâmicos médios dos microgéis com uma precisão de alguns nanômetros. Dissolva 1,8 gramas de NIPAM e 24 miligramas de BIS em 245 mililitros de água duplamente destilada filtrada em um balão de fundo redondo de 500 mililitros com três bocas, equipado com condensador de refluxo, agitador e septo de borracha. Insira um termômetro e uma agulha de 120 milímetros para a entrada de nitrogênio através do septo.Aqueça a solução a 60 graus Celsius sob agitação. Em seguida, desoxigene a solução por meio de purgação com nitrogênio por 40 minutos. Simultaneamente, prepare uma solução de iniciador contendo 155 miligramas de persulfato de potássio, ou KPS, em cinco mililitros de água bidestilada filtrada, e borbulhe nitrogênio na solução para remover o oxigênio.Em seguida, lave uma seringa com nitrogênio e transfira toda a solução de KPS de cinco mililitros para uma seringa lavada com nitrogênio equipada com uma agulha de 120 milímetros. Levante a agulha de nitrogênio acima do nível da solução no frasco de três bocas e adicione rapidamente a solução de KPS através do septo de borracha para dentro do reator. Deixe a polimerização prosseguir por uma hora sob fluxo de nitrogênio e agitação lenta a 60 graus Celsius.Utilize um funil de Büchner e papel de filtro para filtrar a solução da reação quente e descarte quaisquer agregados grandes. Após deixar a dispersão esfriar, centrifugue e redisperse a dispersão três vezes durante 40 minutos a 257.000 vezes G. Por fim, redisperse o sedimento em uma quantidade mínima viável de água bidestilada antes de liofilizar a dispersão para armazenamento. Pese 257,7 miligramas de NIPAM, 3,5 miligramas de BIS e 1,5 miligramas de corante metacriloxietil tiocarbamoil rodamina B em um recipiente de vidro e adicione 10 mililitros de água bidestilada filtrada.Prepare a mesma solução sem o corante em um recipiente de vidro separado. Ultrassonique a solução de corante por 15 minutos para dissolver o corante na água. Prepare várias diluições da solução de monômero com o corante para obter uma série de concentrações.Aqui, utiliza-se corante na faixa de concentração de 0,02 a 0,1 milimol por litro. Em seguida, dissolva 8,4 miligramas de KPS em 10 mililitros de água bidestilada filtrada para obter a solução iniciadora. Transfira 0,5 mililitros da série de concentrações e 0,5 mililitros da solução de KPS para tubos de ensaio com diâmetro de 10 milímetros para obter as soluções finais de reação.Feche os tubos com septos de borracha. Pré-aqueça um banho de óleo em um recipiente de vidro com parede dupla conectado a um circulador de aquecimento até 63 graus Celsius. Desoxigene as soluções reacionais pela purgação com nitrogênio através de agulhas de 120 milímetros por 20 minutos.Em seguida, insira os tubos em uma plataforma flutuante e mergulhe a plataforma no banho de óleo pré-aquecido. Ajuste a temperatura para 60 graus Celsius. Para um ajuste de tamanho de partícula de alta precisão, o controle de temperatura durante a reação inicial deve ser rigoroso, tipicamente mais ou menos 0,1 grau Celsius.Deixe a reação prosseguir por um tempo apropriado. Normalmente, uma hora é suficiente. Após a reação, transfira rapidamente os tubos de reação para uma estufa a 60 graus Celsius.Coloque uma gota da dispersão quente em 10 mililitros de água bidestilada filtrada, previamente aquecida acima da temperatura de transição de fase volumétrica do poli-NIPAM, a fim de medir os raios hidrodinâmicos das partículas no estado colapsado. Deixe o restante das dispersões esfriar até a temperatura ambiente e transfira-as para tubos de centrífuga. Após a centrifugação da solução, dilua os microgéis em dois mililitros de água bidestilada filtrada para utilizá-los como partículas traçadoras.Para a determinação do raio hidrodinâmico no estado colapsado por espalhamento dinâmico de luz, primeiro lave as cubetas e vidrarias com vapor de acetona. Transfira aproximadamente um mililitro da dispersão diluída de partículas para uma cubeta de medição. Aqueça o banho de casamento de índice do goniômetro de espalhamento dinâmico de luz a 50 graus Celsius e transfira a amostra para o instrumento sem deixá-la esfriar.Insira a cubeta com a amostra e mova o braço do detector para o ângulo pequeno de espalhamento. Após verificar o perfil do feixe e a faixa de contagem conforme descrito no protocolo textual, mova o braço do goniômetro para o maior ângulo de espalhamento. Verifique se a taxa de contagem ainda é suficientemente alta para a medição.Se a intensidade for muito baixa, mova o braço para um ângulo de espalhamento menor. Em seguida, verifique visualmente o feixe através do vidro do banho de tolueno no menor ângulo de espalhamento. Se for observado um brilho ao redor do feixe incidente, ocorre espalhamento múltiplo.Adquira 20 correlogramas entre o ângulo de espalhamento mínimo e máximo com um tempo mínimo de aquisição de 60 segundos. Aumente o tempo de aquisição para ângulos de espalhamento grandes com intensidade fraca, se necessário. Utilize uma lente objetiva apropriada com a ampliação e abertura desejadas para a excitação dos traçadores e coleta simultânea de fluorescência da amostra.Neste trabalho, utiliza-se uma objetiva de imersão em óleo com abertura numérica de 100X e 1,3. Coloque a câmara de umidade sobre uma mesa pi-SO XYZ que se encaixa em um microscópio. Para evitar que a amostra seque, coloque um lamínula limpo por plasma na câmara de umidade e pipete 10 microlitros da concentração desejada de dispersão de poli-NIPAM.Dependendo dos espectros de excitação e emissão do corante fluorescente, utilize um laser apropriado para excitação e ajuste a potência do laser adequadamente. Um laser de estado sólido com bomba por diodo de 561 nanômetros é usado aqui com uma potência constante de 16 miliwatts. Para obter uma iluminação homogênea da amostra, acople o laser a uma fibra multimodo, agite a fibra usando um vórtex para média temporária dos granulados do laser e projete a extremidade da fibra no plano da amostra.Calibre a distância Z a partir da reflexão traseira da lamínula e foque alguns micrômetros dentro da amostra movendo levemente a objetiva para cima, fixando a posição Z com um compensador Z. Isso evita quaisquer efeitos de interface com a lamínula. Ajuste os parâmetros do detector, como o tempo de exposição, de acordo com a intensidade do sinal fluorescente.Neste caso, utiliza-se uma câmera EMCCD com um tempo de exposição de 0,1 segundos no modo de multiplicação eletrônica e um ganho de 50. Adquira diversos vídeos com o número apropriado de quadros para obter um tempo de latência adequado para calcular o deslocamento quadrático médio dos microgeis em diferentes regiões da amostra. Oito lotes de microgeis marcados foram sintetizados.Para seis lotes, as taxas de decaimento do correlograma aumentam linearmente com o quadrado da magnitude do vetor de espalhamento, o que indica uma distribuição estreita de tamanhos. Um ajuste que passa pela origem indica apenas difusão translacional. Para dois lotes, observa-se um comportamento não linear.O desvio é causado por uma distribuição ampla de tamanhos e por um mínimo no fator de forma da partícula, que coincide com a faixa do vetor de espalhamento. Para obter uma estimativa mais precisa do coeficiente médio de difusão das partículas, exclua esses pontos do ajuste. Uma alta razão sinal-ruído permite o rastreamento de microgeis fluorescentes.Sua difusão é restrita pela matriz de microgel não marcada. Concentrações mais altas da matriz de microgel não marcada à direita levam a um efeito de gaiola acentuado, no qual os microgéis fluorescentes ficam aprisionados em uma matriz não marcada de microgéis. Em baixas concentrações da matriz de microgel não marcada, os microgéis marcadores exibem difusão normal, o que é inferido a partir do aumento linear do deslocamento médio quadrático com o tempo de retardo.No entanto, em altas concentrações próximas da transição vítrea coloidal, eles exibem difusão não linear, representada pela evolução temporal não linear dos deslocamentos médios quadráticos. Em concentrações mais altas da matriz de microgel não marcada, os microgeis marcadores são aprisionados por vizinhos não marcados em gaiolas transitórias, conforme ilustrado pelos trajetos agrupados para 12 microgeis. A síntese paralela em pequena escala permite experimentação rápida com diferentes parâmetros de reação.Isso também minimiza qualquer variação experimental indesejada devido a diferenças de temperatura da reação. Em combinação com a cuidadosa caracterização por espalhamento dinâmico de luz, as condições de reação para o tamanho adequado de microgel podem ser determinadas rapidamente. Neste vídeo, demonstramos como a síntese controlada de microgéis nos permite investigar a difusão de microgéis individuais em soluções concentradas de microgéis por microscopia de fluorescência de campo amplo.Após este procedimento, será possível compreender como a estrutura dos microgéis controla suas propriedades. Isso abrirá caminho para o desenvolvimento de novos materiais moles interativos.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Química

Este trabalho descreve a formação de microgéis de poli(etilenoglicol) (PEG) por meio de uma reação de precipitação fotopolimerizada. O aumento do peso molecular do PEG aumentou o diâmetro do microgel e a taxa de inchaço. Adaptações simples à reação de precipitação de microgel PEG são exploradas para futuras aplicações de microgéis como veículos de entrega de medicamentos e andaimes de engenharia de tecidos.

Características dos microgéis de polietilenoglicol formados por precipitação são controlados pelo peso molecular dos reagentes

O nosso laboratório desenvolveu hidrogéis de poliacrilamida reticulada-ADN, um sistema dinâmico de hidrogel, para compreender melhor os efeitos da modulação da rigidez do tecido sobre a função das células. Aqui, nós fornecemos esquemas, descrições e protocolos para preparar estes hidrogéis.

Preparação de ADN de poliacrilamida reticulada-hidrogéis

Apresentamos um protocolo para sintetizar micro-hidrogéis Janus compostos inteiramente do mesmo material base, poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAAm), com uma estrutura claramente compartimentada baseada na separação de fases de uma solução supersaturada de monômero NIPAAm. Os microhidrogéis Janus sintetizados apresentam propriedades únicas, como termorresponsividade anisotrópica e capacidade de carga organofílica/hidrofílica.

Síntese de Poli (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels para anisotrópica Thermo-resposta e Organophilic / Carregando Capability hidrofílico

Uma síntese eficiente de três etapas de glicopolímeros fluorescentes à base de RAFT, consistindo em preparação de glicomonômeros, copolimerização e pós-modificação, é demonstrada. Este protocolo pode ser usado para preparar glicopolímeros estatísticos baseados em RAFT com estruturas desejadas.

Preparação fácil e eficiente de glicopolímeros fluorescentes Tri-componente via polimerização controlada pelo JANGADA

Um protocolo para a síntese e caracterização de movimento difusivo de polímeros cíclicos no único nível molécula é apresentado.

Síntese de polímeros cíclicos e Caracterização do seu movimento difusivo no estado fundido na molécula de nível único

Este manuscrito descreve a preparação de microgeles magnéticos e sensíveis ao calor através de uma emulsão induzida por temperatura sem reação química. Estes microgéis sensíveis foram sintetizados misturando nanopartículas de poli ( N- isopropilacrilamida) (PNIPAAm), polietilenimina (PEI) e de Fe 3 O 4 -NH 2 para o uso potencial em liberação de fármaco acionada magneticamente e termicamente.

Poli (Magnetic and Thermal-sensitive Poly)<em&gt; N</em&gt; Microgels com base em isopropilacrilamida) para liberação controlada com disparo magnético

Migração de células coletivas em desenvolvimento, cicatrização de feridas e metástase oncológica é muitas vezes guiada pelos gradientes de fatores de crescimento ou moléculas de sinalização. Descrito aqui é um sistema experimental que combina microscopia de tração com um sistema microfluídico e uma demonstração de como quantificar a mecânica da migração coletiva gradiente bioquímico.

Microscopia de tração integrada com Microfluidics para migração coletiva Chemotactic

Os nanogéis são uma plataforma de nanopartículas excelente e versátil para a entrega de produtos biológicos. Nanogéis poliméricos à base de polietilenoglicol responsivos a estímulos, capazes de encapsular cargas úteis à base de proteínas, foram sintetizados usando uma estratégia de co-nanopolimerização de reticulação de uma etapa em condições aquosas. A fabricação e caracterização ideais dessas novas nanopartículas são apresentadas aqui.

Síntese de Nanogéis Responsivos a Estímulos utilizando Reticulação Aquosa de Uma Etapa e Co-nanopolimerização

Hastes de microgel com grupos reativos complementares são produzidas via microfluídica com a capacidade de se interligar em solução aquosa. Os microgéis anisométricos encravam e se interligam em construções estáveis com poros maiores em comparação com sistemas baseados em esféricos. Microgéis modificados com GRGDS-PC formam construções 3D macroporosas que podem ser usadas para cultura celular.

Andaimes 3D macroporosos interligados de hastes de microgel

Este protocolo descreve um conjunto de métodos para sintetizar os blocos de construção de microgel para andaime de partículas de annealed microporoso, que podem ser usados para uma variedade de aplicações de medicamentos regenerativos.

Síntese Microfluiídica de Blocos de Construção de Microgel para andaime de partículas recíprocas microporosas

Aqui, apresentamos dois protocolos para incorporar reações de síntese proteica livre de células em matrizes de hidrogel em macroescala sem a necessidade de uma fase líquida externa.

Métodos para Incorporação de Reações de Síntese Proteica Livre de Células em Hidrogéis em Macroescala

Aprenda a síntese controlada de microgéis de poli(N-isopropilacrilamida) e o rastreamento por fluorescência de partículas individuais em sistemas densos. Este método permite estudar a dinâmica de difusão em transições vítreas.

Síntese controlada e Fluorescência de rastreamento de Poly altamente uniforme (

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