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

O objetivo geral deste experimento é caracterizar o movimento difusional de polímeros topológicos, especialmente polímeros cíclicos, sob condições emaranhadas no nível de molécula única. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da física de polímeros, como a dinâmica espaço-temporal dependente da topologia de polímeros. A principal vantagem dessa técnica é que a difusão heterogênea pode ser caracterizada quantitativamente no nível de cadeia única, que geralmente está oculto em algum nível.

Para iniciar este procedimento, dissolva o sal de perileno diimida em 150 mililitros de água e, em seguida, dissolva o poli monofuncional (THF) em quatro milímetros de acetona. Adicione a solução de acetona gota a gota à solução aquosa vigorosamente agitada. Colete o precipitado formado por filtração a vácuo.

Em seguida, prepare uma solução de cinco miligramas por mililitro do precipitado em tolueno. Refluxo da solução por quatro horas. Depois de deixar a solução esfriar, remova completamente o solvente sob pressão reduzida por evaporação rotativa.

Quando terminar, dissolva o resíduo em uma mistura 2:1 de n-hexano:acetona e filtre a solução resultante através de um tampão de sílica gel. Em seguida, adicione a solução filtrada à água gelada para precipitar o produto. Para preparar a amostra de polímero fundido, adicione 100 microlitros de poli linear não rotulado (THF) a uma garrafa de vidro e aqueça-a a aproximadamente 25 graus Celsius usando um secador de cabelo.

Preparar uma solução de 10 a seis molares negativos da solução de polímero incorporada com fluoróforo em clorofórmio. Em seguida, adicione um microlitro desta solução a 100 microlitros do poli (THF) fundido linear não marcado. Depois de misturar bem a amostra com uma ponta de pipeta, evapore o clorofórmio aquecendo com um secador de cabelo.

Usando uma micropipeta, coloque 10 microlitros da amostra em uma lamínula limpa. Coloque outra lamínula limpa na amostra e pressione suavemente as duas lamínulas usando uma pinça de plástico. Em seguida, conecte um aquecedor de objetiva à lente objetiva de um microscópio invertido e ajuste a temperatura para 30 graus Celsius.

Coloque uma gota de óleo de imersão na lente e monte a amostra no microscópio stage. Certifique-se de que uma espessura de amostra de aproximadamente 10 micrômetros seja obtida verificando a posição axial da superfície inferior e superior da amostra. Em seguida, ajuste o foco do microscópio para alguns micrômetros acima da superfície inferior da amostra.

Em seguida, aplique uma multiplicação de elétrons ou ganho EM a uma câmera CCD para obter uma imagem fluorescente de alta qualidade do fluoróforo único. Agora defina uma região de interesse usando o software que controla a câmera. Para otimizar as condições experimentais, ajuste a área de iluminação da amostra para aproximadamente 20 micrômetros de diâmetro usando o diafragma inserido no caminho do feixe de excitação.

Defina a potência do laser de excitação na amostra para quatro a oito miliwatts selecionando manualmente um filtro de densidade neutra apropriado inserido no caminho do feixe de excitação. Finalmente, registre de 500 a 1000 sequências de imagens de fluorescência do polímero incorporado ao fluoróforo no estado fundido a uma taxa de quadros de 100 a 200 hertz. Imagens de florescência de molécula única com lapso de tempo foram medidas para os polímeros de quatro braços e oito e mostram pontos brilhantes e afiados espacialmente isolados devido à incorporação do fluoróforo de diimida de perileno altamente fluorescente nas cadeias.

Os histogramas de frequência do coeficiente de difusão determinado pela análise de deslocamento quadrático médio exibem amplas distribuições resultantes tanto do erro estatístico da análise quanto da heterogeneidade da difusão. Os histogramas de frequência mostram desvios claros do modelo de difusão homogêneo, o que demonstra difusão heterogênea das moléculas do polímero. Os modelos gaussianos simples e duplos atingem bem as funções de distribuição cumulativa obtidas experimentalmente e demonstram que a difusão do polímero formado é descrita pela ampla distribuição do coeficiente de difusão, enquanto o polímero em forma de oito apresenta dois modos de difusão distintos.

Uma vez dominada, a síntese de polímeros pode ser feita em seis horas e o experimento de imersão em molécula única pode ser feito em várias horas se forem realizados corretamente. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da ciência de polímeros explorarem a dinâmica de polímeros em ambientes lotados. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como caracterizar o movimento difusivo de polímeros topológicos sob condição emaranhada no nível de cadeia única.

Não se esqueça de que trabalhar com lasers e solventes orgânicos pode ser extremamente perigoso e precauções como segurança do laser e revisão da MSDS devem sempre ser tomadas ao realizar este procedimento.