Синтез и характеристика супрамолекулярных коллоидов

Общая цель этого протокола состоит в том, чтобы описать, как управлять коллоидной самосборкой путем закрепления супрамолекулярных фрагментов на коллоидах, взаимодействие которых является сильным, направленным и обратимым. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области материаловедения, например, как точно управлять коллоидной самосборкой для создания сложных и мезоструктурированных материалов с интересными свойствами. Основное преимущество этого метода заключается в том, что коллоидная ассоциация управляется супрамолекулярными фрагментами, которые остаются чувствительными к свету и температуре при поверхностной иммобилизации.

Таким образом, коллоиды самоорганизуются при фотоактивации водородных связей молекул под действием ультрафиолетового излучения. Чтобы синтезировать семена флуоресцентного кремнезема, сначала смешайте 2,5 миллилитра функционализированных красителем аптесов с 25 миллилитрами 25% аммиака и 250 миллилитрами этанола в литровой колбе с круглым дном. Для получения семян монодисперсного диоксида кремния очень важно добавить тетраэтилортосиликат под мениск реакционной смеси.

С помощью стеклянной пипетки добавьте 10 миллилетров TEOS, помешивая магнитной мешалкой. Аналогичным образом, через пять часов добавьте еще 1,75 миллилитра TEOS и перемешайте смесь в течение ночи в атмосфере аргона. На следующий день промойте семена, как описано в текстовом протоколе.

Чтобы синтезировать частицы кремнезема в ядре и скорлупе, сначала добавьте этанол, деионизированную воду, 25% аммиака и дисперсию семян в литровую колбу с круглым дном. Затем наполните пластиковый шприц пятью миллилитрами TEOS и 10 миллилитрами этанола. Наполните второй пластиковый шприц 1,34 миллилитрами 25% аммиака, 3,4 миллилитрами деионизированной воды и 10,25 миллилитрами этанола.

Подсоедините оба шприца к колбе с круглым дном с пластиковой трубкой. Оборудуйте колбу с аргоновым потоком. Входное отверстие аргона должно находиться рядом с выходным отверстием второго шприца, чтобы избежать контакта между газами аммиака из капель TEOS и предотвратить вторичное зарождение.

Добавляйте содержимое обоих шприцев одновременно по 1,7 миллилитра в час с помощью перистальтических насосов при помешивании смеси. Следите за тем, чтобы получить свободно падающие капли, чтобы избежать столкновения со стенками и, следовательно, вторичного зародышеобразования. Прекратите добавление через семь часов, чтобы получить частицы ядра-оболочки радиусом примерно 300 нанометров, прежде чем промывать частицы, как описано в текстовом протоколе.

Для синтеза коллоидов, функционализированных NVOC, диспергируйте 10 миллиграммов частиц диоксида кремния в одном миллилитре этанола вместе с 12 миллиграммами защищенной NVOC молекулы линкера и 31 миллиграммом стеарилового спирта в 50-миллилитровой колбе с круглым дном. Обрабатывайте смесь ультразвуком в течение 10 минут, чтобы убедиться, что все молекулы растворены, а частицы хорошо диспергированы. Добавьте в смесь магнитную мешалку и выпаривайте этанол постоянной струей аргона при комнатной температуре.

Прежде чем продолжить, убедитесь, что в нем не осталось этанола, иначе он может вступить в реакцию с силанольными группами частиц. Затем нагрейте колбу до 180 градусов Цельсия в течение шести часов при непрерывном помешивании и под постоянным потоком аргона, прежде чем промыть коллоиды диоксида кремния, как описано в текстовом протоколе. Чтобы синтезировать коллоиды БТА, диспергируйте 10 миллиграммов функционализированных частиц в трех миллилитрах хлороформа.

Чтобы равномерно расщепить группу NVOC, поместите образец в УФ-печь и осторожно перемешайте его с помощью магнитной мешалки, снимая защиту. Облучайте дисперсию в течение одного часа, чтобы получить аминные функционализированные частицы. Затем растворите девять миллиграммов БТА, 8,7 микролитров DIPEA и 5,2 миллиграмма PyBOP в одном миллилитре хлороформа.

Добавьте раствор к дисперсии функционализированных частиц амина и перемешайте в течение ночи при комнатной температуре и в атмосфере аргона. После центрифугирования дисперсии удалите надосадочную жидкость и добавьте три миллилитра свежего хлороформа. Просните новую дисперсию ультразвуком в течение трех минут, прежде чем снова центрифугировать и удалить надосадочную жидкость.

Высушите частицы при температуре 70 градусов Цельсия в вакууме в течение 48 часов. Диспергируйте 20 миллиграммов мелких функционализированных частиц в одном миллилитре хлороформа и облучайте дисперсию в ультрафиолетовой печи в течение одного часа, чтобы расщепить группу NVOC. Осторожно перемешайте дисперсию с помощью магнитной мешалки, снимая защиту.

Раскрутите полученные аминные функционализированные частицы и удалите надосадочную жидкость. Затем высушите частицы при температуре 70 градусов Цельсия в течение двух часов. Далее растворите 0,5 миллиграмм SPDP в 200 микролитрах ДМФА.

Добавьте раствор SPDP к 20 миллиграм высушенных аминных функционализированных частиц и переведите систему в вихревой режим на 30 минут. Промойте частицы одним миллилитром ДМФА шесть раз. На последнем этапе мытья постарайтесь удалить как можно больше надосадочной жидкости.

Затем растворите 0,53 миллиграмма DTT в 50 микролитрах DMF. Добавьте раствор DTT к частицам и сделайте вихревой дисперсию в течение 30 минут, за это время тионовая группа пиридина 2 расщепляется. Определить поглощение свободного тиона пиридина 2, высвобождающегося в надосадочной жидкости на длине волны 233 нанометра с помощью микрообъемного УФ-Вид спектрофотометра.

Для контроля коллоидной сборки с помощью конфокальной микроскопии сначала готовят 400 микролитров дисперсии 0,1 весового процента функционализированных частиц ВТА в циклогексане и обрабатывают образец ультразвуком в течение 20 минут. Затем облучите флакон с образцом в УФ-печи, чтобы отделить ортонитробензильную группу БТА. Возьмите по 25 микролитров аликвот в разное время облучения, например, от нуля до 30 минут, для контроля процесса кластеризации.

Поместите различные аликвоты на разные стеклянные предметные стекла с помощью распорки, а камеры закройте крышкой. После закрытия камеры переверните крышку вверх дном, чтобы частицы оседали и впитались на стекло, что облегчает визуализацию. Сделайте несколько снимков каждого образца с помощью конфокального микроскопа как можно скорее после подготовки образца для каждого времени облучения.

Для получения надмолекулярных коллоидов первые коллоиды диоксида кремния гидрофобизируют путем функционализации стеариловым спиртом и линкером, защищенным от NVOC. Затем защитная группа NVOC расщепляется, и коллоиды могут быть постфункционализированы с помощью надмолекулярной части. Измерения статического рассеяния света позволяют рассчитать показатель преломления коллоидов.

Путем подгонки даты были определены значения 1,391 для голого коллоида и 1,436 для коллоидов, покрытых стеариловым спиртом. Это наглядно показывает, как функционализация коллоидов влияет на их показатель преломления. Для оценки количества активных центров на одну частицу количество расщепленных пиридиновых 2-групп напрямую связано с количеством аминов на частицу.

Здесь был обнаружен один амин на 46,4 квадратных нанометров. Анализ конфокального изображения позволяет количественно оценить количество синглетов в зависимости от времени ультрафиолетового облучения. Перед УФ-облучением для фоторасщепления ортонитробензил-фрагмента 80% коллоидов присутствуют в виде синглетов.

Облучение на максимальной длине волны 354 нанометра инициирует коллоидную агрегацию по мере активации водородных связей БТА. При выполнении этой процедуры важно следить за тем, чтобы система не содержала воды, так как коллоиды могут скапливаться из-за капиллярных сил. Следовательно, следы воды должны быть иллиминационными на всех этапах синтеза.

Эта работа демонстрирует, что преодоление разрыва между коллоидной и супрамолекулярной наукой открывает исследователям в области материаловедения путь к созданию сложных материалов, чувствительных к внешним раздражителям. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как управлять коллоидной самосборкой с помощью водородных связей путем закрепления супрамолекулярных мотивов на коллоидных частицах.