Контролируемый синтез и флуоресценция отслеживание высокой однородности поли ( N -isopropylacrylamide) Микрогели

Общей целью данной работы является исследование динамического поведения и взаимодействия мягких коллоидных частиц в дисперсиях различной плотности частиц в окрестности стеклования. Микрогели — это мягкие объекты, которые могут адаптировать свой размер, форму и подвижность в соответствии с окружающей средой. В отличие от жестких коллоидных частиц, существует много открытых вопросов, касающихся поведения мягких микрогелей.

Основным преимуществом широкопольной флуоресцентной микроскопии является возможность с высокой точностью локализовать отдельные микрогели, непосредственно проследить за их движением в С2, а также проанализировать величины диффузии. Чтобы исследовать динамику одиночных микрогелей в плотных системах, флуоресцентное мечение должно быть нанесено лишь на небольшое количество микрогелей. Полимеризация без перемешивания осаждения позволяет осуществлять параллельный синтез микрогелей с переменными условиями реакции, чтобы удобно соответствовать размеру меченых и немеченых микрогелей.

Динамическое рассеяние света обеспечивает средние гидродинамические радиусы микрогелей с точностью до нескольких нанометров. Растворите 1,8 грамма NIPAM и 24 миллиграмма BIS в 245 миллилитрах фильтрованной воды двойной дистилляции в колбе объемом 500 миллилитров с круглым дном с тремя горлышками, оснащенной дефлегматором, мешалкой и резиновой перегородкой. Вставьте термометр и 120-миллиметровую иглу для ввода азота через перегородку.

Нагрейте раствор до 60 градусов Цельсия, помешивая. Затем деоксигенируйте раствор путем продувки азотом в течение 40 минут. Одновременно приготовьте инициирующий раствор из 155 миллиграммов персульфата калия, или КПС, в пяти миллилитрах отфильтрованной воды двойной дистилляции, и пропузырите раствор азотом для удаления кислорода.

Далее промойте шприц азотом, и переложите полный пятимиллилитровый раствор KPS в промытый азотом шприц, оснащенный 120-миллиметровой иглой. Поднимите азотную иглу над уровнем раствора в колбе с тремя горлышками и быстро добавьте раствор KPS через резиновую перегородку в реактор. Дайте полимеризации продолжаться в течение одного часа под потоком азота и медленно помешивайте при температуре 60 градусов Цельсия.

Используйте воронку Бюхнера и фильтровальную бумагу, чтобы отфильтровать раствор для горячей реакции, и отбросьте все крупные заполнители. После того, как дисперсия остынет, центрифугируйте и повторно диспергируйте дисперсию три раза в течение 40 минут при температуре 257 000 раз G. Наконец, повторно диспергируйте осадок в минимально допустимом количестве воды двойной дистилляции перед лиофилизацией дисперсии для хранения. Взвесьте в стеклянном сосуде 257,7 миллиграмма NIPAM, 3,5 миллиграмма BIS и 1,5 миллиграмма красителя метакрилоксиэтилтиокарбамоилродамина B и добавьте 10 миллилитров фильтрованной воды двойной дистилляции.

Приготовьте такой же раствор без красителя в отдельном стеклянном сосуде. Ультразвуком раствор красителя следует проводить в течение 15 минут, чтобы растворить краситель в воде. Готовьте различные разведения раствора мономера с красителем для получения концентрационного ряда.

Здесь используется краситель в диапазоне концентраций от 02 до 0,1 миллимоль на литр. Далее растворите 8,4 миллиграмма KPS в 10 миллилитрах фильтрованной дважды дистиллированной воды, чтобы получить раствор инициатора. Переведите 0,5 миллилитра концентрационного ряда и 05 миллилитров раствора KPS в пробирки диаметром 10 миллиметров для получения окончательных реакционных растворов.

Заклейте трубки резиновыми перегородками. Разогрейте масляную баню в стеклянном сосуде с двойными стенками, подключенном к нагревательному термостату, до 63 градусов Цельсия. Деоксигенизируйте реакционные растворы путем продувки азотом через 120-миллиметровые иглы в течение 20 минут.

Затем вставьте трубки в плавающую платформу и погрузите платформу в предварительно разогретую масляную ванну. Установите температуру на 60 градусов по Цельсию. Для высокоточной настройки размера частиц контроль температуры во время начальной реакции должен быть строгим, обычно плюс-минус 0,1 градуса Цельсия.

Дайте реакции протекать в течение соответствующего количества времени. Как правило, достаточно одного часа. После реакции быстро перенесите реакционные пробирки в духовку при температуре 60 градусов Цельсия.

Поместите одну каплю горячей дисперсии в 10 миллилитров отфильтрованной воды двойной дистилляции, предварительно нагретой по температуре, равной объемному фазовому переходу поли-НИПАМ, чтобы измерить гидродинамические радиусы частиц в схлопывающемся состоянии. Дайте остальным дисперсиям остыть до комнатной температуры, и переложите их в центрифужные пробирки. После центрифугирования раствора разведите микрогели в двух миллилитрах отфильтрованной воды двойной дистилляции для использования в качестве индикаторных частиц.

Для определения гидродинамического радиуса в свернутом состоянии методом динамического рассеяния света сначала промывают кюветы и стеклянную посуду парами ацетона. Перенесите примерно один миллилитр дисперсии разбавленных частиц в измерительную кювету. Закалите динамический индекс светорассеивающего угломера в ванне с температурой 50 градусов Цельсия и перенесите образец на прибор, не давая ему остыть.

Вставьте кювету для образца и переместите плечо детектора на малый угол рассеяния. После проверки профиля луча и дальности счета, как описано в текстовом протоколе, переместите плечо угломера на наибольший угол рассеяния. Убедитесь, что скорость счета все еще достаточно высока для измерения.

Если интенсивность слишком низкая, переместите руку на меньший угол рассеяния. Затем проверьте луч визуально через толуольное стекло для ванны с наименьшим углом рассеяния. Если наблюдается свечение вокруг падающего луча, происходит многократное рассеяние.

Получение 20 коррелограмм между минимальным и максимальным углом рассеяния с минимальным временем сбора данных 60 секунд. При необходимости увеличьте время сбора данных для малых углов рассеяния слабой интенсивности. Используйте подходящую линзу объектива с желаемым увеличением и апертурой для возбуждения индикаторов и одновременного сбора флуоресценции из образца.

В данной работе используется масляно-иммерсионный объектив с 100-кратным увеличением и 1,3 числовой апертурой. Поместите камеру для влаги на стол XYZ pi-SO, который помещается в микроскоп. Чтобы предотвратить высыхание образца, поместите очищенную плазмой крышку в камеру для увлажнения и пипеткой наберите 10 микролитров желаемой концентрации дисперсии поли-НИПАМ.

В зависимости от спектров возбуждения и излучения флуоресцентного красителя используйте подходящий лазер для возбуждения и соответствующим образом отрегулируйте мощность лазера. Здесь используется твердотельный лазер с диодной накачкой высотой 561 нм при постоянной мощности лазера 16 милливатт. Чтобы получить однородное освещение образца, соедините лазер в многомодовое волокно, встряхните волокно с помощью вихря, чтобы временно усреднить лазерные спеклы, и спроецируйте конец волокна в плоскость образца.

Откалибруйте расстояние по оси Z от обратного отражения защитного стекла и сфокусируйтесь на несколько микрометров вглубь образца, переместив объектив немного вверх, и зафиксируйте Z-положение с помощью Z-компенсатора. Это позволяет избежать каких-либо эффектов интерфейса, связанных со скольжением крышки. Настройте параметры детектора, такие как время воздействия, в соответствии с интенсивностью флуоресцентного сигнала.

В этом случае используется камера EMCCD с временем экспозиции 0,1 секунды в режиме умножения электронов и усилением 50. Получите несколько видеороликов с соответствующим количеством кадров, чтобы получить адекватное время задержки для вычисления среднеквадратичного смещения микрогелей в разных областях выборки. Синтезировано восемь меченых партий микрогелей.

Для шести партий скорости распада коррелограммы линейно растут относительно квадрата величины вектора рассеяния, что указывает на узкое распределение по размерам. Подгонка через начало координат указывает только на поступательную диффузию. Для двух партий наблюдается нелинейное поведение.

Отклонение обусловлено широким распределением по размерам и минимумом форм-фактора частиц, который совпадает с диапазоном векторов рассеяния. Чтобы получить более точную оценку среднего коэффициента диффузии частиц, исключите эти точки из аппроксимации. Высокое соотношение сигнал/шум позволяет отслеживать флуоресцентные микрогели.

Их диффузия ограничена немаркированной микрогелевой матрицей. Более высокие концентрации немеченой микрогелевой матрицы справа приводят к выраженному эффекту клетки, когда флуоресцентные микрогели оказываются в ловушке немеченной матрицы микрогелей. При низких концентрациях немеченой матрицы микрогелей индикаторные микрогели демонстрируют нормальную диффузию, что обусловлено линейным увеличением среднеквадратичного смещения с запаздыванием во времени.

Однако при высоких концентрациях, близких к коллоидному стеклованию, они демонстрируют нелинейную диффузию, проявляющуюся в нелинейной временной эволюции среднеквадратичных смещений. При более высокой концентрации немеченого микрогелевого матрикса индикаторные микрогели захватываются немечеными соседями в переходные клетки, как показано кластерными треками для 12 микрогелей. Параллельный мелкомасштабный синтез позволяет быстро экспериментировать с различными параметрами реакции.

Это также сводит к минимуму любые нежелательные экспериментальные вариации из-за разницы температур реакции. В сочетании с тщательной характеристикой динамического светорассеяния можно быстро найти условия реакции для микрогеля нужного размера. В этом видео мы демонстрируем, как контролируемый синтез микрогелей позволяет исследовать диффузию одиночных микрогелей в концентрированных растворах микрогелей с помощью широкопольной флуоресцентной микроскопии.

Следуя этой процедуре, можно будет понять, как структура микрогелей контролирует их свойства. Это откроет двери для проектирования новой мягкой интерактивной материи.