Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

סינתזה מבוקרת מעקב הקרינה של פולי אחיד מאוד ( Published: September 8, 2016 doi: 10.3791/54419
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Institute of Physical Chemistry, RWTH Aachen University

Summary

פילמור ממטרים ללא עוררה מספק גישה אבי טיפוס ודגמים, לשחזור לסינתזה של פולי גירויים רגיש (-isopropylacrylamide N) microgels של התפלגות גודל הצרה. בסינתזה בפרוטוקול זה, אפיון פיזור אור ומעקב קרינת חלקיק בודד של microgels אלה או בהתקנה של מיקרוסקופיה רחב בתחום הם הפגינו.

Abstract

גירויים הרגיש פולי (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) יש microgels שונים יישומים מעשיים פוטנציאליים ושימושי מחקר בסיסי. בעבודה זו, אנו משתמשים חלקיק בודד מעקב microgels PNIPAM שכותרתו fluorescently של כחלון ראווה של גודל microgel כוונון ידי הליך פילמור ממטרים מהיר שאינו זז. גישה זו היא גם מתאימה prototyping קומפוזיציות ותנאי תגובה חדשות או עבור יישומים שאינם דורשים כמויות גדולות של מוצר. סינתזת Microgel, גודל חלקיקי קביעת מבנה ידי פיזור אור דינאמי וסטטי מפורט בפרוטוקול. הוא הראה כי התוספת של comonomers התפקודית יכולה להיות השפעה גדולה על התגרענות החלקיקים ומבנה. מעקב אחר חלקיקים יחידים על ידי מיקרוסקופ פלואורסצנטי רחב בתחום מאפשר חקירה של דיפוזיה של microgels נותב שכותרתו במטריצה ​​מרוכזת של microgels שאינה שכותרתו, מערכת שלא נחקרה בקלות על ידישיטות אחרות כגון פיזור אור דינאמי.

Introduction

גירויים רגיש פולי (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels 1,2 משכו עניין מתמשך במהלך שני העשורים האחרונים בשל הפוטנציאל שלהם ביישומים חכמים שונים. תרחישי שימוש הפגינו כוללים ייצוב תחליבים להחלפה 3-8, microlenses 9, מצעי תרבית תאים עבור תא קציר קל 10,11, ונושאות חכמות עבור תרכובות משקל מולקולריות נמוכות ביו אחר משתמשים 12. מנקודת מחקר בסיסי מבט חלקיקים אלה הוכחו להיות שימושי עבור חוקרת נושאים כמו אינטראקציות קולואידים 13-15 ואינטראקציות פולימר ממסים 16-18.

שימוש מוצלח microgels PNIPAM ונגזרותיהם בכל יישום נתון בדרך כלל דורש ידע על גודל החלקיקים הממוצע ורוחב של התפלגות גודל החלקיקים. לקבלת הפרשנות הנכונה של תוצאות הניסוי היו מעורבים מיקרו PNIPAMג'לים, מבנה החלקיקים, אשר יכול להיות מושפע comonomers פונקציונלי, צריך להיות ידוע. דינמי וסטטי פיזור אור (DLS ו SLS, בהתאמה), מתאימים באופן ייחודי עבור רכישת המידע הזה כי שיטות אלה הן מהירות יחסית וקלים לשימוש; והם לבדוק את תכונות החלקיקים הלא פולשני בסביבת מולדתם (פיזור). DLS ו SLS גם לאסוף נתונים ממספר עצום של חלקיקי הימנעות ההטיה נובעת גודל מדגם קטן, אופייני שיטות מיקרוסקופיה. לכן, המטרה הראשונה של עבודה זו היא להציג תרגול טוב לגבי אור פיזור עבור מתרגלים חדשים לאפיון קולואידים.

בדרך כלל, פילמור הממטרים מתבצע בקנה מידת מעבדתי ומציאת תנאי התגובה המתאימה חלקיקי נכסים ספציפיים יכולים להיות מייגעים ודורשים חזרות רבות של הסינתזה. בניגוד סינתזת קבוצה גדולה, פילמור משקעים שאינם עוררה 19,20 הוא arהליך apid שבו קבוצות של הרכב מגיב שונים ניתן polymerized חלקיקים בעלי תשואה זמנית של התפלגות גודל הצרה. פילמור סימולטני ממזער וריאצית ניסיוני תפוקה גדולה כלומר תנאי תגובה תקינים ניתן למצוא מהר עבור upscaling התגובה. לפיכך, המטרה השנייה שלנו היא להדגים את התועלת של פילמור משקעים שאינם זעה אב טיפוס ביישומים שאינם דורשים כמות גדולה של מוצר.

היבטים שונים של סינתזה ואפיון מתאחדים בדוגמה של יישום של microgels PNIPAM שכותרתו ניאון במחקר אינטראקציה קולואידים. כאן אנו משתמשים ביותר מעקב חלקיק יחיד מדויק לחקור את הדיפוזיה של microgels נותב שכותרתו פיזור microgels מטריקס ללא תווית על פני טווח הריכוז מטריקס רחב ולפתור את אפקט הכלוב פיזור colloidal מרוכז. מיקרוסקופ פלואורסצנטי רחב בתחום מתאים גם FOr למטרה זו כפי שהוא יכול לאפיין את ההתנהגות הספציפית של מולקולות נותבו כמה בין מספר רב של מינים שונים מטריקס הפוטנציאלי. זאת בניגוד לטכניקות כגון DLS, SLS ו rheology, אשר למדוד את התכונות ממוצעות האנסמבל של מערכות ולכן לא ניתן לפתור בעיה של מספר הקטן של חלקיקי בדיקה במערכת גדולה. יתר על כן, בדוגמא הספציפית הזו שיטות פיזור אור קונבנציונליות לא יכולות להיות מנוצלות גם בשל ריכוז חלקיקים גבוה, מה שמוביל פיזור מרובה חזק הפוסל כל ניתוח סטנדרטי. שימוש עיבוד נתונים אוטומטיים ושיטות סטטיסטיות לאפשר ניתוח של התנהגות מערכת הכוללת גם למעקב חלקיק בודד, כאשר בממוצע לכל מדגמים גדולים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. סינתזה Microgel

הערה: N -isopropylacrylamide (NIPAM) היה recrystallized מ n-הקסאן. ריאגנטים אחרים שימשו קיבל.

  1. סינתזה יצווה קונבנציונלית של Microgels מטריקס midi (NIPAM)
    1. ממיסים 1.8 גרם NIPAM ו -24 מ"ג N, -bisacrylamide 'N (BIS) ב 245 מ"ל מסוננים (0.2 מיקרומטר תאית מחדש (RC) מסנן ממברנה) מים מזוקקים פעמיים בתוך 500 מ"ל שלוש-צוואר הבקבוק עגול התחתונה מצויד הקבל ריפלוקס, בוחש ו מחצו גומי.
    2. הכנס במד חום ומחט 120 מ"מ עבור תשומת החנקן דרך מחץ.
    3. מחממים את הפתרון 60 ° C, תוך כדי ערבוב. Deoxygenate את הפתרון על ידי טיהור עם חנקן במשך 40 דקות.
    4. במקביל להכין פתרון יוזם 155 persulfate אשלגן מ"ג (KPS) ב 5 מ"ל מים מסוננים פעמיים מזוקקים בועה הפתרון עם חנקן להסיר חמצן.
    5. מעבירים את 5 מ"ל KPS ים שלםolution בתוך מזרק חנקן שטף מצויד במחט 120 מ"מ.
    6. הרם את מחט החנקן מעל פני הפתרון בבקבוק השלושה הצוואר ולהוסיף פתרון KPS במהירות דרך מחצה הגומי לתוך הכור.
    7. תנו פילמור להמשיך במשך שעה 1 תחת זרם חנקן בחישה איטית ב 60 ° C.
    8. השתמש בנייר משפך ולסנן בוכנר לסנן פתרון התגובה החם כדי להשליך אגרגטים גדולים. תנו הפיזור להתקרר.
    9. צנטריפוגה redisperse הפיזור שלוש פעמים במשך 40 דקות ב 257,000 XG ולבסוף redisperse משקע בסכום מינימאלי אפשרי של מים מזוקקים כפולים. בדרך כלל זה 2-4 מ"ל.
    10. Lyophilize הפיזור לאחסון.
  2. סינתזה ללא בחש של שכותרתו fluorescently midi (NIPAM) Microgels
    1. לשקול 257.7 מ"ג NIPAM, 3.5 מ"ג BIS, ו -1.5 מ"ג methacryloxyethyl thiocarbamoyl B rhodamine (צבען) ב כלי זכוכית ולהוסיף 10 מ"ל של לזקק כפול מסונניםמי ed.
    2. Ultrasonicate הפתרון צבען מונומר במשך 15 דקות לפזר את הצבע במים.
    3. הכן את הפתרון אותו בלי לצבוע לתוך כלי זכוכית נפרדים.
    4. כן דילולים שונים של הפתרון מונומר עם הצבע באמצעות הפתרון מונומר בלי לצבוע לקבל סדרת ריכוז עם ריכוזי צבע שונים. בעבודה זו, להשתמש לצבוע בטווח הריכוז של 0.02-0.1 mmol / L.
    5. ממסי KPS 8.4 מ"ג ב 10 מ"ל מים מסוננים מזוקקים פעמים כדי לקבל את הפתרון היוזם.
    6. העבר 0.5 מ"ל של הסדרה ריכוז 0.5 מ"ל של הפתרון KPS לבדוק צינורות עם 10 מ"מ קוטר כדי להשיג את פתרונות התגובה האחרון ולאטום אותם עם septa גומי.
    7. מחמם באמבט שמן בתוך כלי זכוכית דופן כפולים מחובר circulator חימום עד 63 מעלות צלזיוס.
    8. Deoxygenize פתרונות התגובה על ידי טיהור עם חנקן דרך 120 מחט מ"מ עבור 20 דקות.
    9. הכנס את הצינורות לתוך afloating פלטפורמה לטבול פלטפורמת לאמבטיה שמן שחומם מראש. כוונו את הטמפרטורה ל -60 מעלות צלזיוס. בתחילה בטמפרטורה גבוהה באמבטיה היא הכרחית כמו הפתרונים בטמפרטורת החדר להתקרר באמבטיה. עבור כוונון גודל חלקיקי דיוק גבוה בקרת הטמפרטורה במהלך התגובה הראשונית צריכה להיות קפדן, בדרך כלל ± 0.1 מעלות צלזיוס.
    10. תן התגובה להמשיך במשך זמן מתאים. בדרך כלל 1 hr הוא מספיק.
    11. העברת צינורות התגובה במהירות בתנור על 60 מעלות צלזיוס ולשים טיפה אחת של פיזור חם ל -10 מ"ל מים מסוננים מזוקקים פעמיים שחומם מראש על הטמפרטורה המעבר לשלב נפח PNIPAM (VPTT, 32 -34 ° C) 1, לאפיון DLS ב במצב מכווץ.
    12. בואו שאר תפוצות להתקרר לטמפרטורת החדר ומעבירים אותם לתוך צינורות צנטריפוגות.
    13. צנטריפוגה הפתרון שלוש פעמים במשך 40 דקות ב 257,000 XG לדלל את microgels לבסוף ב 2 מ"ל מים מסוננים מזוקקים פעמיים FOr שימוש כחלקיקים נותב.

2. אפיון פיזור אור

  1. קביעת רדיוס הידרודינמית באותה מדינה קרסה על ידי פיזור אור דינאמי
    1. לשטוף cuvettes ומוצרי זכוכית עם אדי אצטון.
    2. מקצה 10 מיליליטר של מסוננים (למשל, 200 ננומטר או מסנן RC קטן) מים כפולים מזוקקים מעל PNIPAM VPTT.
    3. העבר טיפת פיזור חם המים המסוננים באמצעות מחט מחומם מראש (0.9 x 40 מ"מ) מזרק (1 מ"ל).
    4. למתן באמבטית משחק מדד goniometer DLS 50 ° C ולהעביר את המדגם כדי המכשיר בלי לתת לה להתקרר.
    5. מצא את זווית הפיזור הגדולה היכן שהעוצמת המפוזרת מספיקה כדי לרכוש correlogram ידי ביצוע מדידות בדיקה.
      1. הכנס קובט המדגם (שפופרת זכוכית בקוטר 10 מ"מ עם 1 מ"ל של פיזור החלקיקים). הזז את זרוע הגלאי לזווית פיזור קטנה (כאן 30 מעלות).
      2. בדוק את פרופיל קרן FOr מרובה פיזור: לא זוהר סביב הקורה הראשי, אין פיזור מרובה, וכו 'בדוק כי טווח הספירה מתאים למדידה בזווית הפיזור הנמוכה ביותר (כ 30 עד 600 kHz; בפינה ימנית עליונה של חלון התוכנה..)
      3. הזז את goniometer הזרוע לזווית פיזור הגבוהה ביותר (לבחור 120 ° כאן). בדוק כי קצב הספירה הוא עדיין גבוה מספיק כדי המדידה (בין 30 ל 600 kHz). אם העוצמה היא נמוכה מדי, להזיז את היד כדי להוריד את פיזור זווית.
    6. בדוק את הקורה חזותי מבעד לזכוכית אמבטית טולואן בזווית הפיזור הנמוכה ביותר, אם זוהר סביב קורה האירוע הוא ציין פיזור מרובה מתרחש. במקרה זה, להפחית את עוצמת הלייזר או להשתמש דילול גבוה.
    7. רוכש 20 correlograms בין המינימום וזווית פיזור מרבי (למשל, 30 ° - 140 °) עם זמן רכישת מינימום של 60 שניות. להגדיל את זמן רכישה עבור זוויות פיזור גדולות בעצמה חלשהבמידת הצורך.
  2. ניתוח נתונים 37
    1. חישוב פיזור בהירויות וקטור עבור זווית הפיזור פי משוואה 2 שם, n הוא מקדם השבירה של פיזור, משוואה 3 אורך הגל של לייזר בריק משוואה 4 זווית הפיזור.
    2. במקרה תוכנת המדידה מספקת את פונקצית קורלציה העוצמת משוואה 5 , ולהפוך אותה פונקצית קורלציה שדה חשמלית משוואה 6 לפי משוואה 7 . פָּרָמֶטֶר משוואה 8 הוא פרמטר אינסטרומנטלי מעניין קשור למידה של קוהרנטיות מרחבית של אובת האור המפוזרתr שטח הגלאי.
    3. ביצוע ניתוח cumulant על ​​correlograms, כלומר, להתאים פולינום מסדר שני ללוגריתם של כל פונקצית קורלציה שדה חשמלי משוואה 9 על ידי לא פחות מ ריבועים ליניארי. משוואה 8 נראה כמו ליירט של בכושר הערך המדויק שלה הוא חסר חשיבות בגין לניתוח הנתונים. הגבל את ההתאמה לערך τ זמן השהיה משמעות, למשל, כך משרעת המתאם הוא 10 - 20% של המשרעת המקסימלית. המקדם של מונח הסדר הראשון הוא קצב הדעיכה הממוצעת של פונקצית קורלציה, משוואה 10 .
    4. מצא את הערך הסביר ביותר מקדם הדיפוזיה הממוצע משוואת 11 של חלקיקים על ידי ריבועים לפחות לינארית להתאים משוואת 12 . אםמשוואה 10 מול משוואת 13 אינו מופיע ליניארי וללכת דרך הראשי בטווח הטעות, התפלגות גודל חלקיקים היא רדיוס רחב הידרודינמית יוגדר בצורה גרועה.
    5. חשב את רדיוס הידרודינמית ממוצע מהקשר סטוקס-איינשטיין משוואת 14 , שם משוואת 15 הוא מקדם בולצמן, משוואת 16 הטמפרטורה המוחלטת ואת משוואת 17 הצמיגות של הפיזור ב משוואת 16 . הפץ את סטיית התקן של משוואת 11 ל משוואת 18 .
    6. קביעת מבנה החלקיקים ידי סטטי אור פיזור
      1. לשטוף cuvettes ומוצרי זכוכית עם אדי אצטון. השתמש 20 מ"מ קוטר או cuvettes הגדול כדי למזער את אפקט העדשה הגלילי.
      2. מסנן (מסנן RC 200 ננומטר או קטן) כ 20 מ"ל מים מזוקקים פעמיים בקבוקון זכוכית ולהעביר טיפת פיזור מטוהרים הבקבוקון. שטפו את המסנן עם 10 מ"ל מים לפני השימוש בו להכנת מדגם כדי להסיר זיהומים הנותרים מתהליך הייצור.
      3. בדוק מדגם נגד כל מקור אור סביבה. אם הגוון הכחול הוא ציין, המדגם הוא עשוי להיות מרוכז מדי. לדלל בהתאם.
      4. כן מדגם מי רקע ידי שטיפת קובט מספר פעמים עם מים מסוננים ואז למלא עד נפח דגימה מתאים, בהתאם קובט ואת מיקום הליזר במכשיר. הלייזר חייב לעבור דרך המדגם מבלי ומשתכר המניסקוס.
      5. כייל את instrumאף אוזן גרון באמצעות מדגם טולואן.
      6. מים מדודים פיזור (רקע) לאורך כל טווח זוויתי הזמין.
      7. למדוד את עוצמת הפיזור מן המדגם לאורך כל טווח זוויתי הזמין רצוי בכמה אורכי גל. דפוס הפיזור מנורמל עוצמת הפיזור קדימה ידוע בתור גורם הצורה.
      8. אם מבנה החלקיקים ידוע, משתמשים בביטוי הדגם המתאים לחשב בכושר העולמי על מערכי נתונים הנמדדים באורכי גל שונים.
      9. לשימוש מבנה חלקיקים ידוע הסדיר ישיר (כגון FitIt! 33) או הפכו עקיף כללי יותר התמרת 21,22 שגר בשיתוף עם deconvolution של פונקציית התפלגות מרחק זוג (רק עבור חלקיקים כדוריים) 23,24 לסיווג משוער של חלקיקים סוּג.
      10. במקרה השגרה ההולמת או היפוך מספקת אומדן של פונקצית התפלגות רדיוס חלקיק, לחשב את polydispersityמדד (סטיית התקן של ההתפלגות מחולק סטיית התקן שלו).

    3. מעקב חלקיקים ידי מיקרוסקופ פלואורסצנטי-שדה רחב

    הערה: חלקיקים Tracer מטריצה ​​של 465 ± 7 ננומטר 405 ± 7 ננומטר רדיוס הידרודינמית בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, בהתאמה, ששימשו למעקב החלקיקים.

    1. לדוגמא הכנה
      1. הכן פיזור microgel מטריקס מרוכז על ידי redispersing כמות ידועה של microgel ללא תווית lyophilized לסכום ידוע של מים מזוקקים כפול. הוספת נפח קטן של חלקיקים נותב שכותרתו.
      2. אשר את הריכוז microgel נותב המתאים המיקרוסקופ. הריכוז האופטימלי הוא פשרה בין רכישות סימולטני של המספר המרבי של מסילות רכבת, תוך הגברת הרגישות של ריכוז נותב נמוך מספיק כך שההסתברות כי מסלולי החלקיקים נותב לחצות במהלך הרכישה הינה זניחה.
      3. הכן תפוצות מרוכזות על ידי מתאדהמים בתנור. קביעת ריכוז במשקל על ידי השוואת המשקל של הפיזור למשקל המקורי של המדגם לפני האידוי.
    2. קליטת נתונים וניתוח
      1. השתמש עדשה אובייקטיבית מתאימה של ההגדלה הרצויה צמצם עבור עירור של הקליעים נותבים ואיסוף קרינה סימולטני מן המדגם. בעבודה זו, להשתמש עדשה אובייקטיבית טבילת שמן NA 100X / 1.3.
      2. הנח את תא לחות על שולחן xyz-piezo, אשר נכנס לתוך מיקרוסקופ מסחרי.
      3. כדי למנוע המדגם מפני התייבשות, במקום להחליק לכסות לנקות פלזמה לתוך תא לחות פיפטה 10 μl של פולי (NIPAM) הפיזור של הריכוז הרצוי על תלוש.
      4. בהתאם ספקטרום עירור ופליטה של ​​צבע פלואורסצנטי, שימוש בלייזר מתאים עירור ולהתאים את כוח לייזר כראוי. עוצמת צריכה להיות נמוכה מספיק כדי למנוע photobleaching מהיר של צבעים, אבלבמקביל חזק מספיק עבור מיצוב חלקיק יחיד מדויק (ראה להלן). בעבודה זו, להשתמש לייזר מצב מוצק 561 ננומטר שאוב דיודת ולשמור קבוע כוח לייזר ב -16 mW (בערך 0.5 כ"ס -2 ס"מ על מדגם) עבור כל המידות.
      5. כדי להשיג תאורת מדגם הומוגני, השתמש התקנת התאורה הקריטית המתואר כאן. לשם כך, כמה הליזר לתוך סיב multimode (NA 0.22 ± 0.02, קוטר ליבה 0.6 מ"מ), לנער את הסיבים באמצעות vortexer כדי כתמי ליזר הממוצעים החוצה ובזמן, ולהקרין הסיב בסופו לתוך המטוס המדגם.
      6. כייל את מרחק z מן ההשתקפות האחורית של להחליק את המכסה ולהתמקד כמה מיקרומטרים לתוך המדגם ידי הזזת המטרה מעט עד ולתקן את מיקום z באמצעות-מפצת z. זה ימנע תופעות ממשק עם coverslip.
      7. כוונו את הפרמטרים גלאי, כגון זמן חשיפה, לחוסנה של אותות הקרינה. במקרה זה, השתמש מצלמת EMCCDחשיפה עם זמן של 0.1 שניות, האלקטרון הכפלת מצב ורווח של 50.
      8. רוכש בכמה סרטים עם המספר המתאים של מסגרות להשיג זמן השהיה נאות לחישוב העקירה המרובעת הממוצעת של microgels באזורים שונים של המדגם. בעבודה זו, להשתמש במספרי מסגרת רכישה של 500 או 1,000 מסגרות.
      9. לנתח את הנתונים על ידי מיצוב החלקיקים בכל מסגרת באמצעות הולם גאוס 25 ולהשתמש אלגוריתם מעקב חלקיקים מתאימים 26 כדי להשיג את העקירה המרובעת הממוצעת. 27 חישוב מתכוונים ערכי סטיית התקן על ידי חישוב ממוצע על פני כל המסלולים בכל הסרטים. חישוב מקדמי דיפוזיה הרבה זמן בפיגור ידי רגרסיה ליניארית מ משוואת 19 , איפה משוואה 20 ההעתק המרובע הממוצע, D מקדם הדיפוזיה מתכוון τ זמן ההשהיה.
      10. EstImate γ פרמטר אנומליה מן המשוואה דיפוזיה אנומלית משוואת 21 על ידי הפיכת נתוני סולם לוגריתמים, מניב משוואת 22 . פרמטר אנומליה משוואת 23 ניתן על ידי הנגזרת של העלילה. הנגזר יכול להיות מוערך על ידי הפרשים הסופיים של נקודות נתונים, או מודד את נקודות הנתונים על ידי פונקציות פולינום ומבדל אנליטית. לקבוע את המידה המספקת של הפונקציות בכושר פולינום ידי התוויית השאריות בכושר הנורמה שיורית להגדלת סדר פולינום.
      11. חזור על התהליך זהה עבור ריכוזים שונים של מטריצות microgel.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

מספר החלקיקים microgel PNIPAM האצווה, וכך נפח החלקיקים הסופי, נקבע בתחילת התגובה במהלך methacryloxyethyl לצבוע שיתוף מונומר הידרופובי התגרענות שלב 20 thiocarbamoyl B rhodamine משפיע על התגרענות ידי הקטנת צפיפות מספר החלקיקים באצוות. הירידה בריכוז חלקיקים לשני ריכוזי NIPAM ראשוניים שונים ניתן לראות הגידול בהיקף החלקיקים הסופי הממוצע במצב המכווץ עם ריכוז לצבוע הגדלה, שמוצגת באיור 1. הגידול בהיקף ניתן לייחס לצבוע comonomer הידרופובי, אשר מקדם צבירת גרעיני microgel בזמני תגובה מוקדם, ומקטין את ריכוז החלקיקים והגדלת נפח החלקיקים הסופי.

תוצאות מתוך measuremen DLS מוצלחts מוצג באיור 2. לשש התלות לינארית קבוצות נפח חלקיקים סופי הקטנות של קצב הדעיכה הממוצע Γ 2 על q 2 ואפס y ליירט בטווח הטעות עולה כי הפצות גודל חלקיקים עבור קבוצות אלה הן יחסית צר באר אומדן -defined עבור מקדם הדיפוזיה הממוצע ניתן לקבל שיפוע ההתאמה ליניארית. איור 3 מראה תוצאה מסובכת יותר משתי קבוצות הנפח הגדולות ביותר, שבו Γ 2 החורגות מההתנהגות ליניארית בטווח q ביניים. המגזר השקלי הלא צמוד ליניאריות מקורו גורם צורה (דפוס פיזור זוויתי) המינימום אשר עולה בקנה אחד עם ערכי q אלה. 28 את התופעה הנדונה ניתן לצפות עבור חלקיקים בעלי ממדים להשוות את אורך הגל של קרינת לייזר האירוע ואפילו התפלגות גודל החלקיקים מתונה רוֹחַב. קביעת מקדם דיפוזיה ב q זה איור 3, Γ 2 משקף את ההתנהגות הממוצעת שוב Q הגבוה, שבו כל שברי גודל החלקיקים לתרום בצורה שווה לעוצמת מפוזרת הכולל. דרך פשוטה כדי לקבל אומדן סביר מקדם הדיפוזיה הממוצע הוא לא לכלול את ערכי הביניים 2 Γ מן ההתאמה ליניארית. אם בגורם הצורה של החלקיקים ידועים, שיטה הולמת יותר משוכללת יכולה לשמש 28.

קביעת נפח הידרודינמית במצב מכווץ בלי לתת דגימות להתקרר מתחת PNIPAM VPTT מבטיח כי חלק סול הלא בג'ל לא מנותקת מן החלקיקים. לכן הנפח במצב המכווץ משקף את המונית ומספר החלקיקים במהלך פילמור, וזה חשוב אם fundamנכסי ental של פילמור הממטרים נחקרים 20. נפח במצב המכווץ גם מספק כמות טובה להשוואת פרמטרי תגובה אחרות, משום שהוא אינו תלוי את מאפייני נפיחות השבר של פולימר שאינו בג'ל החלקיקים מוסדר על ידי כמות מקשר צלב בתערובת מונומר. גודל קטן יותר וניגודיות פיזור גבוהות במצב המכווץ גם להקל על אפיון DLS.

נתוני פיזור אור סטטי נמדדו בשני אורכי גל של 642 ננומטר ו 404 ננומטר עבור חלקיקי מטריקס נותב מוצגים באיור 4 בדיקה ויזואלית של דפוסי פיזור זוויתי מגלה כי החלקיקים הם מוגדרים היטב:. תנודות מכובדות מרובות אופייניות חלקיקים כדוריים לאורך השקל מציין polydispersity הצר, ב% במקרה זה 7 ו -6% עבור microgels נותבים מטריקס, בהתאמה. ב חלקותehavior ב- Q הנמוך מצביע כי הדגימות מדוללות מספיק ולא אגרגציה משמעותית קיימת. הגידול בעוצמת מפוזרת ב- Q הקיצוני ניתן לייחס הפיזור בשל האחורי משתקף קרן מקיר קובט הפנימי. היפוך של גורמי צורה של חלקיקי מטריקס לאשר מבנה microgel טיפוסי 29 עם ליבה צפופה רדיאלית פרופיל צפיפות מתפוררת נובע קינטיקה copolymerization צולב מקשר 30 (ראה הבלעה). על הקו המקווקו מציג את טופס הגורם של הכדור הקשה ההתייחסות עם אותו הרדיוס הממוצע של הסתובבות כמו החלקיקים מטריקס. גורמים צורה הניסיונית דועך מהר עם q מאשר גורם צורת כדור הקשה, אשר אופייני עבור חלקיקים עם משטח מטושטש. לעומת זאת, חלקיקים נותבו מפגיני מבנה microgel שיגרתי. זה יכול להיות גם לראות את הטופס גורם במרחב קשה ההפניה, אשר מראה כי גורם צורה הניסיונית בתחילה לאריקבון מהר יותר מאשר ההתייחסות. תוצאה זו מראה כי מולקולות צבע בשילוב כדי microgels יכולות להשפיע על המבנה שלהם, אשר חייב להיות מטופלת על פירוש התוצאות.

האחידות הגבוהה של החלקיקים המסונתזים היא בעל עניין גבוה ללימודים של דיפוזיה שלהם נפח שברים סביב טמפרטורת מעבר זכוכית כדי לקבוע את התנהגות האבולוציה במדויק המשטר הזה 13, ולהשוות אותו חלקיקים קשים 31. לכן, נתח קטן יותר של microgels שכותרתו עורבב עם microgel אי שכותרתו גודל דומה. עירור ופליטת ספקטרה של מולקולות צבען משולב microgel יחד עם גל העירור ותצורה מסננת הנמצא בנתיב הפליטה מוצגת באיור 5. ספיג ו מקסימום פליטת methacryloxyethyl thiocarbamoyl B rhodamine קרוב גל עירור וטווח אוסף קרינה,בהתאמה, מה שמאפשר יעילות אוסף גבוהה הגדרת מעקב חלקיקים. האבולוציה בזמן העקירה מרובעת ממוצעי microgels נותב בריכוזי מטריקס microgel אי שכותרתו שונים מוצגת באיור 6 ואיור 7 לינארית סולם לוגריתמים, בהתאמה. בריכוזי מטריקס microgel נמוכים החלקיקים נותבו מפוזרים במהירות. למרות שהם גלויים רק עבור מספר מצומצם של מסגרות לפני המעבר מן מטוס המוקד, אמידה טובה למדי של ההתקות המרובעות מהממוצע שלהן אפשרית. הגידול ליניארי של העקירה המרובעת הממוצעת עם זמן מציין התנהגות דיפוזיה רגילה לכל הפעמים בפיגור נמדדות. עם זאת, עבור ריכוזי microgel קרובים המעבר הזכוכית קולואידים, כלומר, 29-36 מ"ג / מיליליטר, האבולוציה הזמנית של ההתקות המרובעות הממוצעות הופכת שאינו ליניארי (ראה איור 7). ההתנהגות דומה לזו של חלקיקי PMMA מיקרומטר בגודל קולואידים כפי יורדribed ידי שבועות וויץ 31 ויכול להיות קשור לאפקט כלוב. כפי שניתן לראות באופן סכמטי באיור 10, microgel שכותרתו במטריצה ​​צפופה יכול לפזר די בחופשיות בתוך הכלוב. מסיבה זו, העקירה המרובעת הממוצעת מגדילה באופן ליניארי של כמה האלפיות הראשונים. עם זאת, מאז חלקיקים לכודים בכלובים חולפים נוצרו על ידי שכניהם, סידור מחדש קולקטיבי של microgels שמסביב הכרחי microgels לעבור עוד. אפקט זה כלוב מתבטא מדרון רדוד למדי בטווח השני של איור 7, וניתן אשר גם על ידי בוחן פסי החלקיקים באיור 9. לפעמים בפיגור קצר חלקיקי נענוע בכלובים שלהם, שממנו הוא לברוח רק כדי לקבל נלכד שוב. לעתים בפיגור רב, ההתנהגות דיפוזיה ליניארי הוא התאושש. תופעות קייג ניתן לנתח באמצעות מודלי דיפוזיה אנומלית שבו האבולוציה הזמנית של (דו ממדי זוהה) אומרת ד מרובעisplacement מתבטאת חוק כוח בזמן: משוואת 24 או בצורה לוגריתמית שלה משוואת 25 עם פרמטר אנומליה משוואת 26 32. עבור דיפוזיה נורמלי, הפרמטר אנומליה שווה 1, subdiffusion מיוצג על ידי הערכים הבאים: 1. איור 8 מציג את האבולוציה הזמני של פרמטר אנומליה נקבע באופן ישיר מן המדרון ביומן-log-העלילה איור 7. עבור ריכוזים נמוכים של microgels במחקרנו, הפרמטר אנומליה בעצם שווה ל 1. פעמים בפיגור משוואת 27 בטווח של כמה שניות, הגורם סוטה 1 לערכים נמוכים. התנהגות זו היא תוצר מלאכותי בשל העובדה כי מגוון תצפית צירית (z-) במיקרוסקופ שדה רחב מוגבל רק מיקרומטרים אחדים. Z- הצרמגוון מטה את הניתוח עבור דיפוזיה מהירה במרווחי זמן רב עבור לשדר קליעים נותבים במהירות בריכוזים מטריצה ​​נמוכה. כאשר מגדילים את ריכוז microgel, אנו מוצאים כי המינימום של פרמטר אנומליה הופך להיות הרבה יותר בולט ומעבר דיפוזיה הרגילה ( משוואת 28 ) מופיע מאוחר יותר. זוהי אינדיקציה ברורה של השפעת הכלוב המופיעה למערכות microgels צפופות כאשר מתקרבים משטר מעבר הזכוכית שלהם.

איור 1
איור 1:. נפח חלקיקים יחיד במצב התמוטט עם ריכוז לצבוע ראשוני באצוות שני ריכוזי NIPAM ראשוניים שונים שמשו, 57.5 mmol dm -3 (עיגולים שחורים) ו 28.8 mmol dm -3 (מלבנים אפורים). 1 mol-% של מקשר הצלב היה בשימוש. ריכוז ראשוני KPS היה זהה בכל המחבטצ 'ס ב -3 1.56 מילימול dm. ברים שגיאה לציין את סטיית התקן. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2: קצב דעיכה עם הריבוע של גודל וקטור פיזור עבור ארבע קבוצות microgel הנפח הקטנות תלות לינארית של. משוואת 29 על q 2 ואפס ליירט הצביע התפלגות גודל חלקיקים צרות ומציין כי אומדן מוגדר היטב של מקדם הדיפוזיה הממוצע ניתן לחשב את השיפוע של ההתאמה ליניארית. ריכוזי NIPAM היו 57.5 mmol dm -3 (ריבועים אדומים משולש הפוך כתום) 28.8 mmol dm -3 (שאר הסמלים). ריכוזי צבע היו 0.044 mmol דמ -3 (ריבועים אדומים), 0.022 mmol dm -3 (משולש הפוכים כתום), 0.088 mmol dm -3 (משולש ירוק), 0.066 mmol dm -3 (מעויני ציאן), 0.044 mmol dm -3 (משולשים כחולים כהים), ו 0.022 mmol dm -3 (עיגולים ורודים). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3:. קצב דעיכה עם הריבוע של גודל וקטור פיזור עבור שתי קבוצות הנפח גדולות התנהגות הבלתי ליניארי של Γ 2 עם q 2 בטווח q המרכזי נגרם על ידי השינויים בעוצמת שקלול האות על ידי שברים בגדלים שונים בקרבת המינימום גורם צורה. ריכוז NIPAM ב אצוות הן היו 57.5 mmol dm-3, הריכוזים לצבוע היו 0.088 mmol dm -3 (עיגולים שחורים) ו 0.066 mmol dm -3 (משולש אדום). סימנים דהויים הוצאו התאמה ליניארית. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4: גורמי טופס של נותב שכותרתו וחלקיקים מטריקס ללא תווית עבור חלקיקים גורם צורה נמדד בשני אורכי גל, 642 ננומטר (נקודות נתונים כחולים ואדום בהירים) ו -404 ננומטר (ירוקה ונקודות נתונים כחולות כהות).. קווים מוצקים הם התקפים עולמיים אל 642 ננומטר ו -404 מערכי נתונים ננומטר. קווים מקווקווים להראות טופס גורמים של חלקיקי התייחסות במישור קשים עם אותו הרדיוס של הסתובבות כחלקיקי מטריקס נותב (כתום וירוק קווים מקווקווים, בהתאמה.) ריבועים להראות חלקיקים מנורמליםפרופילי צפיפות מהליבה אל פני השטח חושב, למשל, FitIt! אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5
איור 5:. עירור ופליטה ספקטרה של חלקיקי microgel שכותרתו קרינת קו כחול מסמן את עירור ספקטרום פליטת אדום קו. קו אנכי מוצק הוא גל העירור. אזור מוצלל מציין טווח אורכי גל אוסף קרינה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 6
איור 6: Mean חד פעמי בכיכרlacement עם זמן השהיה עבור חלקיקים נותב. ריכוזים microgel מטריקס ללא תווית היו 15.56 מ"ג / מ"ל (משמאל), 22.05 מ"ג / מ"ל, 28.28 מ"ג / מ"ל, 28.67 מ"ג / מ"ל, 30.32 מ"ג / מ"ל, 31.13 מ"ג / מ"ל ו 35.35 מ"ג / מ"ל. נקודות וברי שגיאה לציין ערכים ניסיוניים וסטיית תקן, בהתאמה. קווים מוצקים הם התקפים ליניארי לנקודות הנתונים. הבלעה מראה מיקרוסקופ פלואורסצנטי רחב בתחום של microgels נותב ב 35.35 מ"ג / ריכוז מטריקס מ"ל. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 7
איור 7:. Mean עקירה מרובע עם זמן השהיה עבור חלקיקים נותב ב סקאלה לוגריתמית ריכוזים microgel מטריקס ללא תווית היו 15.56 מ"ג / מ"ל (משמאל), 22.05 מ"ג / מ"ל, 28.28 מ"ג / מ"ל, 28.67 מ"ג / מ"ל, 30.32 מ"ג / מ"ל, 31.13 מ"ג / מ"ל ​​ו 35.3 5 מ"ג / מ"ל. נקודות וברי שגיאה לציין ערכים ניסיוניים וסטיית תקן, בהתאמה. קווים מוצקים הם מתאימים פולינום לנקודות הנתונים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

הספרה 8
איור 8:. Anomaly פרמטרים עם זמן השהיה עבור חלקיקים נותב ריכוזים microgel מטריקס ללא תווית היו 15.56 מ"ג / מ"ל (משמאל), 22.05 מ"ג / מ"ל, 28.28 מ"ג / מ"ל, 28.67 מ"ג / מ"ל, 30.32 מ"ג / מ"ל, 31.13 מ"ג / מ"ל ו 35.35 מ"ג / מ"ל. נקודות מייצגות נגזרות מוערך על ידי פרשים סופיים וקווים מוצקים מחושבים נגזרת אנליטית מן ההתקפים פולינום באיור 7. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

e_content "FO: keep-together.within-page =" 1 "> איור 9
איור 9:.. מסלולי חלקיקים במשך 12 microgels נותב בפזורה עם 35.35 מ"ג / ריכוז מטריקס מיליליטר Clustering של מסלולים לתוצאות כתמים ייחודיות מהחלקיקים של נותב להילכד בכלובים חולפים נוצרו על ידי השכנים ללא התווית שלהם אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור 10
איור 10:. איור סכמטי של דיפוזיה microgel נותב בפזורת microgel מטריקס ללא תווית מרוכזת במסלול אדום מציין דיפוזיה מהירה של הקליעים נותבים בתוך הכלובים החולפים (כחול קו מקווקו) שהוקמה על ידי החלקיקים השכנים. מסלול כחול מציין ti בפיגור ארוךלי דיפוזיה מופעל על ידי ההתארגנות הקולקטיבית של הכלובים החולפים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 11
איור 11:. מקדמי דיפוזיה זמן השהיה ארוך עם ריכוז microgel מטריקס ללא תווית בריכוז מטריקס נמוכה דיפוזיה של נותב microgels אינו מושפע על ידי חלקיקים מטריקס. ככל שעלה ריכוז microgel מטריקס דיפוזיה זמן רב מאיטה סדר הגודל בגלל דיפוזיה דורש התארגנות קולקטיבית של הכלובים החולפים, שבו הקליעים נותבים לכודים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

תוספת של כמויות קטנות של comonomer התפקודית יכולה להיות השפעה משמעותית על גודל החלקיקים והמבנה של microgels נגזר PNIPAM. פילמור צינור בקנה המידה קטנה בדיקת סימולטני הוא שיטה טובה לתת דין וחשבון על שינויים כאמורים, ועוזר למצוא את היצירות מגיבות התקינות במהירות עבור גודל חלקיקי יעד upscaling התגובה לפי צורך. המסה של החלקיקים היא כ תלות אקספוננציאלית על טמפרטורת פילמור כאשר תרמית נרקבות יוזמות, כגון KPS, משמשת 20, ולכן יש צורך להקים בקרת טמפרטורה יציבה ומדויקת בתוך הכור עבור שחזור טוב. כרכי חלקיק סופיים מתגובה יצווה קונבנציונלית תגובה הלא-בחש הם בדרך כלל בהסכם טוב אם אחד ממזער סינתזה יצווה הפרעות קשורות, כגון ערבוב אלים מדי של תערובת תגובת EVen החוצה הדרגתי טמפרטורה בכור הגדול, או באמצעות כמות מוגזמת של פתרון יוזם כך ששינויי טמפרטורת תגובה בתקופת החניכה.

פיזור אור דינאמי היא שיטה מבוססת היטב ומהר כדי לקבוע התנהגות דיפוזיה של מספר גדול של חלקיקים באתרם. זה אולם חיוני לרכוש נתונים בזוויות פיזור מרובות. מדידות DLS בזווית אחת שרירותית, בד בבד עם מינימום גורם צורה או במקרה של התפלגות גודל רחבה, תובלנה מקדם דיפוזיה לכאורה שונה באופן מהותי מן מקדם הדיפוזיה הממוצע של המדגם. ניתן לזהות מקרים כאלה מהתנהגות שאינו ליניארי Γ 2 לעומת העלילה q 2. לפתרון הפצות גודל החלקיקים רחבה או multimodal, אפשר לנסות להשתמש באלגוריתם טרנספורמציה Laplace ההופכי כגון Contin 34. DLS הוא אידיאלי אולם לא מתאים למטרה זו בשל NAT החולה ממוזגתיור בעית ההיפוך.

עבור שני האור דינאמי וסטטי פיזור הדגימות צריכות להיות מדוללות מספיק כדי למנוע פיזור מרובה, אשר פוסל את ניתוח נתונים השיגרתי. לקביעת גורם צורה על ידי SLS גם ההבדל מקדם השבירה של החלקיקים ממסים צריך להיות נמוך כדי למנוע פיזור מיי, אשר מונע ניתוח גורם צורה פשוטה. שתנאי זה מתקיים כאשר משוואה 30 , איפה משוואת 31 הוא רדיוס החלקיק מתכוון משוואת 32 ההבדל בין מדדים של ממס וחלקיקים שבירים. לקבלת microgels בהרחבה נפוח עם ממס קריטריון זה מתקיים, אבל באופן כללי החלקיקים צריכים להיות בניגוד מתאים עם ממס מקדם שבירה גבוהה מספיק. ניתן לזהות פיזור מיי מן המריחות של tהוא ליצור ומינימום גורם, השפעה, אשר פוחת כאשר ההבדל מקדם שבירה פוחתת.

שיטות פיזור אור לספק אנסמבל בממוצע מידע, ואילו מעקב חלקיקים רחב בתחום ניתן להשתמש כדי לחקור את ההתנהגות דיפוזיה של חלקיקים יחידים בחלל אמיתי. בניגוד למעקב חלקיקים המבוססים על פיזור אור, הרגישות הגבוהה של קרינה מאפשרת מעקב של חלקיקים קטנים, במקרה הקיצוני, מולקולות בודדות אפילו. בנוסף, היחס של חלקיקים שכותרתו שכותרתו בלתי ניתן להתאים למדוד במדויק גם בפתרונות מרוכזים מאוד. מעקב חלקיקים ולכן מספק דרך מודל חינם כדי לקבוע את מצב דיפוזיה מקדם דיפוזיה של קולואידים באתרו דבר שמאפשרים השוואה בין ההתנהגויות של חלקיקים אחת. דיוק לוקליזציה של קליעים נותבים יחיד הוא בדרך כלל טוב יותר מאשר לגבול השתברות אך הדבר תלוי אות לרעש יחס של סי הקרינהgnal של חלקיקים אחת על ההתקנה רחב בתחום. לפיכך, תיוג עם צבעים כי תערוכת תשואה קוונטית גבוהה, בצילום טוב לבין מקסימום קליט קרוב גל העירור הוא תנאי הכרחי תוצאות טובות. ריכוז Tracer צריך להישמר נמוך על מנת למזער מעבר של מסלולים של חלקיקים שונים להפריע אלגוריתם מעקב. עבור תפוצות מרוכזות, הצפיפות של קליעים נותבים ניאון יכולה להיות מותאמת על ידי ערבוב חלקיקים שהכותרת שאינו מסומנים. מחקר שנערך לאחרונה על הנדסת פונקציה להפיץ את הצבע מאפשר 3D חלקיקי מעקב 35,36, אשר יכול לשמש כדי לחקור דיפוזיה אניסוטרופי לכיוונים שונים של מרחב.

לסיכום, אפיון DLS מדויק פילמור מבחנה בקנה מידה קטנה לספק מסגרת איתנה עבור כוונון דיוק גבוה של נפח חלקיקים סופי microgel. טכניקות אור פיזור ומעקב חלקיק הקרינה לספק מידע משלים על אנסמבלהתנהגות דיפוזיה חלקיק בודדת מעל טווח ריכוז פיזור רחב. השילוב של הסינתזה של חלקיקים רכים מוגדרים היטב עם האפשרות לעקוב אחר אותם הפתרונים של ריכוז שונה יהיה בעל חשיבות משמעותית לחקירת הדינמיקה של מערכות חלקיקים רכות בהשוואה למערכות קולואיד קשות לומדים היטב.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone VWR Chemicals KRAF13455
Bisacrylamid AppliChem A3636
n-Hexane Merck 104374
N-Isopropylacrylamide Fisher Scientific AC412785000 recrystallized from n-hexane
Methacryloxyethyl thiocarbamoyl rhodamine B Polysciences 23591
Potassium peroxodisulfate Merck 105091
Silicone oil 47 V 350 VWR Chemicals 83851
Toluene Sigma Aldrich 244511
F12 Refrigerated/heating circulator Julabo 9116612
Microscope Olympus IX83
XY(Z) Piezo System Physik Instrumente P-545.3R7
100X Oil immersion objective Olympus UPLSAPO
QuadLine Beamsplitter AHF Analysentechnik F68-556T
Cobolt Jive 150 laser Cobolt 0561-04-01-0150-300
Multimode Fiber Thorlabs UM22-600
iXON Ultra 897 EMCCD camera Andor DU-897U-CS0-BV
Laser goniometer SLS Systemtechnik Mark III
CF40 Cryo-compact circulator Julabo 9400340
Laser goniometer system  ALV GmbH ALV / CGS-8F
Multi-tau corretator ALV GmbH ALV-7004
Light scattering electronics ALV GmbH ALV / LSE 5004
Photon counting module PerkinElmer SPCM-CD2969 2 units in pseudo cross-correlation mode
633 nm HeNe Laser JDS Uniphase 1145P
F32 Refrigerated/heating circulator Julabo 9312632

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pelton, R. Temperature-sensitive aqueous microgels. Adv. Colloid Interfac. 85, 1-33 (2000).
  2. Pich, A., Richtering, W. Microgels by Precipitation Polymerization: Synthesis, Characterization and Functionalization. Adv. Polym. Sci. 234, 1-37 (2010).
  3. Richtering, W. Responsive Emulsions Stabilized by Stimuli-Sensitive Microgels: Emulsions with Special Non-Pickering Properties. Langmuir. 28 (50), 17218-17229 (2012).
  4. Wiese, S., Spiess, A. C., Richtering, W. Microgel-Stabilized Smart Emulsions for Biocatalysis. Angew. Chem. Int. Edit. 52 (2), 576-579 (2012).
  5. Schmitt, V., Ravaine, V. Surface compaction versus stretching in Pickering emulsions stabilised by microgels. Curr. Opin. Colloid In. 18 (6), 532-541 (2013).
  6. Wellert, S., Richter, M., Hellweg, T., von Klitzing,, R,, Hertle, Y. Responsive Microgels at Surfaces and Interfaces. Z. Phys. Chem. 229 (7-8), 1-26 (2015).
  7. Li, Z., Harbottle, D., Pensini, E., Ngai, T., Richtering, W., Xu, Z. Fundamental Study of Emulsions Stabilized by Soft and Rigid Particles. Langmuir. 31 (23), 6282-6288 (2015).
  8. Deshmukh, O. S., van den Ende, D., Stuart, M. C., Mugele, F., Duits, M. H. G. Hard and soft colloids at fluid interfaces: Adsorption, interactions, assembly & rheology. Adv. Colloid Interfac. 222, 215-227 (2015).
  9. Serpe, M. J., Kim, J., Lyon, L. A. Colloidal Hydrogel Microlenses. Adv. Mater. 16 (2), 184-187 (2004).
  10. Schmidt, S., Zeiser, M., Hellweg, T., Duschl, C., Fery, A., Möhwald, H. Adhesion and Mechanical Properties of PNIPAM Microgel Films and Their Potential Use as Switchable Cell Culture Substrates. Adv. Func. Mater. 20 (19), 3235-3243 (2010).
  11. Xia, Y., He, X., et al. Thermoresponsive Microgel Films for Harvesting Cells and Cell Sheets. Biomacromolecules. 14 (10), 3615-3625 (2013).
  12. Guan, Y., Zhang, Y. PNIPAM microgels for biomedical applications: from dispersed particles to 3D assemblies. Soft Matter. 7 (14), 6375 (2011).
  13. Yunker, P. J., Chen, K., Gratale, M. D., Lohr, M. A., Still, T., Yodh, A. G. Physics in ordered and disordered colloidal matter composed of poly(N-isopropylacrylamide) microgel particles. Rep. Prog. Phys. 77 (5), 056601-056629 (2014).
  14. Lohr, M. A., Still, T., et al. Vibrational and structural signatures of the crossover between dense glassy and sparse gel-like attractive colloidal packings. Phys. Rev. E. 90 (6), 062305 (2014).
  15. Dreyfus, R., Xu, Y., Still, T., Hough, L. A., Yodh, A. G., Torquato, S. Diagnosing hyperuniformity in two-dimensional, disordered, jammed packings of soft spheres. Phys. Rev. E. 91 (1), 012302-012312 (2015).
  16. Kojima, H., Tanaka, F. Reentrant volume phase transition of cross-linked poly(N-isopropylacrylamide) gels in mixed solvents of water/methanol. Soft Matter. 8 (10), 3010-3011 (2012).
  17. Hofmann, C. H., Plamper, F. A., Scherzinger, C., Hietala, S., Richtering, W. Cononsolvency Revisited: Solvent Entrapment by N-Isopropylacrylamide and N, N-Diethylacrylamide Microgels in Different Water/Methanol Mixtures. Macromolecules. 46 (2), 523-532 (2013).
  18. Bischofberger, I., Calzolari, D. C. E., Trappe, V. Co-nonsolvency of PNiPAM at the transition between solvation mechanisms. Soft Matter. 10 (41), 8288-8295 (2014).
  19. Virtanen, O. L. J., Richtering, W. Kinetics and particle size control in non-stirred precipitation polymerization of N-isopropylacrylamide. Colloid Polym. Sci. 292 (8), 1743-1756 (2014).
  20. Virtanen, O. L. J., Ala-Mutka, H. M., Richtering, W. Can the Reaction Mechanism of Radical Solution Polymerization Explain the Microgel Final Particle Volume in Precipitation Polymerization of N-Isopropylacrylamide? Macromol. Chem. Phys. 216 (13), 1431-1440 (2015).
  21. Glatter, O. A new method for the evaluation of small-angle scattering data. J. Appl. Crystallogr. 10 (5), 415-421 (1977).
  22. Svergun, D. I. Determination of the regularization parameter in indirect-transform methods using perceptual criteria. J. Appl. Crystallogr. 25 (4), 495-503 (1992).
  23. Glatter, O. Convolution Square Root of Band-Limited Symmetrical Functions and Its Application to Small-Angle Scattering Data. J. Appl. Crystallogr. 14, 101-108 (1981).
  24. Glatter, O., Hainisch, B. Improvements in Real-Space Deconvolution of Small-Angle Scattering Data. J. Appl. Crystallogr. 17, 435-441 (1984).
  25. Cheezum, M. K., Walker, W. F., Guilford, W. H. Quantitative Comparison of Algorithms for Tracking Single Fluorescent Particles. Biophys. J. 81 (4), 2378-2388 (2001).
  26. Wöll, D., Kölbl, C., Stempfle, B., Karrenbauer, A. A novel method for automatic single molecule tracking of blinking molecules at low intensities. Phys. Chem. Chem. Phys. 15 (17), 6196-6205 (2013).
  27. Saxton, M. J., Jacobson, K. Single-particle tracking: Applications to membrane dynamics. Annu. Rev. Bioph. Biom. 26, 373-399 (1997).
  28. Pusey, P. N., van Megen, W. Detection of small polydispersities by photon correlation spectroscopy. J. Chem. Phys. 80 (8), 3513 (1984).
  29. Stieger, M., Pedersen, J. S., Richtering, W., Lindner, P. Small-angle neutron scattering study of structural changes in temperature sensitive microgel colloids. J. Chem. Phys. 120 (13), 6197-6206 (2004).
  30. Wu, X., Pelton, R. H., Hamielec, A. E., Woods, D. R., McPhee, W. The kinetics of poly(N-isopropylacrylamide) microgel latex formation. Colloid Polym. Sci. 272, 467-477 (1994).
  31. Weeks, E. R., Weitz, D. A. Subdiffusion and the cage effect studied near the colloidal glass transition. Chem. Phys. 284 (1-2), 361-367 (2002).
  32. Ernst, D., Köhler, J., Weiss, M. Probing the type of anomalous diffusion with single-particle tracking. Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (17), 7686-7691 (2014).
  33. Virtanen, O. L. J. FitIt! (Version 1.1.4). , Available from: https://www.github.com/ovirtanen/fitit (2015).
  34. Provencher, S. W. A Constrained Regularization Method For Inverting Data Represented By A Linear Algebraic or Integral Equations. Comput. Phys. Commun. 27 (3), 213-227 (1982).
  35. Holtzer, L., Meckel, T., Schmidt, T. Nanometric three-dimensional tracking of individual quantum dots in cells. Appl. Phys. Lett. 90 (5), 053902-053904 (2007).
  36. Diezmann, A. V., Lee, M. Y., Lew, M. D., Moerner, W. E. Correcting field-dependent aberrations with nanoscale accuracy in three-dimensional single-molecule localization microscopy. Optica. 2 (11), 985-989 (2015).
  37. Neutrons, X-rays and Light: Scattering Methods Applied to Soft Condensed Matter. Lindner, P., Zemb, T. , North Holland Delta Series. Amsterdam. (2002).

Tags

כימיה גיליון 115 פולי (N-isopropylacrylamide) פילמור ממטרים תיוג קרינה microgels פיזור אור מעקב חלקיקים מיקרוסקופ פלואורסצנטי
סינתזה מבוקרת מעקב הקרינה של פולי אחיד מאוד (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) Microgels
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Virtanen, O. L. J., Purohit, A.,… More

Virtanen, O. L. J., Purohit, A., Brugnoni, M., Wöll, D., Richtering, W. Controlled Synthesis and Fluorescence Tracking of Highly Uniform Poly(N-isopropylacrylamide) Microgels. J. Vis. Exp. (115), e54419, doi:10.3791/54419 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter