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Chemistry

नियंत्रित संश्लेषण और अत्यधिक वर्दी पाली की प्रतिदीप्ति ट्रैकिंग ( Published: September 8, 2016 doi: 10.3791/54419
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Institute of Physical Chemistry, RWTH Aachen University

Summary

गैर-हड़कंप मच वर्षा polymerization उत्तेजनाओं के प्रति संवेदनशील पाली (एन -isopropylacrylamide) संकीर्ण आकार के वितरण के microgels के संश्लेषण के लिए एक तेजी से, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य प्रोटोटाइप दृष्टिकोण प्रदान करता है। इस प्रोटोकॉल के संश्लेषण में, प्रकाश बिखरने लक्षण वर्णन है और एक व्यापक क्षेत्र माइक्रोस्कोपी सेटअप में इन microgels का एक कण प्रतिदीप्ति ट्रैकिंग प्रदर्शन कर रहे हैं।

Abstract

उत्तेजनाओं के प्रति संवेदनशील पाली (एन -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels विभिन्न संभावित व्यावहारिक आवेदन किया है और मौलिक अनुसंधान में उपयोग करता है। इस काम में, हम एक तेजी से गैर हड़कंप मच वर्षा polymerization प्रक्रिया द्वारा ट्यूनिंग microgel आकार के लिए एक प्रदर्शन के रूप में की fluorescently लेबल PNIPAM microgels पर नज़र रखने के एक कण का उपयोग करें। यह दृष्टिकोण अच्छी तरह से नए प्रतिक्रिया रचनाओं और शर्तों प्रोटोटाइप के लिए या अनुप्रयोगों है कि उत्पाद की बड़ी मात्रा की आवश्यकता नहीं है के लिए अनुकूल है। Microgel संश्लेषण, कण आकार और गतिशील और स्थिर प्रकाश बिखरने से संरचना निर्धारण प्रोटोकॉल में विस्तृत रहे हैं। यह दिखाया गया है कार्यात्मक comonomers के अलावा कण nucleation और संरचना पर एक बड़ा प्रभाव हो सकता है। व्यापक क्षेत्र प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी द्वारा एक कण ट्रैकिंग गैर लेबल microgels का एक केंद्रित मैट्रिक्स में लेबल दरियाफ्त microgels के प्रसार की एक जांच के लिए अनुमति देता है, एक सिस्टम को आसानी से जांच नहीं कीइस तरह के गतिशील प्रकाश बिखरने के रूप में अन्य तरीकों।

Introduction

उत्तेजनाओं के प्रति संवेदनशील पाली (एन -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels 1,2 विभिन्न स्मार्ट अनुप्रयोगों में अपनी क्षमता के कारण पिछले दो दशकों में निरंतर ब्याज को आकर्षित किया है। प्रदर्शन उपयोग के मामलों switchable पायस स्टेबलाइजर्स 3-8, microlenses 9, आसान सेल कटाई 10,11 के लिए सेल संस्कृति substrates, और कम आणविक भार यौगिकों के लिए स्मार्ट वाहक और अन्य जैव चिकित्सा 12 उपयोगों में शामिल हैं। देखने का एक मौलिक अनुसंधान की दृष्टि से इन कणों ऐसे कोलाइडयन बातचीत 13-15 और बहुलक विलायक बातचीत 16-18 के रूप में विषयों की जांच के लिए उपयोगी साबित हो गया है।

PNIPAM microgels और किसी भी दिए गए आवेदन में उनके डेरिवेटिव के सफल प्रयोग आम तौर पर मतलब कण आकार और कण आकार के वितरण की चौड़ाई पर ज्ञान की आवश्यकता है। PNIPAM सूक्ष्म शामिल प्रयोगात्मक परिणामों की सही व्याख्या के लिएजैल, कण संरचना है, जो कार्यात्मक comonomers से प्रभावित किया जा सकता है, के नाम से जाना पड़ता है। गतिशील और स्थिर प्रकाश बिखरने (DLS और एसएलएस, क्रमशः) विशिष्ट रूप से इस जानकारी को प्राप्त करने क्योंकि इन तरीकों तेजी से और प्रयोग करने के लिए अपेक्षाकृत आसान कर रहे हैं के लिए अनुकूल हैं; और वे अपने मूल पर्यावरण (फैलाव) में कण गुण जांच गैर invasively। डीएलएस और एसएलएस भी पूर्वाग्रह छोटा सा नमूना आकार, माइक्रोस्कोपी तरीकों के लिए ठेठ से उत्पन्न होने से बचने के कणों की विशाल संख्या से डेटा इकट्ठा। इसलिए, इस काम का पहला उद्देश्य कोलाइडयन लक्षण वर्णन करने के लिए नए चिकित्सकों के लिए प्रकाश बिखरने के बारे में अच्छा अभ्यास शुरू करने की है।

आमतौर पर, वर्षा polymerization प्रयोगशाला पैमाने में किया जाता है और सही प्रतिक्रिया की स्थिति पाने के विशिष्ट गुण कण श्रमसाध्य हो सकता है और संश्लेषण के कई repetitions की आवश्यकता होती है सकते हैं के लिए किया जाता है। बड़ी खेप संश्लेषण के विपरीत, गैर हड़कंप मच वर्षा polymerization 19,20 एआर हैapid प्रक्रिया है जिसमें अलग-अलग अभिकारक रचना के बैच संकीर्ण आकार के वितरण के लिए एक साथ उपज कणों polymerized जा सकता है। एक साथ polymerization प्रयोगात्मक भिन्नता को कम करता है और बड़े उत्पादन का मतलब है सही प्रतिक्रिया की स्थिति प्रतिक्रिया बढ़ाने के लिए तेजी से पाया जा सकता है। इसलिए, हमारी दूसरी उद्देश्य प्रोटोटाइप में और अनुप्रयोगों है कि उत्पाद की एक बड़ी राशि की आवश्यकता नहीं है में गैर हड़कंप मच वर्षा polymerization की उपयोगिता का प्रदर्शन है।

संश्लेषण और लक्षण के विभिन्न पहलुओं कोलाइडयन बातचीत अनुसंधान में फ्लोरोसेंट लेबल PNIPAM microgels के आवेदन के उदाहरण में एक साथ आते हैं। यहाँ हम एक विस्तृत मैट्रिक्स एकाग्रता रेंज पर लेबल हटाया गया मैट्रिक्स microgels के फैलाव में लेबल दरियाफ्त microgels के प्रसार की जांच और केंद्रित कोलाइडयन फैलाव में पिंजरे प्रभाव को हल करने के लिए बेहद सटीक एकल कण ट्रैकिंग का उपयोग करें। वाइड क्षेत्र प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी अच्छी तरह के लिए उपयुक्त हैआर इसे के रूप में इस उद्देश्य के संभावित विभिन्न मैट्रिक्स प्रजातियों में से एक बड़ी संख्या के बीच में कुछ दरियाफ्त अणुओं के विशिष्ट व्यवहार चिह्नित कर सकते हैं। इस तरह के डीएलएस, एसएलएस और rheology के रूप में तकनीक है, जो सिस्टम का पहनावा औसत गुणों को मापने और इसलिए एक बड़े प्रणाली में जांच के कणों की छोटी संख्या के व्यवहार को हल नहीं कर सकते हैं के विपरीत है। इसके अलावा, इस विशिष्ट उदाहरण में पारंपरिक प्रकाश बिखरने तरीकों उच्च कण एकाग्रता, जो मजबूत एकाधिक बिखरने किसी भी मानक विश्लेषण बेमानी करने के लिए सुराग के कारण भी उपयोग नहीं किया जा सकता। स्वचालित डाटा प्रोसेसिंग और सांख्यिकीय तरीकों का उपयोग समग्र प्रणाली एक कण ट्रैकिंग के लिए भी व्यवहार, जब बड़े नमूना आकार के औसत का विश्लेषण कर सकें।

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Protocol

1. microgel संश्लेषण

नोट: एन -isopropylacrylamide (NIPAM) एन-हेक्सेन से recrystallized किया गया था। अन्य अभिकर्मकों के रूप में प्राप्त किया जाता था।

  1. पाली (NIPAM) मैट्रिक्स Microgels की परम्परागत बैच संश्लेषण
    1. 245 मिलीलीटर फ़िल्टर में 1.8 जी NIPAM और 24 मिलीग्राम, एन एन -bisacrylamide (बीआईएस) भंग (0.2 माइक्रोन पुनर्जीवित सेलूलोज़ (आर सी) झिल्ली फिल्टर) एक 500 मिलीलीटर तीन गर्दन दौर नीचे एक भाटा कंडेनसर के साथ सुसज्जित फ्लास्क में दोहरा आसुत जल, एक उत्तेजक और एक रबर पट।
    2. एक थर्मामीटर और पट के माध्यम से नाइट्रोजन इनपुट के लिए एक 120 मिमी सुई डालें।
    3. 60 डिग्री सेल्सियस के लिए समाधान हीट जबकि क्रियाशीलता। 40 मिनट के लिए नाइट्रोजन के साथ मिटाने द्वारा समाधान Deoxygenate।
    4. इसके साथ ही छान डबल आसुत जल और बुलबुला नाइट्रोजन के साथ समाधान ऑक्सीजन दूर करने के लिए 5 मिलीलीटर में 155 मिलीग्राम पोटेशियम persulfate (केपीएस) के एक सर्जक समाधान तैयार है।
    5. स्थानांतरण पूरा 5 मिलीलीटर के.पी.एस. रोंएक नाइट्रोजन धोया एक 120 मिमी सुई के साथ सुसज्जित सिरिंज में olution।
    6. तीन गर्दन फ्लास्क में समाधान के स्तर से ऊपर नाइट्रोजन सुई लिफ्ट और रिएक्टर में रबर पट के माध्यम से तेजी से के.पी.एस. समाधान जोड़ें।
    7. polymerization 60 डिग्री सेल्सियस पर नाइट्रोजन प्रवाह और धीमी गति से सरगर्मी के तहत 1 घंटे के लिए आगे बढ़ना।
    8. आदेश में बड़ा समुच्चय त्यागने के लिए गर्म प्रतिक्रिया समाधान फिल्टर करने के लिए एक Buchner कीप और फिल्टर पेपर का प्रयोग करें। फैलाव शांत करने के लिए करते हैं।
    9. अपकेंद्रित्र और 257,000 XG पर 40 मिनट के लिए तीन बार redisperse फैलाव और अंत में दोहरा आसुत जल की एक न्यूनतम व्यवहार्य राशि में तलछट redisperse। आमतौर पर यह 2-4 मिलीलीटर है।
    10. भंडारण के लिए फैलाव Lyophilize।
  2. Fluorescently लेबल पाली (NIPAM) Microgels की गैर-हड़कंप मच गया संश्लेषण
    1. कांच के बर्तन में वजन 257.7 मिलीग्राम NIPAM, 3.5 मिलीग्राम भारतीय मानक ब्यूरो, और 1.5 मिलीग्राम methacryloxyethyl thiocarbamoyl rhodamine बी (डाई) और फ़िल्टर डबल गढ़ने के 10 मिलीलीटर जोड़नेएड पानी।
    2. Ultrasonicate 15 मिनट के लिए डाई मोनोमर समाधान पानी में डाई भंग करने के लिए।
    3. एक अलग कांच के बर्तन में डाई के बिना ही समाधान तैयार है।
    4. डाई डाई के बिना मोनोमर समाधान का उपयोग कर विभिन्न डाई सांद्रता के साथ एक एकाग्रता श्रृंखला प्राप्त करने के साथ मोनोमर समाधान के विभिन्न dilutions तैयार करें। इस काम में, 0.02-0.1 mmol / एल की एकाग्रता रेंज में डाई का उपयोग करें।
    5. आदेश सर्जक समाधान पाने के लिए फ़िल्टर दोहरा आसुत जल 10 मिलीलीटर में 8.4 मिलीग्राम के.पी.एस. भंग।
    6. के.पी.एस. समाधान की एकाग्रता श्रृंखला के 0.5 मिलीग्राम और 0.5 एमएल हस्तांतरण 10 मिमी व्यास के साथ ट्यूब का परीक्षण करने के अंतिम प्रतिक्रिया समाधान प्राप्त करने और उन्हें रबर सेप्टा के साथ सील करने के लिए।
    7. एक डबल घिरी गिलास 63 डिग्री सेल्सियस के लिए एक हीटिंग फैलानेवाला से जुड़े पोत में एक तेल स्नान पहले से गरम।
    8. 20 मिनट के लिए 120 मिमी सुई के माध्यम से नाइट्रोजन के साथ मिटाने द्वारा प्रतिक्रिया समाधान Deoxygenize।
    9. वायुसेना में ट्यूब डालेंमंच loating और preheated तेल स्नान में मंच विसर्जित कर दिया। 60 डिग्री सेल्सियस तक तापमान सेट करें। स्नान में शुरू में उच्च तापमान के लिए आवश्यक है के रूप में कमरे के तापमान समाधान स्नान शांत हो जाओ। उच्च परिशुद्धता के कण आकार में बदलाव के लिए प्रारंभिक प्रतिक्रिया के दौरान तापमान नियंत्रण आम तौर पर 0.1 डिग्री सेल्सियस ±, कठोर हो गया है।
    10. प्रतिक्रिया के लिए एक उपयुक्त समय के लिए आगे बढ़ना। आम तौर पर 1 घंटा के लिए पर्याप्त है।
    11. 60 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन के लिए तेजी से प्रतिक्रिया ट्यूबों स्थानांतरण और गर्म फैलाव की एक बूंद में डीएलएस लक्षण वर्णन के लिए, फ़िल्टर PNIPAM मात्रा चरण संक्रमण तापमान (VPTT, 32 -34 डिग्री सेल्सियस) पर 1 छोड़ देते दोहरा आसुत जल 10 मिलीलीटर के लिए रखा ढह राज्य।
    12. dispersions के बाकी कमरे के तापमान को ठंडा होने दें और उन्हें अपकेंद्रित्र ट्यूबों में हस्तांतरण।
    13. समाधान 257,000 XG पर 40 मिनट के लिए तीन बार अपकेंद्रित्र और छान दोहरा आसुत जल के लिए 2 मिलीलीटर में अंत में microgels पतलादरियाफ्त कणों के रूप में उपयोग अनुसंधान।

2. लाइट छितराया विशेषता

  1. गतिशील लाइट छितराया से ढह राज्य में hydrodynamic त्रिज्या निर्धारण
    1. cuvettes धो और एसीटोन वाष्प के साथ कांच के बने पदार्थ।
    2. हीट PNIPAM VPTT खत्म फ़िल्टर (जैसे, 200 एनएम या छोटे आर सी फिल्टर) दोहरा आसुत जल के 10 मिलीलीटर।
    3. एक पूर्व गर्म सुई (0.9 x 40 मिमी) और सिरिंज (1 मिलीलीटर) का उपयोग कर फ़िल्टर पानी के लिए गर्म फैलाव की एक बूंद स्थानांतरण।
    4. 50 डिग्री सेल्सियस के लिए डीएलएस गोनियोमीटर सूचकांक मैच स्नान गुस्सा और इसे शांत की अनुमति के बिना साधन के लिए नमूना हस्तांतरण।
    5. सबसे बड़ा बिखरने कोण जहां बिखरे हुए तीव्रता परीक्षण माप प्रदर्शन द्वारा एक correlogram प्राप्त करने के लिए पर्याप्त है लगता है।
      1. नमूना क्युवेट (कण फैलाव के 1 मिलीलीटर के साथ 10 मिमी व्यास ग्लास ट्यूब) डालें। छोटे बिखरने कोण (यहां 30 डिग्री) के लिए डिटेक्टर हाथ ले जाएँ।
      2. fo किरण प्रोफ़ाइल चेकआर एकाधिक बिखरने: प्राथमिक किरण, कोई एकाधिक बिखरने, आदि के आसपास कोई चमक जाँच करें कि गिनती रेंज सबसे कम बिखरने कोण पर माप के लिए उपयुक्त है (लगभग 30 और 600 किलोहर्ट्ज़ के बीच; सॉफ्टवेयर विंडो के ऊपरी दाएँ कोने।)।
      3. उच्चतम बिखरने कोण करने के लिए गोनियोमीटर हाथ ले जाएँ (120 ° यहां का चयन)। जाँच करें कि गिनती दर (30 और 600 किलोहर्ट्ज़ के बीच) माप के लिए पर्याप्त उच्च अभी भी है। यदि तीव्रता बहुत कम है, कोण बिखरने को कम करने के लिए हाथ से चलते हैं।
    6. सबसे कम बिखरने कोण पर टोल्यूनि स्नान कांच के माध्यम से नेत्रहीन किरण चेक, अगर घटना किरण चारों ओर चमक बिखरने कई मनाया जाता है जगह लेता है। इस मामले में, लेजर तीव्रता को कम या एक उच्च कमजोर पड़ने का उपयोग करें।
    7. (- 140 डिग्री जैसे, 30 डिग्री) 60 सेकंड की न्यूनतम अधिग्रहण के समय के साथ न्यूनतम और अधिकतम बिखरने कोण के बीच 20 correlograms मोल। कमजोर तीव्रता बड़े बिखरने कोण के लिए अधिग्रहण के समय में वृद्धियदि आवश्यक है।
  2. डेटा विश्लेषण 37
    1. के अनुसार बिखरने कोण के लिए वेक्टर परिमाण बिखरने की गणना eq 2 जहाँ n फैलाव का अपवर्तनांक है, eq 3 शून्य में लेजर की तरंग दैर्ध्य और eq 4 बिखरने कोण।
    2. मामले में माप सॉफ्टवेयर तीव्रता सहसंबंध समारोह प्रदान करता है eq 5 , बिजली के क्षेत्र सहसंबंध समारोह के लिए इसे बदलना eq 6 इसके अनुसार eq 7 । पैरामीटर eq 8 एक शुष्क भूमिका निभाई बिखरे हुए प्रकाश ove के स्थानिक जुटना की डिग्री से संबंधित पैरामीटर हैडिटेक्टर क्षेत्र आर।
    3. , Correlograms पर cumulant विश्लेषण प्रदर्शन यानी, प्रत्येक बिजली के क्षेत्र सहसंबंध समारोह के लघुगणक के लिए दूसरा आदेश बहुपद फिट eq 9 रैखिक कम से कम वर्गों द्वारा। eq 8 फिट की अवरोधन के रूप में प्रकट होता है और उसका सही मूल्य डेटा विश्लेषण करने के संबंध में महत्वहीन है। एक सार्थक समय अंतराल τ मूल्य, उदाहरण के लिए फिट सीमित करें तो यह है कि सह-संबंध आयाम 10 - अधिकतम आयाम का 20%। पहले के आदेश के कार्यकाल के गुणांक, सहसंबंध समारोह का मतलब क्षय की दर है eq 10 ।
    4. मतलब प्रसार गुणांक के लिए सबसे अधिक संभावना मूल्य का पता लगाएं eq 11 रैखिक कम से कम वर्गों द्वारा कणों की पर फिट eq 12 । अगरeq 10 विरुद्ध eq 13 रेखीय प्रकट नहीं होता है और त्रुटि के भीतर मूल के माध्यम से जाना है, कण आकार के वितरण में व्यापक और hydrodynamic त्रिज्या खराब परिभाषित किया जाएगा।
    5. स्टोक्स आइंस्टीन संबंध से मतलब hydrodynamic त्रिज्या की गणना eq 14 है, जहां eq 15 बोल्ट्जमान गुणांक है, eq 16 पूर्ण तापमान और eq 17 पर फैलाव की चिपचिपाहट eq 16 । के मानक विचलन का प्रचार eq 11 सेवा मेरे eq 18 ।
    6. स्टेटिक प्रकाश बिखरने से कण संरचना निर्धारण
      1. cuvettes धो और एसीटोन वाष्प के साथ कांच के बने पदार्थ। बेलनाकार लेंस प्रभाव को कम करने के लिए 20 मिमी व्यास या बड़ा cuvettes का प्रयोग करें।
      2. फ़िल्टर (200 एनएम आर सी फिल्टर या छोटे) एक कांच की शीशी को दोहरा आसुत जल के लगभग 20 मिलीग्राम और शीशी शुद्ध करने के फैलाव की एक बूंद हस्तांतरण। नमूना तैयार करने के लिए उपयोग कर निर्माण की प्रक्रिया से शेष अशुद्धियों को दूर करने से पहले 10 मिलीलीटर पानी के साथ फिल्टर धो लें।
      3. किसी भी परिवेश प्रकाश स्रोत के खिलाफ नमूना जाँच करें। नीले रंग मनाया जाता है, नमूना भी ध्यान केंद्रित किए जाने की संभावना है। तदनुसार पतला।
      4. क्युवेट फ़िल्टर्ड पानी के साथ कई बार निस्तब्धता द्वारा पृष्ठभूमि पानी का नमूना तैयार करें और फिर उचित नमूना मात्रा को भरने, क्युवेट और साधन में लेजर की स्थिति पर निर्भर करता है। लेजर नमूना के माध्यम से meniscus से अपवर्तित जा रहा है बिना पारित करना होगा।
      5. instrum जांचनाईएनटी एक टोल्यूनि नमूना का उपयोग कर।
      6. उपाय पानी बिखरने (पृष्ठभूमि) उपलब्ध कोणीय रेंज भर में।
      7. अधिमानतः कई तरंग दैर्ध्य में उपलब्ध कोणीय रेंज भर नमूना से बिखरने तीव्रता को मापने। बिखरने आगे बिखरने तीव्रता के लिए सामान्यीकृत पैटर्न फार्म कारक के रूप में जाना जाता है।
      8. कण संरचना में जाना जाता है, तो डेटासेट अलग तरंग दैर्ध्य पर मापा पर वैश्विक फिट गणना करने के लिए उपयुक्त मॉडल अभिव्यक्ति का उपयोग करें।
      9. अज्ञात कण संरचना का उपयोग (जैसे FitIt! 33) प्रत्यक्ष नियमित या एक अधिक सामान्य अप्रत्यक्ष उलटा फूरियर के लिए कण की अनुमानित वर्गीकरण के लिए जोड़ी दूरी वितरण समारोह (केवल गोलाकार कणों के लिए) की deconvolution 23,24 के साथ संयोजन के रूप में 21,22 दिनचर्या को बदलना प्रकार।
      10. मामले में फिटिंग या उलटा दिनचर्या, कण त्रिज्या वितरण समारोह के एक अनुमान प्रदान polydispersity गणनासूचकांक (वितरण अपने मतलब से विभाजित मानक विचलन)।

    3. कण ट्रैकिंग वाइड क्षेत्र प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी द्वारा

    नोट: 20 डिग्री सेल्सियस पर की 465 ± 7 एनएम और 405 एनएम ± 7 hydrodynamic त्रिज्या अनुरेखक और मैट्रिक्स कणों, क्रमशः, कण ट्रैकिंग के लिए इस्तेमाल किया गया।

    1. नमूना तैयार करना
      1. दोहरा आसुत जल के ज्ञात राशि के लिए lyophilized लेबल हटाया गया microgel के ज्ञात राशि redispersing द्वारा केंद्रित मैट्रिक्स microgel फैलाव तैयार करें। लेबल दरियाफ्त कणों की एक छोटी मात्रा में जोड़ें।
      2. माइक्रोस्कोप में उचित दरियाफ्त microgel एकाग्रता की पुष्टि करें। जबकि दरियाफ्त एकाग्रता काफी कम होने के लिए इतना है कि संभावना है कि दरियाफ्त कण पटरियों अधिग्रहण के दौरान पार नगण्य है इष्टतम एकाग्रता, पटरियों की अधिकतम संख्या का एक साथ अधिग्रहण के बीच एक समझौता है।
      3. वाष्पन द्वारा केंद्रित dispersions तैयारएक ओवन में पानी। वाष्पीकरण से पहले नमूने का मूल वजन के फैलाव के वजन की तुलना द्वारा वजन एकाग्रता का निर्धारण।
    2. डाटा अधिग्रहण और विश्लेषण
      1. वांछित बढ़ाई का एक उचित उद्देश्य लेंस का प्रयोग करें और नमूना से ट्रेसर की उत्तेजना और एक साथ प्रतिदीप्ति संग्रह के लिए एपर्चर। इस काम में, एक 100X / 1.3 एनए तेल विसर्जन उद्देश्य लेंस का उपयोग करें।
      2. एक xyz-पीजो तालिका, जो एक वाणिज्यिक माइक्रोस्कोप में फिट बैठता है पर नमी चैम्बर रखें।
      3. सूखने से नमूना रोकने के लिए, पर्ची पर नमी कक्ष और पिपेट पाली (NIPAM) के 10 μl वांछित एकाग्रता के फैलाव में एक प्लाज्मा साफ कवर पर्ची जगह है।
      4. फ्लोरोसेंट डाई की उत्तेजना और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा पर निर्भर करता है, उत्तेजना के लिए एक उपयुक्त लेजर का उपयोग करें और उचित रूप से लेजर शक्ति समायोजित करें। तीव्रता पर्याप्त रंगों की तेजी photobleaching से बचने के लिए कम किया जाना चाहिए, लेकिन कम सेएक ही समय में मजबूत सटीक एक कण स्थिति के लिए पर्याप्त (देखें नीचे)। इस काम में, एक 561 एनएम डायोड पंप ठोस राज्य लेजर का उपयोग करें और सभी मापन के लिए (सीए 0.5 किलोवाट सेमी -2 नमूना पर) 16 मेगावाट पर लेजर शक्ति निरंतर रखने के लिए।
      5. सजातीय नमूना रोशनी प्राप्त करने के लिए, यहाँ वर्णित महत्वपूर्ण रोशनी सेटअप का उपयोग करें। इस के लिए, जोड़े को एक बहुपद्वति फाइबर में लेजर (एनए 0.22 ± 0.02, 0.6 मिमी कोर व्यास), फाइबर एक vortexer उपयोग के लिए अस्थायी बाहर औसत लेजर speckles हिला, और इस परियोजना फाइबर नमूना विमान में खत्म होता है।
      6. कवर पर्ची के पीछे प्रतिबिंब से Z दूरी जांचना और नमूना में उद्देश्य से थोड़ा ऊपर ले जाकर कई माइक्रोमीटर ध्यान केंद्रित करने और एक z कम्पेसाटर का उपयोग कर जेड स्थिति को ठीक। इस coverslip के साथ किसी भी इंटरफ़ेस प्रभाव से बचा जाता है।
      7. प्रतिदीप्ति संकेत की ताकत से, इस तरह के जोखिम के रूप में समय डिटेक्टर मापदंडों को समायोजित करें। इस मामले में, एक EMCCD कैमरे का उपयोग0.1 सेकंड का समय जोखिम के साथ, इलेक्ट्रॉन मोड और 50 के लाभ गुणा।
      8. तख्ते की उचित संख्या के साथ कई फिल्मों मोल पर्याप्त समय अंतराल नमूना के विभिन्न क्षेत्रों में microgels का मतलब वर्ग विस्थापन की गणना करने के लिए प्राप्त करने के लिए। इस काम में, 500 या 1,000 फ्रेम के अधिग्रहण के फ्रेम नंबर का उपयोग करें।
      9. गाऊसी फिटिंग 25 का उपयोग करते हुए प्रत्येक फ्रेम में कणों स्थिति से डेटा का विश्लेषण और मतलब वर्ग विस्थापन प्राप्त करने के लिए एक उचित कण ट्रैकिंग एल्गोरिथ्म 26 का उपयोग करें। 27 सभी फिल्मों में सभी पटरियों से अधिक औसत से मूल्यों और मानक विचलन की गणना मतलब है। से रेखीय प्रतिगमन द्वारा गणना लंबे समय अंतराल के प्रसार गुणांक eq 19 , कहा पे eq 20 मतलब वर्ग विस्थापन, डी मतलब प्रसार गुणांक है और समय अंतराल τ।
      10. ESTविषम प्रसार समीकरण से विसंगति पैरामीटर γ imate eq 21 , लघुगणक पैमाने पर करने के डेटा को बदलने उपज से eq 22 । विसंगति पैरामीटर eq 23 साजिश के व्युत्पन्न द्वारा दिया जाता है। व्युत्पन्न बहुपद कार्यों से डेटा बिंदुओं फिटिंग और विश्लेषणात्मक फर्क डेटा बिंदुओं की परिमित मतभेद से अनुमान लगाया जा सकता है, या। बहुपद बढते क्रम के लिए फिट बच गया और अवशिष्ट आदर्श साजिश रचने के द्वारा बहुपद फिट कार्यों के लिए पर्याप्त डिग्री का निर्धारण।
      11. microgel matrices के विभिन्न सांद्रता के लिए एक ही प्रक्रिया दोहराएँ।

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Representative Results

बैच में PNIPAM microgel कणों की संख्या, और इस तरह अंतिम कण की मात्रा, nucleation चरण 20 जल विरोधी सह मोनोमर डाई methacryloxyethyl thiocarbamoyl rhodamine बी बैच में कण संख्या घनत्व को कम करने से nucleation प्रभावित करती दौरान प्रतिक्रिया में जल्दी चुना गया है। दो अलग अलग प्रारंभिक NIPAM सांद्रता के लिए कण एकाग्रता में कमी बढ़ती जा रही डाई एकाग्रता के साथ ढह राज्य में मतलब अंतिम कण की मात्रा में वृद्धि के रूप में देखा जा सकता है, चित्रा 1 में दिखाया गया है। मात्रा में वृद्धि हाइड्रोफोबिक comonomer डाई, के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है जल्दी प्रतिक्रिया समय पर microgel नाभिक एकत्रीकरण को बढ़ावा देता है, कण एकाग्रता कम और अंतिम कण की मात्रा बढ़ रही है।

एक सफल डीएलएस measuremen से परिणामटीएस चित्रा 2 में दिखाया जाता है। संकेत मिलता क्यू 2 और त्रुटि के भीतर शून्य y अवरोधन पर मतलब क्षय की दर Γ 2 के छह सबसे छोटी अंतिम कण की मात्रा बैचों रेखीय निर्भरता के लिए है कि इन बैचों के लिए कण आकार वितरण अपेक्षाकृत संकीर्ण और एक अच्छी तरह से कर रहे हैं मतलब प्रसार गुणांक के लिए से परिभाषित अनुमान रेखीय फिट की ढलान से प्राप्त किया जा सकता है। चित्रा 3 दो सबसे बड़ी मात्रा बैचों, जहां Γ 2 मध्यवर्ती क्यू रेंज में रैखिक व्यवहार से भटक से एक अधिक जटिल परिणाम से पता चलता। गैर linearity न्यूनतम फार्म का कारक (कोणीय बिखरने पैटर्न) जो इन क्यू मूल्यों के साथ मेल खाता से निकलती है। 28 प्रश्न में घटना घटना लेजर विकिरण की तरंग दैर्ध्य के लिए तुलनीय और यहां तक कि एक उदारवादी कण आकार के वितरण आयामों के साथ कणों के लिए मनाया जा सकता है चौड़ाई। इस क्यू में प्रसार गुणांक का निर्धारण चित्रा 3 के विशिष्ट मामले में, Γ 2 मतलब व्यवहार फिर से उच्च q पर है, जहां सभी कण आकार अंशों की कुल बिखरे हुए तीव्रता को और अधिक समान रूप से योगदान को दर्शाता है। मतलब प्रसार गुणांक के लिए एक उचित अनुमान प्राप्त करने के लिए एक सीधा रास्ता रेखीय फिट से मध्यवर्ती Γ 2 मूल्यों को बाहर करने के लिए है। कणों के रूप में जाना जाता कारक रहे हैं, तो एक अधिक विस्तृत फिटिंग विधि 28 का इस्तेमाल किया जा सकता है।

दे नमूने PNIPAM VPTT नीचे नीचे शांत बिना ढह राज्य में hydrodynamic मात्रा का निर्धारण सुनिश्चित करता है कि गैर-gelled प अंश कणों से अलग नहीं किया है। इसलिए ढह राज्य में बड़े पैमाने पर मात्रा और polymerization के दौरान कणों की संख्या है, जो fundam यदि महत्वपूर्ण है को दर्शाता हैवर्षा polymerization के अंदरूनी गुण जांच की जा रही 20। ढह राज्य में वॉल्यूम भी अलग प्रतिक्रिया के मापदंडों की तुलना के लिए एक अच्छी मात्रा में प्रदान करता है, क्योंकि यह सूजन गुण और मोनोमर मिश्रण में पार linker की राशि से विनियमित कणों में गैर gelled बहुलक के अंश से स्वतंत्र है। छोटे आकार और ढह राज्य में उच्च बिखरने विपरीत भी डीएलएस लक्षण वर्णन की सुविधा।

642 एनएम और मैट्रिक्स और दरियाफ्त कणों के लिए 404 एनएम के दो तरंग दैर्ध्य पर मापा स्टेटिक प्रकाश बिखरने डेटा चित्रा 4 में दिखाया जाता है कोणीय बिखरने पैटर्न के दृश्य निरीक्षण से पता चलता है कि कणों अच्छी तरह से परिभाषित कर रहे हैं:। भर गोलाकार कण के लिए विशिष्ट कई प्रतिष्ठित दोलनों क्यू संकीर्ण polydispersity, इस मामले में 7% और दरियाफ्त और मैट्रिक्स microgels के लिए 6%, क्रमशः इंगित करता है। चिकना खकम क्यू पर ehavior इंगित करता है कि नमूने लिए पर्याप्त रूप से पतला कर रहे हैं और कोई महत्वपूर्ण कण एकत्रीकरण मौजूद है। चरम क्यू पर बिखरे हुए तीव्रता में वृद्धि वापस भीतरी दीवार से क्युवेट बीम परिलक्षित होने के कारण बिखरने के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। मैट्रिक्स कणों के रूप कारकों में से उलटा घने कोर के साथ ठेठ microgel संरचना 29 और त्रिज्यात खस्ताहाल घनत्व प्रोफ़ाइल पार linker copolymerization कैनेटीक्स 30 (इनसेट देखें) से उत्पन्न की पुष्टि करें। धराशायी लाइन मैट्रिक्स कणों के रूप में परिचलन का एक ही मतलब त्रिज्या के साथ संदर्भ कठिन क्षेत्र के फार्म का कारक पता चलता है। प्रयोगात्मक फार्म का कारक कठिन क्षेत्र फार्म का कारक है, जो फजी सतह के साथ कणों के लिए विशिष्ट है की तुलना में क्यू के साथ तेजी से decays। इसके विपरीत, ट्रेसर कणों अपरंपरागत microgel संरचना दिखा रहे हैं। यह भी संदर्भ कठिन क्षेत्र फार्म का कारक है, जो पता चलता है कि प्रयोगात्मक फार्म का कारक शुरू नहीं करता है से देखा जा सकता हैसंदर्भ से अधिक तेजी से क्षय। इस परिणाम से पता चलता है कि microgels को शामिल करने डाई अणु उनकी संरचना है, जो परिणामों की व्याख्या के लिए जिम्मेदार किया जाना चाहिए प्रभावित कर सकते हैं।

संश्लेषित कणों की उच्च एकरूपता आदेश में सही इस शासन 13 में विकास व्यवहार का निर्धारण, और कड़ी कणों 31 से तुलना करने में कांच संक्रमण तापमान लगभग मात्रा भिन्न पर उनके प्रसार के अध्ययन के लिए उच्च ब्याज की है। इसलिए, लेबल microgels के एक कम अंश तुलनीय आकार के गैर लेबल microgel के साथ मिलाया गया। Microgel-निगमित उत्तेजना तरंगदैर्ध्य और फिल्टर विन्यास उत्सर्जन पथ में इस्तेमाल के साथ-साथ डाई अणु की उत्तेजना और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा चित्रा 5 में प्रस्तुत कर रहे हैं। Absorbance और methacryloxyethyl की thiocarbamoyl rhodamine बी उत्तेजना तरंगदैर्ध्य और प्रतिदीप्ति संग्रह रेंज के करीब हैं उत्सर्जन Maxima,क्रमश: सक्रिय करने के कण ट्रैकिंग सेटअप में उच्च संग्रह क्षमता। विभिन्न गैर लेबल microgel मैट्रिक्स सांद्रता में दरियाफ्त microgels के लिए मतलब वर्ग विस्थापन के समय विकास क्रमश: 6 चित्रा और रैखिक में 7 चित्रा और लघुगणकीय पैमाने में दिखाया जाता है। कम microgel मैट्रिक्स सांद्रता में दरियाफ्त कणों तेजी से फैलाना। हालांकि वे फोकस विमान से बाहर जाने से पहले फ्रेम की एक सीमित संख्या के लिए ही दिखाई दे रहे हैं, उनके मतलब वर्ग विस्थापन की एक हद तक अच्छा अनुमान संभव है। समय के साथ मतलब वर्ग विस्थापन के रैखिक वृद्धि सभी अंतराल बार मापा के लिए सामान्य प्रसार व्यवहार को दर्शाता है। हालांकि, कोलाइडयन कांच संक्रमण के करीब microgel सांद्रता, के लिए यानी, 29-36 मिलीग्राम / एमएल, मतलब वर्ग विस्थापन के अस्थायी विकास हो जाता है गैर रेखीय (7 चित्रा देखें)। व्यवहार करे के रूप में कोलाइडयन माइक्रोमीटर आकार PMMA कणों में से एक जैसा दिखता हैसप्ताह से ribed और Weitz 31 और पिंजरे प्रभाव से संबंधित हो सकता है। चित्रा 10 में रेखाचित्र के रूप में दिखाया गया है, एक घने मैट्रिक्स में एक लेबल microgel पिंजरे के भीतर नहीं बल्कि स्वतंत्र रूप से फैलाना कर सकते हैं। कारण है कि, मतलब वर्ग विस्थापन पहले कुछ मिसे में रैखिक बढ़ जाती है। हालांकि, बाद कणों अपने पड़ोसियों द्वारा गठित क्षणिक पिंजरों में फंस रहे हैं, आसपास के microgels की एक सामूहिक पुनर्व्यवस्था आवश्यक microgels आगे बढ़ने के लिए है। इस पिंजरे प्रभाव चित्रा 7 के दूसरे रेंज में एक नहीं बल्कि उथले ढलान में खुद को व्यक्त करता है, और यह भी 9 चित्रा में कण पटरियों का निरीक्षण से इसकी पुष्टि की जा सकती है। कम अंतराल बार कणों अपने पिंजरों में बजना, जिसमें से वे बस से बचने पाने के लिए फिर फंस गया। लंबे अंतराल के समय में, रैखिक प्रसार व्यवहार बरामद किया है। पिंजरे प्रभाव विषम प्रसार मॉडल जहां के अस्थायी विकास (दो आयामी पता चला) मतलब वर्ग घ उपयोग विश्लेषण किया जा सकता हैisplacement समय में एक बिजली कानून द्वारा व्यक्त की है: eq 24 या उसके लघुगणक रूप में eq 25 विसंगति पैरामीटर के साथ eq 26 32। सामान्य प्रसार के लिए, विसंगति पैरामीटर 1 के बराबर होती है, subdiffusion नीचे 1. 8 चित्रा सीधे लॉग-लॉग-भूखंड 7 चित्रा में ढलान से निर्धारित विसंगति पैरामीटर के अस्थायी विकास प्रस्तुत मूल्यों का प्रतिनिधित्व करती है। की कम सांद्रता के लिए हमारे अध्ययन में microgels, विसंगति पैरामीटर मूल रूप से अंतराल समय के लिए 1. के बराबर होती है eq 27 कई सेकंड की रेंज में, कारक कम मूल्यों के प्रति 1 से भटक जाता है। यह व्यवहार तथ्य यह है कि अक्षीय (z-) व्यापक क्षेत्र माइक्रोस्कोपी में अवलोकन सीमा केवल कुछ माइक्रोमीटर तक सीमित है के कारण एक विरूपण साक्ष्य है। संकीर्ण z-रेंज तेजी से कम मैट्रिक्स सांद्रता में ट्रेसर diffusing के लिए लंबे समय के अंतराल पर तेजी से प्रसार के लिए विश्लेषण biases। जब microgel एकाग्रता बढ़ती है, हम पाते हैं कि विसंगति पैरामीटर के न्यूनतम और सामान्य प्रसार के लिए संक्रमण (और अधिक स्पष्ट हो जाता है eq 28 ) बाद में प्रकट होता है। यह जब उनके कांच संक्रमण शासन के करीब पहुंच घने microgels सिस्टम के लिए प्रदर्शित होने के पिंजरे प्रभाव का एक स्पष्ट संकेत है।

आकृति 1
चित्रा 1:। बैच में प्रारंभिक डाई एकाग्रता के साथ ढह राज्य में एक कण की मात्रा दो अलग प्रारंभिक NIPAM सांद्रता इस्तेमाल किया गया, 57.5 mmol डीएम -3 (काला हलकों) और 28.8 mmol डीएम -3 (ग्रे आयत)। पार linker के 1% mol- इस्तेमाल किया गया था। प्रारंभिक के.पी.एस. एकाग्रता सब बल्लेबाजी में ही किया गया था1.56 mmol डीएम -3 पर टांके। त्रुटि सलाखों के मानक विचलन निरूपित। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2: चार छोटी से छोटी मात्रा microgel बैचों के लिए बिखरने वेक्टर परिमाण के वर्ग के साथ क्षय दर के रैखिक निर्भरता। eq 29 क्यू 2 और शून्य अवरोधन पर संकीर्ण कण आकार के वितरण का संकेत मिलता है और बताता है मतलब प्रसार गुणांक की अच्छी तरह से परिभाषित अनुमान रेखीय फिट की ढलान से गणना की जा सकती है। NIPAM सांद्रता 57.5 mmol डीएम -3 (लाल और नारंगी चौकों उल्टे त्रिकोण) और 28.8 mmol डीएम -3 (प्रतीकों के बाकी) थे। डाई सांद्रता थे 0.044 mmol घएम -3 (लाल वर्गों), 0.022 mmol डीएम -3 (नारंगी उल्टे त्रिकोण), 0.088 mmol डीएम -3 (हरा त्रिकोण), 0.066 mmol डीएम -3 (सियान rhombuses), 0.044 mmol डीएम -3 (गहरे नीले रंग त्रिकोण), और 0.022 mmol डीएम -3 (गुलाबी हलकों)। यहाँ यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3:। दो सबसे बड़ी मात्रा बैचों के लिए बिखरने वेक्टर परिमाण के वर्ग के साथ क्षय दर केंद्रीय क्यू रेंज में क्यू 2 के साथ Γ 2 की गैर रेखीय व्यवहार विभिन्न आकार भागों से संकेत की तीव्रता भार में परिवर्तन के कारण होता है फार्म का कारक न्यूनतम के आसपास के क्षेत्र में। दोनों बैचों में NIPAM एकाग्रता 57.5 mmol डीएम थे-3, डाई सांद्रता 0.088 mmol डीएम -3 (काला हलकों) और 0.066 mmol डीएम -3 (लाल त्रिकोण) थे। फीका प्रतीकों रेखीय फिट से बाहर रखा गया है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 4: लेबल दरियाफ्त और लेबल हटाया गया मैट्रिक्स कणों के फार्म कारकों दोनों कणों के लिए फार्म का कारक दो तरंग दैर्ध्य, 642 एनएम (हल्के नीले और लाल डेटा अंक) और 404 एनएम (हरे और गहरे नीले रंग डेटा अंक) में मापा गया था।। ठोस लाइनों 642 एनएम के लिए वैश्विक फिट बैठता है और 404 एनएम डेटासेट हैं। धराशायी लाइनों मैट्रिक्स और दरियाफ्त कणों के रूप में परिचलन का एक ही त्रिज्या के साथ हार्ड क्षेत्र संदर्भ कणों के रूप कारकों (नारंगी और हरे रंग क्रमशः, धराशायी लाइनों।) Insets सामान्यीकृत कण शोसतह गणना करने के लिए कोर से घनत्व प्रोफाइल जैसे, FitIt! यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5:। प्रतिदीप्ति लेबल microgel कणों की उत्तेजना और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा ब्लू लाइन उत्तेजना और लाल रेखा उत्सर्जन स्पेक्ट्रम को दर्शाता है। ठोस खड़ी रेखा उत्तेजना तरंगदैर्ध्य है। छायांकित क्षेत्र अर्थ प्रतिदीप्ति संग्रह तरंगदैर्ध्य रेंज। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6: वर्ग disp मतलबदरियाफ्त कणों के लिए समय अंतराल के साथ lacement। बिना लेबल वाले मैट्रिक्स microgel सांद्रता थे 15.56 मिलीग्राम / एमएल (बाएं), 22.05 मिलीग्राम / एमएल, 28.28 मिलीग्राम / एमएल, 28.67 मिलीग्राम / एमएल, 30.32 मिलीग्राम / एमएल, 31.13 मिलीग्राम / एमएल और 35.35 मिलीग्राम / मिलीलीटर। अंक और त्रुटि सलाखों, प्रयोगात्मक मूल्यों और मानक विचलन निरूपित क्रमशः। ठोस लाइनों डेटा बिंदुओं को रेखीय फिट बैठता है। इनसेट 35.35 मिलीग्राम / एमएल मैट्रिक्स एकाग्रता में दरियाफ्त microgels की एक विस्तृत क्षेत्र प्रतिदीप्ति माइक्रोग्राफ पता चलता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
चित्रा 7:। लघुगणक पैमाने में दरियाफ्त कणों के लिए समय अंतराल के साथ वर्ग विस्थापन मतलब बिना लेबल वाले मैट्रिक्स microgel सांद्रता 15.56 मिलीग्राम / एमएल (बाएं) थे, 22.05 मिलीग्राम / एमएल, 28.28 मिलीग्राम / एमएल, 28.67 मिलीग्राम / एमएल, 30.32 मिलीग्राम / एमएल, 31.13 मिलीग्राम / एमएल और 35.3 5 मिलीग्राम / एमएल। अंक और त्रुटि सलाखों, प्रयोगात्मक मूल्यों और मानक विचलन निरूपित क्रमशः। ठोस लाइनों डेटा बिंदुओं को बहुपद फिट बैठता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आंकड़ा 8
8 चित्रा:। दरियाफ्त कणों के लिए समय अंतराल के साथ विसंगति मापदंडों के बिना लेबल वाले मैट्रिक्स microgel सांद्रता 15.56 मिलीग्राम / एमएल (बाएं) थे, 22.05 मिलीग्राम / एमएल, 28.28 मिलीग्राम / एमएल, 28.67 मिलीग्राम / एमएल, 30.32 मिलीग्राम / एमएल, 31.13 मिलीग्राम / एमएल और 35.35 मिलीग्राम / एमएल। अंक परिमित मतभेद और ठोस लाइनों विश्लेषणात्मक चित्रा 7 में बहुपद फिट बैठता से डेरिवेटिव गणना से अनुमान लगाया डेरिवेटिव प्रतिनिधित्व करते हैं यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

e_content "fo: रख-together.within-पेज =" 1 "> 9 चित्रा
चित्रा 9:।। फैलाव में 12 दरियाफ्त microgels के लिए कण पटरियों 35.35 मिलीग्राम / एमएल मैट्रिक्स एकाग्रता दरियाफ्त के कणों से विशिष्ट चारों परिणाम उनके लेबल हटाया गया पड़ोसियों द्वारा गठित क्षणिक पिंजरों में फंसाया जा रहा करने के लिए पटरियों के क्लस्टरिंग के साथ का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें यह आंकड़ा।

चित्रा 10
चित्रा 10:। केंद्रित लेबल हटाया गया मैट्रिक्स microgel फैलाव में दरियाफ्त microgel प्रसार के योजनाबद्ध चित्रण लाल प्रक्षेपवक्र (ब्लू लाइन धराशायी) क्षणिक पिंजरों के भीतर ट्रेसर का तेजी से प्रसार पड़ोसी कणों द्वारा गठित अर्थ। ब्लू प्रक्षेपवक्र लंबे अंतराल तिवारी अर्थमेरे प्रसार क्षणिक पिंजरों की सामूहिक पुनर्व्यवस्था से सक्षम होना चाहिए। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

11 चित्रा
चित्रा 11:। लेबल हटाया गया मैट्रिक्स microgel एकाग्रता के साथ लंबे अंतराल समय प्रसार गुणांक कम मैट्रिक्स एकाग्रता में दरियाफ्त microgels के प्रसार मैट्रिक्स कणों से प्रभावित नहीं है। मैट्रिक्स microgel एकाग्रता बढ़ाने के लंबे समय के प्रसार परिमाण के आदेश को धीमा कर देती है क्योंकि प्रसार क्षणिक पिंजरों, जहां ट्रेसर फंस रहे हैं के सामूहिक पुनर्व्यवस्था की आवश्यकता के साथ। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

कार्यात्मक comonomer की थोड़ी मात्रा के अलावा कण आकार और PNIPAM निकाली गई microgels की संरचना पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है। एक साथ छोटे पैमाने पर टेस्ट ट्यूब polymerization इस तरह के बदलाव के लिए खाते में एक अच्छा तरीका है, और तेजी से प्रतिक्रिया बढ़ाने के रूप में जरूरत के लिए लक्ष्य कण आकार के लिए सही अभिकारक रचनाओं लगाने के लिए मदद करता है। कणों का द्रव्यमान लगभग तेजी से polymerization तापमान, इस तरह के रूप में जब के.पी.एस. thermally सर्जक decomposing पर निर्भर है, 20 का इस्तेमाल किया जाता है, और इसलिए एक अच्छा reproducibility के लिए रिएक्टर के अंदर स्थिर और सटीक तापमान नियंत्रण स्थापित करने की जरूरत है। पारंपरिक बैच प्रतिक्रिया और गैर-हड़कंप मच प्रतिक्रिया से अंतिम कण की मात्रा अच्छे समझौते में आम तौर पर अगर एक ऐसी प्रतिक्रिया मिश्रण का भी हिंसक सरगर्मी EV के लिए के रूप में बैच संश्लेषण संबंधित perturbations, कम से कम कर रहे हैंएन बाहर बड़े रिएक्टर में तापमान ढ़ाल, या तो यह है कि सर्जक समाधान की अत्यधिक मात्रा का उपयोग करते हुए दीक्षा अवधि के दौरान प्रतिक्रिया तापमान में परिवर्तन।

गतिशील प्रकाश बिखरने बगल में कणों की बड़ी संख्या के प्रसार व्यवहार का निर्धारण करने के लिए एक अच्छी तरह से स्थापित है और तेजी से विधि है। हालांकि यह एकाधिक बिखरने कोण पर डेटा प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। एक मनमाना कोण पर डीएलएस माप, एक फार्म का कारक न्यूनतम के साथ या व्यापक आकार के वितरण के मामले में coinciding, एक स्पष्ट प्रसार गुणांक काफी नमूना का मतलब प्रसार गुणांक से भिन्न को बढ़ावा मिलेगा। इस तरह के मामलों बनाम क्यू 2 प्लॉट Γ 2 में गैर रेखीय व्यवहार से पहचाना जा सकता है। व्यापक या बहुविध कण आकार के वितरण को हल करने के लिए, एक ऐसी Contin 34 के रूप में एक उलटा लाप्लास परिवर्तन कलन विधि का उपयोग करने के लिए प्रयास कर सकते हैं। डीएलएस हालांकि आदर्श रूप से बीमार वातानुकूलित नेट के कारण इस उद्देश्य के लिए अनुकूल नहीं हैउलटा समस्या के Ure।

दोनों गतिशील और स्थिर प्रकाश बिखरने के नमूने लिए पर्याप्त रूप से एकाधिक बिखरने, जो दिनचर्या डेटा विश्लेषण अमान्य से बचने के लिए पतला होना करने के लिए है। एसएलएस द्वारा फार्म का कारक निर्धारण के लिए भी कणों और विलायक का अपवर्तनांक अंतर आदेश Mie बिखरने है, जो सीधा फार्म का कारक विश्लेषण रोकता से बचने के लिए कम हो गया है। इस हालत में पूरी हो जाती है जब eq 30 , कहा पे eq 31 मतलब कण त्रिज्या है और eq 32 विलायक और कणों की अपवर्तक सूचकांक के बीच का अंतर। microgels बड़े पैमाने पर विलायक के साथ सूजन के लिए इस कसौटी पूरी हो जाती है, लेकिन सामान्य रूप में कणों पर्याप्त उच्च अपवर्तनांक विलायक के साथ मिलान विपरीत होना है। Mie बिखरने टी के smearing से पहचाना जा सकता हैवह कारक minima, एक प्रभाव है, जो घटता है जब अपवर्तनांक अंतर कम हो जाती है के रूप में।

प्रकाश बिखरने तरीकों पहनावा जानकारी औसत, व्यापक क्षेत्र कण ट्रैकिंग असली अंतरिक्ष में एक कण के प्रसार व्यवहार की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जबकि प्रदान करते हैं। प्रकाश बिखरने के आधार पर कण ट्रैकिंग के विपरीत, प्रतिदीप्ति की उच्च संवेदनशीलता, चरम मामले में छोटे कणों की नज़र रखने के लिए अनुमति देता है और, यहां तक ​​कि एकल अणुओं। इसके अतिरिक्त, लेबल और गैर लेबल कणों के अनुपात अत्यधिक ध्यान केंद्रित समाधान में भी सही उपाय करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। कण ट्रैकिंग इसलिए बगल में कोलाइड भी एकल कणों के व्यवहार के बीच एक तुलना के लिए अनुमति देने का प्रसार गुणांक और प्रसार मोड निर्धारित करने के लिए एक मॉडल के मुक्त हो गए हैं। एकल ट्रेसर का स्थानीयकरण सटीकता आम तौर पर सीमा विवर्तन की तुलना में बेहतर है, लेकिन प्रतिदीप्ति सी का संकेत करने वाली शोर अनुपात पर निर्भर करता हैव्यापक क्षेत्र की स्थापना पर एक कण gnal। इस प्रकार, रंग है कि एक उच्च क्वांटम उपज, अच्छी photostability और एक अवशोषण अधिकतम उत्तेजना तरंगदैर्ध्य के करीब प्रदर्शन के साथ लेबलिंग अच्छे परिणाम के लिए एक शर्त है। अनुरेखक एकाग्रता आदेश ट्रैकिंग एल्गोरिथ्म परेशान अलग कणों के trajectories के पार कम करने के लिए कम रखा जाना है। केंद्रित dispersions के लिए, फ्लोरोसेंट ट्रेसर का घनत्व लेबल और गैर लेबल कणों के मिश्रण से समायोजित किया जा सकता है। बात फैल समारोह इंजीनियरिंग पर हाल ही में काम जो अंतरिक्ष के अलग अलग दिशाओं में anisotropic प्रसार जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता 3 डी कण ट्रैकिंग 35,36, सक्षम बनाता है।

सारांश में, सटीक डीएलएस लक्षण और छोटे पैमाने पर टेस्ट ट्यूब polymerization microgel अंतिम कण की मात्रा के उच्च परिशुद्धता ट्यूनिंग के लिए मजबूत ढांचा प्रदान करते हैं। प्रकाश बिखरने और प्रतिदीप्ति कण ट्रैकिंग तकनीक पहनावा पर पूरक जानकारी प्रदान करते हैं औरव्यापक फैलाव एकाग्रता रेंज पर एक कण प्रसार व्यवहार। उन्हें अलग एकाग्रता के समाधान में ट्रैक करने के लिए संभावना के साथ नरम कणों अच्छी तरह से परिभाषित के संश्लेषण के संयोजन मुलायम कण प्रणालियों की गतिशीलता की जांच और अच्छी तरह से अध्ययन मुश्किल कोलाइड सिस्टम के साथ एक तुलना के लिए महत्वपूर्ण महत्व का हो जाएगा।

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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

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References

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रसायन विज्ञान अंक 115 पाली (एन isopropylacrylamide) वर्षा polymerization प्रतिदीप्ति लेबलिंग microgels प्रकाश बिखरने कण ट्रैकिंग प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी
नियंत्रित संश्लेषण और अत्यधिक वर्दी पाली की प्रतिदीप्ति ट्रैकिंग (<em&gt; एन</em&gt; -isopropylacrylamide) Microgels
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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).

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