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Chemistry

Síntesis de polímeros cíclicos y caracterización de su movimiento difusivo en el estado fundido en la molécula de un solo nivel

doi: 10.3791/54503 Published: September 26, 2016

Summary

Se presenta un protocolo para la síntesis y caracterización de movimiento difusivo de los polímeros cíclicos en el nivel de una sola molécula.

Protocol

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1. Síntesis de monofuncionales y bifuncionales poli (THF)

  1. Poli monofuncional (THF)
    1. Llama secar un matraz de fondo redondo de 2 bocas de 100 ml. Vacío y llenar el matraz con nitrógeno (3 ciclos).
    2. Añadir tetrahidrofurano destilado (THF) (50 ml) al matraz. Poner el matraz en un baño de agua a 20 ° C y se equilibre la temperatura.
    3. Añadir triflato de metilo (0,5 mmol) al matraz mediante una jeringa. Se agita la mezcla durante 5-10 minutos a 20 ° C.
    4. Añadir N -fenil pirrolidina (4-6 equiv.) Al matraz mediante una jeringa. Se agita la mezcla durante 30 a 60 min.
    5. Eliminar completamente el disolvente a presión reducida (ca. 100 Torr). Disolver el residuo en 3-5 ml de acetona. Añadir la solución de acetona en 300-500 ml de n-hexano. Se filtra el precipitado y se seca bajo presión reducida.
  2. Poli bifuncional (THF)
    1. Llama secar un matraz de fondo redondo de 2 bocas de 100 ml. Virginiacuum y llenar el matraz con nitrógeno (3 ciclos).
    2. Añadir THF destilado (50 ml) al matraz. Poner el matraz en un baño de agua a 20 ° C y se equilibre la temperatura.
    3. Añadir anhídrido tríflico (0,3 mmol) al matraz mediante una jeringa. Se agita la mezcla durante 5-10 minutos a 20 ° C.
    4. Añadir N -fenil pirrolidina (4-6 equiv.) Al matraz mediante una jeringa. Se agita la mezcla durante 30 a 60 min.
    5. Eliminar completamente el disolvente a presión reducida (ca. 100 Torr). Disolver el residuo en 3-5 ml de acetona. Añadir la solución de acetona a 300-500 ml de n-hexano. Se filtra el precipitado y se seca bajo presión reducida.

en forma de 8 2. Síntesis de perileno Diimide incorporado-estrellas 4-armado y dicıclicos poli (THF)

  1. Armado poli estrella (THF)
    1. Intercambio iónico
      1. Disolver la sal perileno diimida tetracarboxilato de sodio en agua (10 mg / ml, 150 ml). Disolverpoli monofuncional (THF) en acetona (160 mg / ml, 4 ml). Añadir gota a gota la solución de acetona en la solución acuosa se agitó vigorosamente. Recoger el precipitado formado por filtración.
      2. Repita el procedimiento anterior con el precipitado recuperado (2.1.1.1) cuatro veces.
    2. la fijación covalente
      1. Se disuelve el precipitado obtenido en tolueno (5 mg / ml). Se calienta a reflujo la solución durante 4 hr.
      2. Eliminar completamente el disolvente a presión reducida (ca. 100 Torr). Se filtra el residuo a través de un tapón de gel de sílice con n-hexano / acetona (2/1 vol / vol). Añadir la solución en agua enfriada con hielo (300 a 500 ml) para precipitar el producto. Se recoge el precipitado por filtración.
  2. Poli en forma de 8 dicíclico (THF)
    1. Intercambio iónico
      1. Disolver la sal perileno diimida tetracarboxilato de sodio en agua (6 mg / ml, 50 ml). Disolver poli bifuncional (THF) (0,5 g) En 30-50 ml de acetona. Añadir gota a gota la solución de acetona en la solución acuosa agitada vigorosamente a 0 ° C. Recoger el precipitado formado por filtración.
      2. Repita el procedimiento anterior con el precipitado recuperado (2.2.1.1).
    2. la fijación covalente
      1. Se disuelve el precipitado obtenido en tolueno (0,05 g / L). Se calienta a reflujo la solución durante 4 hr.
      2. Eliminar completamente el disolvente a presión reducida (ca. 100 Torr). Añadir tolueno para disolver parcialmente el residuo. Vuelva a precipitar en 300-500 ml de n-hexano.
      3. Se filtra el precipitado formado a través de un tapón de gel de sílice con n-hexano / acetona (2/1 vol / vol). Vuelva a precipitar en 300-500 ml de agua.
      4. Se purifica el precipitado formado mediante cromatografía en columna 18 utilizando un gel de poliestireno. Purificar adicionalmente el producto en bruto por cromatografía de permeación en gel preparativa (GPC) 19 con un eluyente de CHCl 3 a remove subproductos de seguimiento de índice de refracción (RI) y detectores UV.

3.-molécula único experimento de la imagen de fluorescencia

  1. preparación de la muestra
    1. Limpieza de cubreobjetos de microscopio
      1. Lugar: No. 1.5 24 x 24 mm cubierta de microscopio se desliza en una cubeta de tinción.
      2. Añadir solución de hidruro de potasio 1 M (100 ml) en el frasco y sonicar durante 15 min. Retirar la solución de hidróxido de potasio por decantación y enjuague la cubierta se desliza con agua ultra pura para varias veces. Añadir etanol de grado espectroscópico (100 ml) en el frasco y sonicar durante 15 min.
      3. Verter el etanol por decantación y enjuague la cubierta se desliza con agua ultra pura para varias veces. Después de verter el agua ultrapura por decantación, repita el paso 3.1.1.2.
      4. Añadir agua ultrapura a la jarra y someter a ultrasonidos durante 15 min. Enjuague las hojas de la cubierta con agua ultra pura para varias veces. Sacar las hojas de la cubierta de la jarra por un pinzas de plástico de secarlos, ya sea aire seco o nitrógeno seco.
    2. Preparación de las muestras de masa fundida de polímero 14,15
      1. Añadir 100 l de poli lineal no marcado (THF) en una botella de vidrio y se calienta a una temperatura superior al punto de fusión (aproximadamente 25 ° C) utilizando un secador de pelo.
      2. Se disuelve el polímero de fluoróforo-incorporada (lineal, estrella de 4 brazos, cíclico o dicıclico en forma de 8 sintetizado en 2.1 y 2.2) en cloroformo (1 ml, 10 -6 M). Añadir 1 l de la solución a los 100 l de la masa fundida de la poli lineal no marcado (THF).
      3. Después de mezclar a fondo la muestra con una punta de pipeta, se evapora el cloroformo por calentamiento de la muestra utilizando un secador.
        NOTA: Esto proporciona una masa fundida del poli lineal no marcado (THF) que contiene 10 -8 M de los polímeros fluoróforo incorporado.
      4. Tomar 10 l de la muestra utilizando un micro-pipeta y dROP en una hoja de la cubierta limpiado. Dicho de otra hoja de la cubierta limpia de la muestra y el sándwich de la muestra entre las dos hojas de la cubierta.
      5. Presione la muestra suavemente con unas pinzas de plástico.
  2. Configuración de imágenes de fluorescencia de campo amplio 15
    1. La introducción de un láser de excitación (488 nm) en el puerto de atrás del microscopio invertido
      1. Insertar un filtro de excitación de paso de banda y el polarizador en la trayectoria del haz.
      2. Expandir el haz de aproximadamente 1 cm de diámetro por un expansor de haz.
      3. Insertar una placa de cuarto de onda en la trayectoria del haz. Ajuste el eje óptico de la placa de onda en 45 grados con respecto a la del polarizador. Alternativamente, inserte un compensador Berek y establecer el retardo óptico para lambda / 4.
      4. Insertar un diafragma en la trayectoria del haz de excitación para ajustar el tamaño del haz.
      5. Antes de introducir el rayo láser en el puerto posterior de la óptica invertida microscope, insertar una lente de enfoque (lente plano-convexa, la longitud focal ≈ 300 mm) a una posición en la que se colima el haz de láser de la lente del objetivo.
    2. Después de reflejar el haz de láser utilizando un espejo dicroico montado en un cubo de filtro, introducir el haz de láser a la muestra a través de una lente de objetivo de alta apertura numérica (NA) (por ejemplo, NA 1,3, 100X aumentos, de inmersión en aceite).
    3. Adjuntar un calentador objetivo de la lente del objetivo y ajustar la temperatura a 30 ° C.
    4. Montaje de la muestra sobre la platina del microscopio invertido
      1. Deje caer una gota de aceite de inmersión sobre la lente del objetivo y montar la muestra sobre el estado del microscopio.
      2. Asegúrese de que el espesor de la muestra de aproximadamente 10 micras se obtiene por control de la posición axial de la superficie inferior y superior de la muestra.
      3. Ajuste el enfoque del microscopio a unos pocos micrómetros por encima de la superficie inferior de la muestra.
      Obtener luz de excitación polarizada circularmente con la lente objetivo
      1. Inserte un polarizador en el rayo láser colimado de la lente del objetivo.
      2. Registrar la intensidad del láser transmitida a través del polarizador mediante la inserción de un medidor de potencia después de que el polarizador. Registrar la potencia del láser transmitida a diferentes ángulos de polarización girando el polarizador.
      3. Si la potencia del láser transmitida no es constante en todos los ángulos de polarización, rotar ligeramente la placa de cuarto de onda o compensador Berek insertada en la trayectoria del haz de excitación.
      4. Repita el paso 3.2.5.2 y 3.2.5.3 hasta que la potencia del láser transmitida constante se obtiene en todos los ángulos de polarización. Asegúrese de que la luz polarizada circularmente se obtiene en la muestra.
    5. Configuración de la EM (multiplicador de electrones) -charge dispositivo acoplado (CCD)
      1. Fije la cámara EM-CCD para el puerto lateral del microscopio y conectarlo a tque el software de adquisición de imágenes.
      2. Si es necesario, sincronizar la exposición de la cámara a un obturador mecánico o un filtro sintonizable acústico-óptico insertado en la trayectoria del haz de excitación mediante el envío de la lógica transistor-transistor (TTL) señales generadas por la cámara EM-CCD a los dispositivos. Alternativamente, sincronizar la exposición de la cámara a la salida del láser mediante el envío de las señales TTL generados por la cámara EM-CCD al láser.
        NOTA: La última opción es aplicable sólo cuando un láser de estado sólido cuya potencia de salida puede ser modulada por la entrada lógica transistor-transistor (TTL) de señales se utiliza para el experimento.
      3. Aplicar una ganancia EM (típicamente de aproximadamente 300) a la cámara CCD utilizando software que controla la cámara a fin de obtener una imagen de fluorescencia de alta calidad de la solo fluoróforo.
      4. Establecer una región de interés (ROI) (típicamente de 128 x 128 píxeles en el centro del campo de vista) utilizando software que controla la cámara.
        NOTA: Esto permite la Imagiexperimentos ng a los tipos de trama de 100 a 200 Hz en el modo de transferencia de marco, que se requiere para visualizar el movimiento de las cadenas de polímero fluoróforo incorporado en la muestra en estado fundido.
  3. Ejecución del experimento
    1. La optimización de las condiciones experimentales
      1. Ajuste el área de iluminación de la muestra a aproximadamente 20 micras de diámetro usando el diafragma insertado en la trayectoria del haz de excitación.
      2. Ajuste la potencia del láser de excitación a la muestra a 4 - 8 MW seleccionando manualmente un filtro apropiado de densidad neutra (ND) que se inserta en la trayectoria del haz de excitación.
        NOTA: Esto proporciona la potencia del láser media de 1 - 2 kW cm -2 en la muestra.
      3. Grabar imágenes de fluorescencia de la muestra en las frecuencias de cuadro de los 100 - 200 Hz. Si la intensidad de fluorescencia obtenida a partir de los polímeros individuales fluoróforo incorporado es demasiado baja, aumentar gradualmente la potencia de excitación mediante THe ND filtro hasta llegar a aproximadamente 100 mW a la muestra.
      4. Si la calidad de la imagen de fluorescencia de una sola molécula de la todavía no es satisfactoria, comprobar las impurezas de fluorescencia en la muestra mediante la grabación de imágenes de fluorescencia de una masa fundida pura de la poli no marcado (THF). En caso de que se observa un fondo de alta fluorescencia, utilizar diferentes poli no marcado (THF).
      5. Si la densidad de la mancha de fluorescencia obtenido a partir de los polímeros de fluoróforo-incorporado en la masa fundida es demasiado alta para aislar espacialmente ellos (esto provoca errores en el análisis del movimiento difusivo), disminuir la concentración de los polímeros de fluoróforo-incorporado en la muestra hasta espacialmente se observan manchas aisladas.
      6. Si la densidad de la mancha de fluorescencia obtenido a partir de los polímeros de fluoróforo-incorporado en la masa fundida es demasiado baja (esto provoca un bajo rendimiento del experimento de formación de imágenes), aumentar la concentración de los polímeros de fluoróforo-incorporado en la muestra hasta una correspondse alcanza la densidad IATE de la mancha de fluorescencia.
      7. Si las imágenes de fluorescencia obtenidos a partir de los polímeros fluoróforo incorporada en la masa fundida se difuminan, aumentar las velocidades de fotogramas de la adquisición de imágenes.
        NOTA: A menudo, esto requiere un retorno de la inversión más pequeña, típicamente de 64 x 64 píxeles.
  4. Adquisición de imágen
    1. Una vez que se optimizan las condiciones experimentales, dejar la muestra montada en la platina del microscopio durante una hora para que la muestra llegue a condiciones de equilibrio.
    2. Grabar 500 - 1.000 secuencias de imágenes de fluorescencia de los polímeros con fluoróforo constituida en el estado fundido a una 100 - 200 Hz frecuencia de imagen. Si el formato de archivo por defecto no es TIFF, convertir todas las secuencias de imágenes en el formato TIFF.

4. Análisis de la difusivo Motion

  1. El desplazamiento cuadrático medio de análisis (MSD)
    1. Recortar las secuencias de imágenes de fluorescencia de manera talque cada secuencia de imágenes contiene un único y bien enfocado polímero usando software de procesamiento de difusión de fluoróforo-incorporada de imagen, como ImageJ.
    2. Cuando las secuencias de imágenes recortadas contienen más de 10 marcos, dividir las secuencias de imágenes en múltiples secuencias de tal manera que cada secuencia consta de 10 tramas.
    3. Determinar las posiciones de las moléculas en cada una secuencias de imágenes con precisión mediante el ajuste de Gauss bidimensional de las imágenes.
    4. Determinar el coeficiente de difusión (D) de las moléculas individuales mediante análisis cuadrático medio de desplazamiento (MSD) de las trayectorias de difusión (es decir, las posiciones dependientes del tiempo de la molécula) utilizando una ecuación 20
      ecuación1
      donde x e y i i son las posiciones de la molécula en el marco de la imagen i, y n denota el número de bastidor con el lapso de tiempo? t de la trama i.
    5. Representar gráficamente los coeficientes de difusión enun histograma de frecuencias.
      NOTA: Por lo general, el histograma se construye a partir de más de 100 moléculas.
  2. Función de distribución acumulativa de análisis (CDF)
    NOTA: Una CDF, P (r 2, i Δ t) corresponde a la probabilidad acumulada de la búsqueda de las moléculas que se difunden dentro de un radio r desde el origen después de un cierto intervalo de tiempo i delta t.
    1. Calcular el cuadrado de desplazamiento se produce durante lapsos de tiempo de 1Δt, 2Δt, ···, iΔt para todas las trayectorias de difusión obtenidos en 4.1.3.
      NOTA: Estos cálculos dan m total de I cuadrado para desplazamientos retrasa el momento de iΔt.
    2. Calcular los números de los desplazamientos-cuadrado (l i) dentro de conjunto de datos m i totales que son menores que r 2 a diferentes valores de r 2 (0 <R2 <∞). Normalizada l i r vs 2 parcelas corresponden a la CDF, P (r 2, iΔt).
  3. Análisis de los FDC con distintos modelos de difusión
    Nota: Las CDF obtenidos se ajustaron mediante modelos de difusión distintos; homogénea modelo de difusión, múltiples modos de difusión en la que la distribución D se describe por una gaussiana (modelo Gaussiano individual), y múltiples modos de difusión en la que la distribución D se describe por múltiples Gaussian (modelo Gaussiano múltiple).
    1. En el modelo de difusión homogénea, determinar una media D mediante el ajuste de la CDF mediante una ecuación 21
      Equation2
      NOTA: Cualquier desviación de la ecuación sugiere la difusión heterogénea de la molécula.
    2. En el modelo de Gauss sola, determinar la distribución de probabilidad de D descrito por una gaussiana (f (D)) mediante el ajuste de la CDF mediante 15
      on3 "src =" / files / ftp_upload / 54503 / 54503equation3.jpg "/>
      Equation4
      en la que A, W, D y 0 son la amplitud, la anchura, y el centro de la gaussiana.
    3. En el modelo de doble Gaussian, determinar la distribución de probabilidad de j-ésima componente de D descrito por una gaussiana (f (D)) mediante el ajuste de la CDF mediante 14
      Equation5
      Equation6
      donde A j es la fracción de cada componente de difusión, y α j, w j, y 0 D j son la amplitud, la anchura, y el centro de la j-ésima componente de la gaussiana.
  4. Cálculo de la probabilidad teórica distribución del coeficiente de difusión
    NOTA: Las distribuciones de probabilidad de D que se producen debido a los errores estadísticos (p (D) D D) son calculadas de los distintos modelos de difusión; homogénea modelo de difusión, múltiples modos de difusión en la que la distribución D se describe por una gaussiana (modelo Gaussiano individual), y múltiples modos de difusión en la que la distribución D se describe por múltiples Gaussian (modelo Gaussiano múltiple).
    1. En el modelo de difusión homogénea, calcular la distribución de probabilidad estadística de D utilizando una ecuación 22
      Equation7
      donde N es el número de los puntos de datos en una trayectoria de difusión (N = 10, véase 4.1.2), D 0 es el coeficiente medio de difusión (determinado por el análisis de CDF, véase 4.2.3.1), y D es el obtenido experimentalmente coeficiente de difusión para una trayectoria individual.
    2. En elúnico modelo de difusión de Gauss, calcular la distribución de probabilidad estadística de D usando una ecuación 15
      Equation8
      donde f (D) indica la distribución de probabilidad de D determinado por el análisis de CDF (véase 4.2.3.2), y D 0 es el coeficiente medio de difusión (determinado por el análisis de CDF, véase 4.2.3.2).
    3. En el modelo de difusión doble gaussiana, el cálculo de la distribución de probabilidad estadística de D utilizando una ecuación 14
      Equation9
      donde f (D j) denota la distribución de probabilidad de la j-ésima componente de D (D j) determinado por el análisis de CDF (véase 4.2.3.3), y D 0j es el coeficiente medio de difusión de la j-ésima componente (determinado por el CDF análisis, véase 4.2.3.3).

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Representative Results

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El perileno diimida-incorporada estrella 4-armado y en forma de 8 dicıclico poli (THF) s fueron sintetizados mediante el autoensamblaje electrostática y la fijación covalente (ESA-CF) proceso (Figura 1, Figura 2). Imágenes de fluorescencia de una sola molécula de lapso de tiempo se realizaron mediciones de la 4-armada (Figura 3a) y polímeros (Figura 3b) 8-forma. Las imágenes de fluorescencia de lapso de tiempo (Figura 3) muestran espacialmente puntos brillantes y afilados aislados debido a la incorporación de la altamente fluorescente fluoróforo perileno diimida 23 en las cadenas. Histogramas de frecuencia del coeficiente de difusión se calcularon para el 4-armada (Figura 4a) y 8 en forma de (Figura 4b) polímeros mediante el análisis de desplazamiento cuadrático medio (MSD) de las imágenes con lapso de tiempo. Los cálculos de las parcelas de MSD y los dibenzofuranos policlorados se llevan a cabo utilizando rutinas escritas en MATLAB. El accesoriode los dibenzofuranos policlorados obtenidos de los experimentos se lleva a cabo utilizando el software de procesamiento de datos tales como Origen Pro. Los histogramas de frecuencia de los coeficientes de difusión determinados por el análisis MSD muestran distribuciones amplias (Figura 4) como resultado de tanto el error estadístico del análisis y la heterogeneidad de la difusión. Los histogramas de frecuencia muestran desviaciones claras del modelo de difusión homogénea (línea verde en la figura 4), lo que demuestra la difusión heterogénea de las moléculas del polímero. 14 funciones de distribución acumulativa (CDF) se calcularon para el 4-armada (Figura 5a) y 8 en forma de (Figura 5b) polímeros y equipado por el single de Gauss (Figura 5a) y los modelos de doble Gauss (Figura 5b). Las distribuciones de probabilidad estadística del coeficiente de difusión se calcularon para la 4-armada (figura 4a) y en forma de 8 (Figura 4b) pol ymers por la sola Gauss, o los modelos de doble Gauss. La sola (Figura 5a) y dobles (Figura 5b) modelos Gaussianos se ajustan a los dibenzofuranos policlorados así obtenidos experimentalmente. Estos resultados demuestran que la difusión del polímero 4-armado es descrito por la amplia distribución del coeficiente de difusión, mientras que el polímero en forma de 8 muestra dos modos de difusión diferentes.

Figura 1
Figura 1. Ruta de síntesis de poli-diimida del perileno incorporado (THF) s. Ruta de síntesis de (a) los polímeros de 4 estrellas armados y polímeros dicıclicos (b) en forma de 8. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

54503fig2.jpg "/>
Figura 2. Caracterización de los polímeros sintetizados. Espectros de RMN de (a) polímeros en estrella 4-armados y polímeros dicıclicos (b) en forma de 8. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3 (películas). Única de imágenes de fluorescencia molécula del perileno poli diimida-incorporada (THF) s. Imágenes de fluorescencia por lapsos de tiempo de (a) los polímeros de 4-armados estrellas y (b) 8 en forma de polímeros dicıclicos en la masa fundida de poli no marcado lineal (THF ). Barra de escala = 5 micras. Por favor, haga clic aquí para ver películas (A) y3 / Figure_3b_submit.mov "target =" _ blank "> (b).

Figura 4
Figura 4. Análisis de MSD del perileno diimida poli-incorporada (THF) s de difusión en la masa fundida. Los histogramas de frecuencia del coeficiente de difusión determinada para (a) los polímeros individuales de 4 estrellas armados y polímeros dicıclicos (b) en forma de 8 en la masa fundida de no marcado poli lineal (THF). Las líneas continuas muestran teóricamente calculan las distribuciones de probabilidad de los coeficientes de difusión basada en los tres diferentes modelos de difusión; modelo homogéneo de difusión (líneas verdes, véase 4.3.1), un modelo único de Gauss (líneas rojas, véase 4.3.2), y el modelo de Gauss doble (línea azul, ver 4.3.3). 14 Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.


Figura 5. Análisis de CDF del perileno diimida poli-incorporada (THF) s de difusión en la masa fundida funciones de distribución acumulativa obtenidos experimentalmente (iΔt = 7,5 - el 75 mseg). En forma de 1-P para (a) los polímeros de 4 estrellas armados y (b) 8 en forma de polímeros dicıclicos en la masa fundida de poli lineal no marcado (THF). Las líneas discontinuas muestran las conexiones con (a) ecuaciones en 4.2.3.2 y (b) en las ecuaciones 4.2.3.3. 14 Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

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Los polímeros de 4-armados y en forma de 8 se prepararon mediante el protocolo ESA-CF (Figura 1), que es un paso crítico para la síntesis. 12,24 monofuncional y poli lineal bifuncional (THF) s con grupos terminales N -phenylpiperidinium eran sintetizado de acuerdo con el procedimiento anterior. 11 el intercambio iónico se llevó a cabo mediante reprecipitación de una solución en acetona de un precursor de polímero con contraiones triflato en una solución acuosa que contiene una cantidad en exceso de carboxilato.

La conversión covalente del producto de intercambio de iones para los polímeros en estrella 4-armados se realizó en tolueno (4,9 g / L) mediante reflujo durante 4 hr. Si la conversión no es suficiente, extender el tiempo de reacción. El producto unido covalentemente se obtuvo por cromatografía en columna de gel de sílice con acetona / n-hexano y reprecipitación en agua. El H RMN de los polímeros de 4-armados 1 se muestra en la Figura 2a. Thiprocedimiento s ESA-CF permite la síntesis eficaz de los polímeros cíclicos. Sin embargo, este protocolo se limita a polímeros que tienen grupos terminales de onio cíclicos.

Para el producto de polímero en forma de 8, la reacción se lleva a cabo en tolueno en dilución (0,2 g / L) a reflujo durante 4 h, y dio como resultado la formación de una gran porción de una fracción insoluble, presumiblemente debido a la intermolecular reaccionó productos. Una porción soluble se precipitó de nuevo en n-hexano, se sometió a cromatografía en columna de gel de sílice con acetona / n-hexano, y se volvió a precipitar en agua. El producto bruto obtenido se sometió a cromatografía en columna con perlas de exclusión por tamaño y reciclar GPC para permitir el aislamiento del producto de polímero en forma de 8. El H RMN de los polímeros en forma de 8 1 se muestra en la Figura 2b. Este protocolo ESA-CF puede ser aplicable a otros polímeros complejos topológicos.

Las imágenes de fluorescencia de alta calidad son Essential para el análisis preciso del movimiento difusivo de las moléculas. Las imágenes de fluorescencia se deterioran significativamente cuando 1) impurezas de fluorescencia están presentes en la muestra, 2) el rendimiento cuántico de fluorescencia de un fluoróforo incorporado es bajo, y 3) la velocidad de cuadro de la imagen es más lento que el movimiento difusivo de las moléculas de polímero. Ajuste de la temperatura por debajo de la temperatura ambiente (20 ° C) o por encima de 37 ° C provocará un desajuste del índice de refracción, que también se deteriora la calidad de las imágenes de fluorescencia grabadas. El uso de un filtro de paso de banda de emisión de banda más estrecha montado en un cubo de filtro en algún momento mejora la calidad de la imagen de fluorescencia. Dado que el tiempo de exposición de la cámara EM-CCD utilizada en el experimento de formación de imágenes se limita generalmente a milisegundos, el movimiento difusivo más rápido que esta escala de tiempo no puede ser capturado por este método.

La evaluación del efecto del error estadístico en el análisis MSD es el paso crítico for la caracterización de la difusión heterogénea. El error estadístico debe evaluarse cuidadosamente mediante el cálculo de la distribución de probabilidad del coeficiente de difusión utilizando el modelo de difusión homogénea 22 antes de discutir la difusión heterogénea. La difusión heterogénea también debe ser evaluado cuidadosamente por el análisis de CDF. Cuando los dibenzofuranos policlorados muestran desviaciones claras del modelo de difusión homogénea (es decir, la curva de decaimiento de un solo exponencial), esto sugiere la presencia de múltiples componentes de difusión. La caracterización cuantitativa de la difusión heterogénea requiere combinado MSD, CDF, y analiza la distribución de probabilidad 14,15.

Dinámica de polímero, incluyendo el movimiento difusivo, ha sido descrito como valores Conjuntos promediada en los métodos convencionales tales como NMR, 7 de dispersión de luz, 8 y medidas de viscosidad. 9 De hecho, el movimiento difusivo heterogénea revelado por el singlde formación de imágenes e-molécula 16 es a menudo muy difícil de detectar en los métodos Conjuntos promediada. Teniendo en cuenta la naturaleza inherente heterogénea de polímeros, 25-27 el método descrito en este protocolo no se limita a la caracterización de polímeros topológicas, sino que es aplicable a todo tipo de polímeros en condiciones entrelazados. 28 Además, el enfoque se informa en este protocolo se encuentra una amplia aplicación en el análisis de difusión heterogénea en sistemas complejos, tales como la difusión molecular a través de materiales mesoporosos. 29

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Materials
THF Godo
Wakosil C-300 Wako Pure Chemical Industries
Acetone Godo
Toluene Godo
n-Hexane Godo
CHCl3 Kanto Chemical
Bio-Beads S-X1 Bio-Rad
Methyl triflate Nacalai Tesque
Triflic anhydride Nacalai Tesque
Potassium Hydroxide Wako Pure Chemical Industries
Ethanol Wako Pure Chemical Industries
Poly(tetrahydrofuran) Aldrich
Chloroform Wako Pure Chemical Industries
Immersion oil Cargille Type 37 / Type A
Equipment
2-Neck 100-ml round-bottom flask
Flask
Beaker
Funnel
Filter paper Whatman
Reflux condenser
Syringe
Water bath
Magnetic stirrer
Rotary evaporator
Microscope cover slips (24 x 24 mm, No. 1) Matsunami Glass CO22241
Staining jar AS ONE Corporation 1-7934-01
Ultrasonic cleaner VWR International  142-0047
Inverted microscope Olympus IX71
Ar-Kr ion laser Coherent Innova 70C
Berek compensator Newport 5540
Excitation filter Semrock LL01-488-12.5
Dichloric mirror Omega optical 500DRLP
Emission filter Semrock BLP01-488R-25
Lens and mirror Thorlabs
EM-CCD camera Andor Technology iXon
Objective lens (100X, N.A. = 1.3) Olympus UPLFLN 100XOP
Objective heater Bioptechs
Preparative GPC Japan Analytical Industry LC-908

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References

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Síntesis de polímeros cíclicos y caracterización de su movimiento difusivo en el estado fundido en la molécula de un solo nivel
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Habuchi, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y. Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level. J. Vis. Exp. (115), e54503, doi:10.3791/54503 (2016).More

Habuchi, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y. Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level. J. Vis. Exp. (115), e54503, doi:10.3791/54503 (2016).

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