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Chemistry

चक्रीय पॉलिमर के संश्लेषण और पिघल राज्य में अपने वाचाल मोशन की विशेषता एकल अणु के स्तर पर

Published: September 26, 2016 doi: 10.3791/54503
Automatic Translation
1, 2,3, 3
1Biological and Environmental Sciences and Engineering Division, King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), 2Division of Applied Chemistry, Faculty of Engineering, Hokkaido University, 3Department of Organic and Polymeric Materials, Tokyo Institute of Technology

Summary

संश्लेषण और एक अणु के स्तर पर चक्रीय पॉलिमर के वाचाल गति के लक्षण वर्णन के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया है।

Protocol

1. Monofunctional और Bifunctional पाली के संश्लेषण (THF)

  1. Monofunctional पाली (THF)
    1. ज्वाला एक 2-गर्दन 100 मिलीलीटर दौर नीचे कुप्पी सूखी। वैक्यूम और नाइट्रोजन (3 चक्र) के साथ फ्लास्क भरें।
    2. आसुत tetrahydrofuran (THF) (50 एमएल) कुप्पी में जोड़े। 20 डिग्री सेल्सियस पर एक पानी के स्नान में कुप्पी रखो और तापमान संतुलित करना।
    3. एक सिरिंज से कुप्पी के लिए मिथाइल triflate (0.5 mmol) जोड़ें। 20 डिग्री सेल्सियस पर 5-10 मिनट के लिए मिश्रण हिलाओ।
    4. एक सिरिंज से फ्लास्क एन -phenyl pyrrolidine (4-6 equiv।) जोड़ें। 30-60 मिनट के लिए मिश्रण हिलाओ।
    5. पूरी तरह से कम दबाव (सीए 100 Torr) के अंतर्गत विलायक हटा दें। एसीटोन के 3-5 मिलीलीटर में छाछ भंग। N -hexane की 300-500 मिलीलीटर में एसीटोन समाधान जोड़ें। वेग फिल्टर और कम दबाव के तहत यह सूखी।
  2. Bifunctional पाली (THF)
    1. ज्वाला एक 2-गर्दन 100 मिलीलीटर दौर नीचे कुप्पी सूखी। Vacuum और नाइट्रोजन (3 चक्र) के साथ फ्लास्क भरें।
    2. आसुत THF (50 एमएल) कुप्पी में जोड़े। 20 डिग्री सेल्सियस पर एक पानी के स्नान में कुप्पी रखो और तापमान संतुलित करना।
    3. एक सिरिंज से फ्लास्क triflic एनहाइड्राइड (0.3 mmol) जोड़ें। 20 डिग्री सेल्सियस पर 5-10 मिनट के लिए मिश्रण हिलाओ।
    4. एक सिरिंज से फ्लास्क एन -phenyl pyrrolidine (4-6 equiv।) जोड़ें। 30-60 मिनट के लिए मिश्रण हिलाओ।
    5. पूरी तरह से कम दबाव (सीए 100 Torr) के अंतर्गत विलायक हटा दें। एसीटोन के 3-5 मिलीलीटर में छाछ भंग। N -hexane की 300-500 मिलीलीटर एसीटोन समाधान जोड़ें। वेग फिल्टर और कम दबाव के तहत यह सूखी।

2. PERYLENE के संश्लेषण Diimide-निगमित 4-स्टार और सशस्त्र 8 के आकार Dicyclic पाली (THF)

  1. सशस्त्र स्टार पाली (THF)
    1. आयन विनिमय
      1. पानी में PERYLENE diimide tetracarboxylate सोडियम नमक (10 मिलीग्राम / एमएल, 150 एमएल) भंग। भंगmonofunctional पाली (THF) एसीटोन में (160 मिलीग्राम / एमएल, 4 एमएल)। सख्ती से हड़कंप मच गया जलीय घोल में एसीटोन समाधान dropwise जोड़ें। निस्पंदन द्वारा गठित वेग लीजिए।
      2. बरामद वेग (2.1.1.1) चार बार के साथ उपरोक्त प्रक्रिया को दोहराएं।
    2. सहसंयोजक निर्धारण
      1. टोल्यूनि में प्राप्त वेग (5 मिलीग्राम / एमएल) भंग। 4 घंटे के लिए समाधान भाटा।
      2. पूरी तरह से कम दबाव (सीए 100 Torr) के अंतर्गत विलायक हटा दें। N -hexane / एसीटोन (2/1 / खंड खंड) के साथ सिलिका जेल के एक प्लग के माध्यम से अवशेषों को फ़िल्टर। उत्पाद वेग आइस-ठंडा पानी (300-500 मिलीलीटर) में समाधान जोड़ें। निस्पंदन द्वारा वेग लीजिए।
  2. Dicyclic 8 के आकार पाली (THF)
    1. आयन विनिमय
      1. पानी में PERYLENE diimide tetracarboxylate सोडियम नमक (6 मिलीग्राम / एमएल, 50 एमएल) के भंग। bifunctional पाली (THF) भंग (0.5 ग्राम) एसीटोन के 30-50 मिलीलीटर में। 0 डिग्री सेल्सियस पर सख्ती से हड़कंप मच गया जलीय घोल में एसीटोन समाधान dropwise जोड़ें। निस्पंदन द्वारा गठित वेग लीजिए।
      2. बरामद वेग (2.2.1.1) के साथ उपरोक्त प्रक्रिया को दोहराएं।
    2. सहसंयोजक निर्धारण
      1. टोल्यूनि में प्राप्त वेग (0.05 छ / एल) भंग। 4 घंटे के लिए समाधान भाटा।
      2. पूरी तरह से कम दबाव (सीए 100 Torr) के अंतर्गत विलायक हटा दें। टोल्यूनि आंशिक रूप से छाछ भंग करने के लिए जोड़ें। पुनः वेग n -hexane की 300-500 मिलीलीटर में।
      3. N -hexane / एसीटोन (2/1 / खंड खंड) के साथ सिलिका जेल के एक प्लग के माध्यम से बनाई वेग फ़िल्टर। पुनः वेग से पानी की 300-500 मिलीलीटर में।
      4. कॉलम क्रोमैटोग्राफी 18 द्वारा गठित वेग एक polystyrene जेल का प्रयोग शुद्ध। इसके अलावा रेम को CHCl 3 के एक eluent के साथ प्रारंभिक जेल पारगमन क्रोमैटोग्राफी (जीपीसी) द्वारा कच्चे तेल उत्पाद शुद्ध 19अपवर्तनांक (आरआई) और यूवी डिटेक्टरों की निगरानी के द्वारा ove उपोत्पाद।

3. एकल अणु प्रतिदीप्ति इमेजिंग प्रयोग

  1. नमूना तैयार करना
    1. माइक्रोस्कोप कवर फिसल जाता है की सफाई
      1. प्लेस नं 1.5 24 x 24 मिमी माइक्रोस्कोप कवर एक धुंधला जार में निकल जाता है।
      2. जार और 15 मिनट के लिए sonicate में 1 एम पोटेशियम हाइड्राइड समाधान (100 मिलीलीटर) जोड़ें। निस्तारण द्वारा पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड समाधान डालो और कई बार के लिए अति शुद्ध पानी के साथ कवर फिसल जाता कुल्ला। स्पेक्ट्रोस्कोपी ग्रेड इथेनॉल (100 मिलीलीटर) जार और 15 मिनट के लिए sonicate में जोड़ें।
      3. निस्तारण द्वारा इथेनॉल डालो और कई बार के लिए अति शुद्ध पानी के साथ कवर फिसल जाता कुल्ला। निस्तारण द्वारा अति शुद्ध पानी बंद गिरने के बाद, कदम 3.1.1.2 दोहराएँ।
      4. जार और 15 मिनट के लिए sonicate के लिए अति शुद्ध पानी जोड़ें। कई बार के लिए अति शुद्ध पानी के साथ कवर फिसल जाता कुल्ला। एक प्लास्टिक चिमटी से जार से कवर फिसल जाता है बाहर ले जाओ और या तो शुष्क हवा या सूखी नाइट्रोजन द्वारा उन्हें सूखी।
    2. बहुलक पिघल नमूने 14,15 की तैयारी
      1. एक कांच की बोतल में गैर लेबल रैखिक पाली (THF) के 100 μl जोड़ें और यह गलनांक (लगभग 25 डिग्री सेल्सियस) एक हेयर ड्रायर का उपयोग कर के ऊपर एक के तापमान पर गर्म करें।
      2. Fluorophore-निगमित बहुलक (रैखिक, 4 सशस्त्र स्टार, चक्रीय, या 8 के आकार का dicyclic 2.1 और 2.2 में संश्लेषित) क्लोरोफॉर्म में (1 मिलीलीटर, 10 -6 एम) भंग। गैर लेबल रैखिक पाली (THF) के पिघल के 100 μl करने के लिए समाधान के 1 μl जोड़ें।
      3. अच्छी तरह से एक विंदुक टिप के साथ नमूना मिश्रण के बाद, नमूना हीटिंग एक ड्रायर का उपयोग करके क्लोरोफॉर्म लुप्त हो जाना।
        नोट: यह गैर लेबल रैखिक पाली (THF) fluorophore शामिल पॉलिमर के 10 -8 एम युक्त एक पिघल प्रदान करता है।
      4. एक माइक्रो पिपेट और डी का उपयोग नमूना के 10 μl ले लोएक साफ कवर पर्ची पर यह ROP। नमूना पर एक और साफ कवर पर्ची डाल दिया है और दो कवर फिसल जाता है के बीच नमूना सैंडविच।
      5. नमूना धीरे एक प्लास्टिक चिमटी का उपयोग कर दबाएँ।
  2. वाइड क्षेत्र प्रतिदीप्ति इमेजिंग सेटअप 15
    1. उलटा माइक्रोस्कोप के पीछे पोर्ट में एक उत्तेजना लेजर (488 एनएम) का परिचय
      1. किरण पथ में एक उत्तेजना bandpass फिल्टर और polarizer डालें।
      2. एक किरण विस्तारक द्वारा व्यास में लगभग 1 सेमी करने के लिए बीम का विस्तार करें।
      3. किरण पथ में एक चौथाई लहर थाली डालें। polarizer की है कि सम्मान के साथ 45 डिग्री पर लहर थाली के ऑप्टिकल अक्ष सेट करें। वैकल्पिक रूप से, एक Berek कम्पेसाटर डालने और λ / 4 के लिए ऑप्टिकल देरी निर्धारित किया है।
      4. किरण के आकार को समायोजित करने के लिए उत्तेजना किरण पथ में एक डायाफ्राम डालें।
      5. उल्टे ऑप्टिकल microsco के पीछे बंदरगाह में लेजर बीम को शुरू करने से पहलेपीई, एक ध्यान केंद्रित लेंस डालने (योजना उत्तल लेंस, फोकल लंबाई ≈ 300 मिमी) एक स्थान है जहाँ उद्देश्य लेंस से बाहर लेजर बीम collimated है पर।
    2. एक dichroic दर्पण एक फिल्टर घन पर घुड़सवार का उपयोग कर लेजर बीम को दर्शाती के बाद, एक उच्च संख्यात्मक एपर्चर (एनए) उद्देश्य लेंस के माध्यम से नमूना करने के लिए लेजर बीम का परिचय (जैसे, एनए 1.3, 100X बढ़ाई, तेल विसर्जन)।
    3. उद्देश्य लेंस के लिए एक उद्देश्य हीटर देते हैं और 30 डिग्री सेल्सियस के तापमान की स्थापना की।
    4. उल्टे खुर्दबीन के मंच पर नमूना बढ़ते
      1. उद्देश्य लेंस पर विसर्जन के तेल की एक बूंद गिरा और माइक्रोस्कोप स्थिति पर नमूना माउंट।
      2. सुनिश्चित करें कि लगभग 10 माइक्रोन मोटाई का नमूना नमूना के नीचे और ऊपर की सतह का अक्षीय स्थिति की जाँच के द्वारा प्राप्त की है।
      3. नमूने के नीचे की सतह के ऊपर कुछ माइक्रोमीटर के लिए माइक्रोस्कोप का ध्यान केंद्रित को समायोजित करें।
      उद्देश्य लेंस के तहत चक्राकार ध्रुवीकरण उत्तेजना प्रकाश प्राप्त
      1. उद्देश्य लेंस से बाहर collimated लेजर बीम में एक polarizer डालें।
      2. लेजर polarizer के बाद एक बिजली मीटर डालने से polarizer के माध्यम से प्रेषित की तीव्रता रिकॉर्ड। polarizer घूर्णन द्वारा विभिन्न कोणों पर ध्रुवीकरण प्रेषित लेजर शक्ति रिकॉर्ड।
      3. प्रेषित लेजर पावर सब ध्रुवीकरण कोण पर स्थिर नहीं है, तो थोड़ा तिमाही लहर थाली या Berek कम्पेसाटर उत्तेजना किरण पथ में डाला घुमाएगी।
      4. दोहराएँ कदम 3.2.5.2 और 3.2.5.3 निरंतर प्रेषित लेजर शक्ति जब तक सभी ध्रुवीकरण कोण पर प्राप्त की है। सुनिश्चित करें कि चक्राकार ध्रुवीकृत प्रकाश नमूना पर प्राप्त की है।
    5. सेटअप ईएम (इलेक्ट्रॉन गुणा) डिवाइस युग्मित -शुल्क (सीसीडी) कैमरा
      1. माइक्रोस्कोप की ओर बंदरगाह के लिए उन्हें सीसीडी कैमरा देते हैं और इसे कनेक्ट करने के लिए टीवह छवि अधिग्रहण सॉफ्टवेयर।
      2. यदि आवश्यक हो, ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर तर्क (टीटीएल) संकेतों उपकरणों के लिए उन्हें सीसीडी कैमरे द्वारा उत्पन्न भेजकर एक यांत्रिक शटर या acousto ऑप्टिकल ट्यून करने योग्य फिल्टर उत्तेजना किरण पथ में डाला करने के लिए कैमरे जोखिम सिंक्रनाइज़। वैकल्पिक रूप से, लेजर के लिए उन्हें सीसीडी कैमरे द्वारा उत्पन्न टीटीएल संकेतों को भेजने से लेजर उत्पादन के लिए कैमरा जोखिम सिंक्रनाइज़।
        नोट: केवल जब एक ठोस राज्य लेजर जिसका उत्पादन शक्ति इनपुट ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर तर्क द्वारा संग्राहक जा सकता है (टीटीएल) संकेतों के प्रयोग के लिए प्रयोग किया जाता है दूसरा विकल्प लागू है।
      3. एक ईएम लाभ (आम तौर पर लगभग 300) के क्रम में एक fluorophore के एक उच्च गुणवत्ता प्रतिदीप्ति छवि प्राप्त करने के लिए कैमरे को नियंत्रित सॉफ्टवेयर का उपयोग कर सीसीडी कैमरा करने के लिए लागू करें।
      4. (आमतौर पर 128 x 128 देखने के क्षेत्र के केंद्र में पिक्सल) कैमरे को नियंत्रित करने के लिए सॉफ्टवेयर का उपयोग ब्याज (आरओआई) के एक क्षेत्र सेट करें।
        नोट: यह Imagi के लिए अनुमति देता हैफ्रेम हस्तांतरण विधा है, जो पिघल नमूने में fluorophore-निगमित बहुलक श्रृंखला की गति visualizing के लिए आवश्यक है में 200 हर्ट्ज - 100 के फ्रेम दर पर एनजी प्रयोगों।
  3. प्रयोग चल रहा है
    1. प्रयोगात्मक शर्तों का अनुकूलन
      1. डायाफ्राम उत्तेजना किरण पथ में डाला उपयोग करते हुए व्यास में लगभग 20 माइक्रोन के लिए नमूने की रोशनी क्षेत्र को समायोजित करें।
      2. मैन्युअल रूप से एक उचित तटस्थ घनत्व (एनडी) फिल्टर उत्तेजना किरण पथ में डाला चयन करके 8 मेगावाट - 4 के लिए नमूना पर उत्तेजना लेजर शक्ति सेट करें।
        नोट: - 2 किलोवाट सेमी -2 नमूना पर यह 1 का मतलब लेजर शक्ति प्रदान करता है।
      3. 200 हर्ट्ज - 100 के फ्रेम दर पर नमूना के रिकार्ड प्रतिदीप्ति छवियों। प्रतिदीप्ति तीव्रता अलग-अलग fluorophore-निगमित पॉलिमर से प्राप्त बहुत कम है, तो धीरे-धीरे वीं का उपयोग कर उत्तेजना शक्ति में वृद्धिई एन डी नमूना लगभग 100 मेगावाट तक पहुँचने तक फिल्टर।
      4. एकल अणु प्रतिदीप्ति छवि की गुणवत्ता अभी भी संतोषजनक नहीं है, तो गैर लेबल पाली (THF) का एक शुद्ध पिघल के प्रतिदीप्ति छवियों रिकॉर्डिंग से नमूने में प्रतिदीप्ति अशुद्धियों की जाँच करें। मामले में एक उच्च प्रतिदीप्ति पृष्ठभूमि में मनाया जाता है, विभिन्न गैर लेबल पाली (THF) का उपयोग करें।
      5. तो पिघल में fluorophore-निगमित पॉलिमर से प्राप्त प्रतिदीप्ति मौके का घनत्व बहुत अधिक स्थानिक उन्हें (इस वाचाल गति के विश्लेषण में त्रुटियों का कारण बनता है) को अलग-थलग करने के लिए है, नमूना जब तक में fluorophore-निगमित पॉलिमर की एकाग्रता में कमी स्थानिक पृथक स्पॉट मनाया जाता है।
      6. तो पिघल में fluorophore-निगमित पॉलिमर से प्राप्त प्रतिदीप्ति मौके का घनत्व बहुत कम है (इस इमेजिंग प्रयोग का एक कम throughput कारण बनता है) है, एक appropr तक नमूने में fluorophore-निगमित पॉलिमर की एकाग्रता में वृद्धिप्रतिदीप्ति मौके की देर हो गई घनत्व पर पहुंच गया है।
      7. पिघल में fluorophore-निगमित पॉलिमर से प्राप्त प्रतिदीप्ति छवियों को धुंधला कर रहे हैं, इमेजिंग अधिग्रहण के फ्रेम दर वृद्धि हुई है।
        ध्यान दें: इस बार एक छोटे रॉय 64 x 64 पिक्सल की आवश्यकता है, आम तौर पर।
  4. चित्र अधिग्रहण
    1. एक बार जब प्रयोगात्मक शर्तों अनुकूलित कर रहे हैं, एक घंटे के लिए खुर्दबीन मंच पर घुड़सवार नमूना छोड़ इतना है कि नमूना संतुलन की स्थिति में पहुंचता है।
    2. 200 हर्ट्ज फ्रेम दर - एक 100 पर पिघल राज्य में fluorophore-निगमित पॉलिमर के 1,000 प्रतिदीप्ति छवि दृश्यों - रिकार्ड 500। डिफ़ॉल्ट फ़ाइल स्वरूप झगड़ा नहीं है, तो झगड़ा प्रारूप करने के लिए सभी छवि दृश्यों में परिवर्तित।

4. की वाचाल गति विश्लेषण

  1. मतलब चुकता विस्थापन (एमएसडी) विश्लेषण
    1. इस तरह से प्रतिदीप्ति छवि दृश्यों फसलकि प्रत्येक छवि अनुक्रम एक एकल और अच्छी तरह से ध्यान केंद्रित diffusing fluorophore-निगमित बहुलक का उपयोग कर छवि प्रसंस्करण ImageJ जैसे सॉफ्टवेयर, शामिल हैं।
    2. जब फसली छवि दृश्यों से अधिक 10 फ्रेम होते हैं, कई दृश्यों में छवि दृश्यों विभाजित ऐसी है कि प्रत्येक दृश्य 10 फ्रेम के होते हैं।
    3. सही छवियों के दो आयामी गाऊसी फिटिंग द्वारा प्रत्येक छवि दृश्यों में अणुओं के पदों का निर्धारण करते हैं।
    4. प्रसार गुणांक (डी) व्यक्तिगत अणुओं के प्रसार प्रक्षेप पथ (यानी, समय पर निर्भर अणु के पदों) का मतलब चुकता विस्थापन (एमएसडी) विश्लेषण से एक समीकरण 20 का उपयोग निर्धारित बनाने के लिए
      Equation1
      जहां एक्स और वाई मैं मैं छवि फ्रेम मैं में अणु के पदों पर रहे हैं, और एन फ्रेम मैं समय व्यतीत हो जाने के Δt साथ फ्रेम संख्या को दर्शाता है।
    5. साजिश में प्रसार गुणांकएक आवृत्ति हिस्टोग्राम।
      नोट: आमतौर पर, हिस्टोग्राम 100 से अधिक अणुओं से निर्मित है।
  2. संचयी वितरण समारोह (सीडीएफ) विश्लेषण
    नोट: एक सीडीएफ, पी (आर 2, मैं Δ टी) एक निश्चित समय के अंतराल के बाद मैं टी Δ मूल से एक त्रिज्या आर के भीतर diffusing के अणुओं को खोजने का संचयी संभावना से मेल खाती है।
    1. चुकता विस्थापन के दौरान समय सभी प्रसार 4.1.3 में प्राप्त प्रक्षेप पथ के लिए 1Δt, 2Δt, ····, iΔt की lags होने वाली गणना।
      नोट: इन गणनाओं की कुल M-विस्थापन चुकता मैं समय के लिए iΔt की lags दे।
    2. चुकता विस्थापन (एल i) कुल M मैं डेटा सेट के भीतर है कि विभिन्न आर 2 मूल्यों पर आर 2 से छोटे हैं की संख्या की गणना (0 <R2 <∞)। सामान्यीकृत L मैं आर 2 बनाम भूखंडों सीडीएफ, पी (आर 2, iΔt) के अनुरूप हैं।
  3. अलग प्रसार मॉडल के साथ CDFS का विश्लेषण
    नोट: प्राप्त CDFS अलग प्रसार मॉडल से लगे हैं; सजातीय प्रसार मॉडल, जिसमें डी वितरण एक गाऊसी (एकल गाऊसी मॉडल) द्वारा वर्णित है कई प्रसार मोड, और कई प्रसार मोड, जिसमें डी वितरण कई गाऊसी (एकाधिक गाऊसी मॉडल) द्वारा वर्णित है।
    1. सजातीय प्रसार मॉडल में, एक समीकरण का उपयोग कर 21 सीडीएफ फिटिंग द्वारा एक मतलब डी का निर्धारण
      Equation2
      ध्यान दें: समीकरण से कोई विचलन अणु की विषम प्रसार पता चलता है।
    2. एकल गाऊसी मॉडल में, फिटिंग सीडीएफ 15 का उपयोग करके विकास की संभावना वितरण एक गाऊसी (एफ (डी)) द्वारा वर्णित निर्धारित
      on3 "src =" / files / ftp_upload / 54503 / 54503equation3.jpg "/>
      Equation4
      जहां एक, डब्ल्यू, और डी 0 आयाम, चौड़ाई, और गाऊसी के केंद्र रहे हैं।
    3. डबल गाऊसी मॉडल में, फिटिंग सीडीएफ 14 वीं का उपयोग करके डी के घटक एक गाऊसी (एफ (डी)) द्वारा वर्णित जम्मू की संभावना वितरण निर्धारित
      Equation5
      Equation6
      जहां एक जम्मू प्रत्येक प्रसार घटक के अंश, और α जम्मू, डब्ल्यू जम्मू और डी 0 जे है आयाम, चौड़ाई, और जम्मू वें गाऊसी के घटक के केंद्र रहे हैं।
  4. सैद्धांतिक संभावना वितरित की गणनाप्रसार गुणांक के bution
    नोट: डी की प्रायिकता वितरण सांख्यिकीय त्रुटियों (पी (डी) डी डी) विभिन्न प्रसार मॉडल के लिए गणना कर रहे हैं के कारण होने वाली; सजातीय प्रसार मॉडल, जिसमें डी वितरण एक गाऊसी (एकल गाऊसी मॉडल) द्वारा वर्णित है कई प्रसार मोड, और कई प्रसार मोड, जिसमें डी वितरण कई गाऊसी (एकाधिक गाऊसी मॉडल) द्वारा वर्णित है।
    1. सजातीय प्रसार मॉडल में, एक समीकरण का उपयोग कर 22 डी के सांख्यिकीय संभावना वितरण की गणना
      Equation7
      जहां एक एन प्रसार प्रक्षेपवक्र में डेटा बिंदुओं की संख्या (एन = 10, 4.1.2 देखें), डी 0 मतलब प्रसार गुणांक (सीडीएफ विश्लेषण द्वारा निर्धारित, 4.2.3.1 देखें) है, और डी प्रयोगात्मक प्राप्त है एक व्यक्ति प्रक्षेपवक्र के लिए प्रसार गुणांक।
    2. मेंएकल गाऊसी प्रसार मॉडल, एक समीकरण का उपयोग कर 15 डी के सांख्यिकीय संभावना वितरण की गणना
      Equation8
      जहां एफ (डी) सीडीएफ विश्लेषण द्वारा निर्धारित डी की संभावना वितरण (4.2.3.2 देखें) अर्थ है, और डी 0 मतलब प्रसार गुणांक है (सीडीएफ विश्लेषण द्वारा निर्धारित, 4.2.3.2 देखें)।
    3. डबल गाऊसी प्रसार मॉडल में, एक समीकरण का उपयोग कर 14 डी के सांख्यिकीय संभावना वितरण की गणना
      Equation9
      जहां एफ (डी जे) जम्मू वें डी (डी जे) सीडीएफ विश्लेषण द्वारा निर्धारित की घटक की संभावना वितरण अर्थ (4.2.3.3 देखें), और डी 0j जम्मू वें घटक (सीडीएफ द्वारा निर्धारित का मतलब प्रसार गुणांक है विश्लेषण, 4.2.3.3 देखें)।

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Representative Results

PERYLENE diimide-निगमित 4-स्टार और सशस्त्र 8 के आकार dicyclic पाली (THF) एस इलेक्ट्रोस्टैटिक आत्म विधानसभा और सहसंयोजक निर्धारण (ईएसए-सीएफ) प्रक्रिया (चित्रा 1, चित्रा 2) का उपयोग कर संश्लेषित थे। समय चूक एकल अणु प्रतिदीप्ति छवियों 4-सशस्त्र (चित्रा 3 ए) के लिए मापा गया और 8 के आकार का (चित्रा 3 बी) पॉलिमर। समय चूक प्रतिदीप्ति छवियों (चित्रा 3) स्थानिक अत्यधिक फ्लोरोसेंट PERYLENE diimide fluorophore 23 के समावेश जंजीरों में होने के कारण अलग-थलग उज्ज्वल और तेज धब्बे दिखाई देते हैं। प्रसार गुणांक की आवृत्ति histograms 4-सशस्त्र (चित्रा 4 ए) के लिए गणना की गई है और 8 के आकार का (चित्रा 4 बी) समय चूक छवियों का मतलब चुकता विस्थापन (एमएसडी) विश्लेषण से पॉलिमर। एमएसडी भूखंडों और CDFS की गणना Matlab में लिखा दिनचर्या का उपयोग किया जाता है। फिटिंगप्रयोगों से प्राप्त CDFS के इस तरह के उद्गम प्रो के रूप में डाटा प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग किया जाता है। एमएसडी विश्लेषण द्वारा निर्धारित प्रसार गुणांक की आवृत्ति histograms व्यापक वितरण (चित्रा 4) दोनों विश्लेषण और प्रसार की विविधता के सांख्यिकीय त्रुटि से उत्पन्न प्रदर्शित करते हैं। आवृत्ति histograms सजातीय प्रसार मॉडल विचलनों से स्पष्ट है, जो बहुलक अणु की विषम प्रसार को दर्शाता है (चित्रा 4 में ग्रीन लाइन)। 14 संचयी वितरण कार्य (CDFS) 4 हथियारबंद (चित्रा 5 ए) के लिए गणना कर रहे थे और दिखाने के लिए 8 के आकार (चित्रा 5 ब) पॉलिमर और एक गाऊसी (चित्रा 5 ए) द्वारा लगाये गये और डबल गाऊसी (चित्रा 5 ब) मॉडल। प्रसार गुणांक के सांख्यिकीय प्रायिकता वितरण 4-सशस्त्र (चित्रा 4 ए) के लिए गणना की गई है और 8 के आकार का (चित्रा 4 बी) पोल एकल गाऊसी, या डबल गाऊसी मॉडल द्वारा ymers। एकल (चित्रा 5 ए) और डबल (चित्रा 5 ब) गाऊसी मॉडल प्रयोगात्मक प्राप्त CDFS अच्छी तरह से फिट है। ये परिणाम है कि 4 सशस्त्र बहुलक का प्रसार प्रसार गुणांक के व्यापक वितरण से वर्णन किया गया है, 8 के आकार बहुलक दो अलग प्रसार मोड प्रदर्शित करता है, जबकि प्रदर्शित करता है।

आकृति 1
चित्रा 1. संश्लेषण PERYLENE diimide-निगमित पाली का मार्ग (THF) एस। (एक) 4 सशस्त्र स्टार पॉलिमर और (ख) 8 के आकार dicyclic पॉलिमर के संश्लेषण मार्ग। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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चित्रा 2. संश्लेषित पॉलिमर की विशेषता। (एक) 4 सशस्त्र स्टार पॉलिमर और (ख) 8 के आकार dicyclic पॉलिमर के एनएमआर स्पेक्ट्रा। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3 (फिल्में)। PERYLENE diimide-निगमित पाली (THF) एस। (एक) 4 सशस्त्र स्टार पॉलिमर और (ख) के समय चूक प्रतिदीप्ति छवियों के एक अणु प्रतिदीप्ति इमेजिंग 8 के आकार गैर लेबल रैखिक पाली के पिघल में dicyclic पॉलिमर (THF )। स्केल बार = 5 माइक्रोन। फिल्में देखने के लिए यहाँ क्लिक करें (क) और3 / Figure_3b_submit.mov "लक्ष्य =" _blank "> (ख)।

चित्रा 4
चित्रा 4. PERYLENE diimide-निगमित पाली की एमएसडी विश्लेषण (THF) पिघल में diffusing रहा है। अलग-अलग (एक) 4 सशस्त्र स्टार पॉलिमर और पिघल (ख) में 8 के आकार dicyclic पॉलिमर के लिए चुना गया प्रसार गुणांक की आवृत्ति histograms की गैर लेबल रैखिक पाली (THF)। ठोस लाइनों सैद्धांतिक रूप से तीन अलग-अलग प्रसार मॉडल पर आधारित प्रसार गुणांक की प्रायिकता वितरण गणना दिखाने; सजातीय प्रसार मॉडल (हरे रंग की लाइनों, 4.3.1 देखें), एकल गाऊसी मॉडल (सीमाओं, 4.3.2 देखें), और डबल गाऊसी मॉडल (ब्लू लाइन, 4.3.3 देखें)। 14 इस का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें चित्रा।


(एक) 4 सशस्त्र स्टार पॉलिमर के लिए 1-पी के रूप में - चित्रा PERYLENE diimide-निगमित पाली (THF) 5. सीडीएफ विश्लेषण पिघल में diffusing रहा प्रायोगिक तौर पर प्राप्त संचयी वितरण कार्य (75 मिसे iΔt = 7.5)। और (ख) गैर लेबल रैखिक पाली (THF) के पिघल में 8 के आकार dicyclic पॉलिमर। धराशायी लाइनों 4.2.3.3 में साथ में 4.2.3.2 और (ख) समीकरण (क) समीकरणों फिटिंग दिखा। 14 यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

4-हथियारों से लैस और 8 के आकार पॉलिमर ईएसए-सीएफ प्रोटोकॉल (चित्रा 1) है, जो संश्लेषण के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है के माध्यम से तैयार किए गए थे। 12,24 Monofunctional और bifunctional रैखिक पाली (THF) एस एन -phenylpiperidinium अंत समूहों के साथ थे पिछले प्रक्रिया के अनुसार संश्लेषित। 11 आयन एक्सचेंज कार्बोक्सिलेट की एक अतिरिक्त राशि युक्त एक जलीय घोल में triflate counteranions के साथ एक बहुलक अग्रदूत का एक एसीटोन समाधान के reprecipitation से बाहर किया गया था।

4-स्टार सशस्त्र पॉलिमर के लिए आयन एक्सचेंज उत्पाद के सहसंयोजक रूपांतरण 4 घंटे के लिए भाटा द्वारा टोल्यूनि (4.9 छ / एल) में प्रदर्शन किया गया था। रूपांतरण के लिए पर्याप्त नहीं है, तो प्रतिक्रिया समय का विस्तार। Covalently बंधुआ उत्पाद के साथ एसीटोन / n -hexane और पानी में reprecipitation सिलिका जेल स्तंभ क्रोमैटोग्राफी द्वारा प्राप्त किया गया था। 4-सशस्त्र पॉलिमर के 1 एच एनएमआर चित्रा 2A में दिखाया गया है। थीएस ईएसए-सीएफ प्रक्रिया चक्रीय पॉलिमर के प्रभावी संश्लेषण के लिए अनुमति देता है। हालांकि, इस प्रोटोकॉल पॉलिमर है कि चक्रीय onium अंत समूहों तक सीमित है।

8 के आकार बहुलक उत्पाद के लिए, प्रतिक्रिया बाहर टोल्यूनि में कमजोर पड़ने (0.2 ग्राम / एल) भाटा के तहत में 4 घंटे के लिए किया जाता है और एक अघुलनशील अंश के एक बड़े हिस्से के गठन में हुई, आणविक प्रतिक्रिया व्यक्त उत्पादों शायद की वजह से किया गया था। एक घुलनशील भाग n -hexane में reprecipitated किया गया था, साथ एसीटोन / n -hexane सिलिका जेल कॉलम क्रोमैटोग्राफी के अधीन है, और पानी में reprecipitated। प्राप्त कच्चे तेल उत्पाद का आकार अपवर्जन मोतियों के साथ कॉलम क्रोमैटोग्राफी के अधीन है और जीपीसी पुनरावृत्ति 8 के आकार बहुलक उत्पाद के अलगाव अनुमति देने के लिए किया गया था। 8 के आकार पॉलिमर के 1 एच एनएमआर चित्रा 2B में दिखाया गया है। इस ईएसए-सीएफ प्रोटोकॉल आगे जटिल topological पॉलिमर के लिए लागू हो सकता है।

उच्च गुणवत्ता प्रतिदीप्ति छवियों essenti हैंअणुओं के वाचाल गति की सटीक विश्लेषण के लिए अल। प्रतिदीप्ति छवियों काफी खराब हो रहे हैं जब 1) प्रतिदीप्ति दोष नमूने में मौजूद हैं, 2) एक निगमित fluorophore के प्रतिदीप्ति क्वांटम उपज कम है, और 3) इमेजिंग के फ्रेम दर बहुलक अणु की वाचाल गति की तुलना में धीमी है। कमरे के तापमान से नीचे के तापमान (20 डिग्री सेल्सियस) या ऊपर 37 डिग्री सेल्सियस की स्थापना एक अपवर्तनांक बेमेल है, जो भी दर्ज की प्रतिदीप्ति छवियों की गुणवत्ता खराब हो जाएगा कारण होगा। एक संकरा बैंड उत्सर्जन bandpass फिल्टर एक घन पर घुड़सवार फिल्टर का उपयोग करते हुए कुछ देर के प्रतिदीप्ति छवि की गुणवत्ता में सुधार। चूंकि ईएम सीसीडी इमेजिंग प्रयोग में इस्तेमाल कैमरे के जोखिम समय आमतौर पर मिसे तक सीमित है, वाचाल गति तेजी से इस समय के पैमाने की तुलना में इस विधि द्वारा कब्जा नहीं किया जा सकता है।

एमएसडी विश्लेषण में सांख्यिकीय त्रुटि के प्रभाव के मूल्यांकन के लिए महत्वपूर्ण कदम हैविषम प्रसार के लक्षण वर्णन आर। सांख्यिकीय त्रुटि ध्यान से विषम प्रसार पर चर्चा से पहले सजातीय प्रसार मॉडल 22 का उपयोग करते हुए प्रसार गुणांक की संभावना वितरण की गणना के द्वारा मूल्यांकन किया जाना चाहिए। विषम प्रसार भी ध्यान सीडीएफ विश्लेषण द्वारा मूल्यांकन किया जाना चाहिए। CDFS सजातीय प्रसार मॉडल (यानी, एकल घातीय खस्ताहाल वक्र) विचलनों से स्पष्ट दिखाई देती हैं तो यह कई diffusing घटकों की उपस्थिति पता चलता है। विषम प्रसार के मात्रात्मक लक्षण वर्णन संयुक्त एमएसडी, सीडीएफ की आवश्यकता है, और प्रायिकता वितरण का विश्लेषण करती है। 14,15

वाचाल प्रस्ताव सहित पॉलिमर गतिशीलता, इस तरह के एनएमआर, 7 प्रकाश बिखरने, 8 और चिपचिपाहट माप के रूप में पारंपरिक तरीकों में पहनावा औसतन मूल्यों के रूप में वर्णित किया गया है। 9 दरअसल, विषम वाचाल गति singl से पता चलाई-अणु इमेजिंग 16 अक्सर पहनावा औसतन तरीकों में पता लगाने के लिए बहुत मुश्किल है। पॉलिमर के निहित विषम प्रकृति को देखते हुए, 25-27 विधि इस प्रोटोकॉल में सूचना दी topological पॉलिमर के लक्षण वर्णन करने के लिए सीमित नहीं है, लेकिन उलझ की शर्तों के तहत पॉलिमर के सभी प्रकार के लिए लागू है। 28 इसके अलावा, दृष्टिकोण इस प्रोटोकॉल में सूचना मिल जाएगा ऐसे mesoporous सामग्री के माध्यम से आणविक प्रसार के रूप में जटिल प्रणालियों में विषम प्रसार के विश्लेषण में एक विस्तृत आवेदन। 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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रसायन विज्ञान अंक 115 चक्रीय बहुलक संश्लेषण बहुलक पिघल टोपोलॉजी प्रसार एक अणु प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी
चक्रीय पॉलिमर के संश्लेषण और पिघल राज्य में अपने वाचाल मोशन की विशेषता एकल अणु के स्तर पर
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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).

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