Summary
تبلور يحركها التجميع الذاتي (CDSA) يعرض القدرة الفريدة على اختلاق الهياكل النانوية أسطوانية التوزيعات ضيقة الطول. وأظهرت البلمرة الحلقي فتح البومرة من ε-caprolactone وملحقات سلسلة لاحقة من ميثاكريلات الميثيل وN,N-ثنائي ميثيل أكريلاميد. ويرد بروتوكول CDSA الحية التي تنتج اسطوانات أحادية التشتت تصل إلى 500 نانومتر في الطول.
Abstract
إنتاج الميشيل أسطواني أحادي ة هو تحد كبير في كيمياء البوليمر. يتم إنتاج معظم التركيبات الاسطوانية التي تشكلت من البوليمرات الكربونية ثنائي الكتلة بواسطة واحدة من ثلاث تقنيات: الإماهة الرقيقة للأفلام، أو تبديل المذيبات أو التجميع الذاتي الناجم عن البلمرة، وإنتاج اسطوانات متعددة التشتت المرنة فقط. التبلور يحركها التجميع الذاتي (CDSA) هو الأسلوب الذي يمكن أن تنتج اسطوانات مع هذه الخصائص، من خلال تثبيت هياكل انحناء أقل بسبب تشكيل لب بلورية. ومع ذلك، فإن تقنيات البلمرة الحية التي يتم بها تشكيل معظم كتل تشكيل النواة ليست عمليات تافهة وعملية CDSA قد تسفر عن نتائج غير مرضية إذا نفذت بشكل غير صحيح. هنا، يظهر تركيب الجسيمات النانوية أسطوانية من الكواشف بسيطة. يتم وصف تجفيف وتنقية الكواشف قبل بلمرة فتح حلقة من ε-caprolactone حفزها الفوسفات ثنائي الفينيل. ثم يتم تمديد هذا البوليمر بواسطة ميثاكريلات الميثيل (MMA) تليها N,N-ثنائي ميثيل الأكريلاميد (DMA) باستخدام عكسها إضافة- تجزئة سلسلة نقل (RAFT) البلمرة، مما يتيح ثلاثي الكتلة البوليمر التي يمكن أن تخضع CDSA في الايثانول. يتم تحديد عملية CDSA الحية، ونتائجها تسفر عن جسيمات نانوية أسطوانية تصل إلى 500 نانومتر في الطول وتشتت طول منخفضة تصل إلى 1.05. ومن المتوقع أن تسمح هذه البروتوكولات للآخرين بإنتاج هياكل نانوية أسطوانية ورفع مستوى مجال CDSA في المستقبل.
Introduction
وقد حظيت الهياكل النانوية أحادية الأبعاد (1D)، مثل الاسطوانات والألياف والأنابيب، باهتمام متزايد في مجموعة متنوعة من المجالات. ومن بين هذه، وشعبيتها في علم البوليمر هو المستحقة لمجموعة متنوعة غنية من الخصائص. فعلى سبيل المثال، أثبت غنغ وآخرون أن الفيلوميسيلز تظهر زيادة بمقدار عشرة أضعاف في وقت الإقامة في مجرى الدم لنموذج القوارض مقارنة بنظرائها الكرويين، وكشف وون وآخرون أن ألياف البولي البيوتادايين -ب-بولي (أكسيد الإيثيلين) التشتت اتّصال عرض زيادة في معامل التخزين من قبل اثنين من أوامر من حجم عند الربط المتبادل من النواة خلال قياسات الريولوجية1,2. ومن المثير للاهتمام، يتم تصنيع العديد من هذه النظم عن طريق التجميع الذاتي للكتل البوليمرات، سواء كان ذلكمن خلال طرق أكثر تقليدية من تبديل المذيبات والإماهة رقيقة فيلم 3، أو أكثر الطرق المتقدمة مثل البلمرة الناجمة عن التجميع الذاتي وبلورة يحركها التجميع الذاتي (CDSA)4،5. كل تقنية تحمل مزاياها الخاصة، ومع ذلك، يمكن فقط CDSA إنتاج جزيئات جامدة مع توزيع طول موحد ويمكن التحكم فيها.
شكلت الأعمال الرائدة من قبل جيلروي وآخرون طويلة polyferroylylsilane-ب-polydimethylsiloxane (PFS-PDMS) اسطوانات في الهكسان، وعند استخدام sonication خفيفة، اسطوانات قصيرة جدا مع تشتت طول كفاف منخفض (Lن). عند إضافة كتلة محددة سلفا من سلاسل ثنائي الكتلة كوبوليمر في مذيب مشترك، تم توليف اسطوانات من أطوال متفاوتة معن L منخفضة مثل 1.035،6. سلطت مجموعة "مانرس" الضوء على درجة التحكم العالية الممكنة مع نظام PFS، والتي يمكن استخدامها لتشكيل هياكل معقدة وهرمية بشكل ملحوظ: كتلة مشتركة-micelles، وشاح على شكل ودمبل micelles على سبيل المثال لا الحصر7، 8. بعد هذه المظاهرات، بحث الباحثون أخرى، نظم أكثر وظيفية لCDSA بما في ذلك: البوليمرات السلعية شبه البلورية (البولي، بولي (ε-caprolactone)، بوليلاكتيد)9،10 ،11،12،13 والبوليمرات (بولي (3-hexylthiophene)، بوليسلينوفين)14،15. المسلحة مع هذه المجموعة من أنظمة البوليمر ثنائي الكتلة التي يمكن تجميعها بسرعة وكفاءة، وقد أجرى الباحثون المزيد من البحوث التي يحركها التطبيق في السنوات الأخيرة16. وقد أظهرت جين وآخرون أطوال انتشار اكسيتون في مئات نانومتر في بوليمرات كتلة بوليثيوفين وأظهرت مجموعتنا تشكيل المواد الهلامية من بولي (ε-caprolactone) (PCL) التي تحتوي على التركيبات أسطوانية10، 17.
على الرغم من أنها تقنية قوية، CDSA لديها قيودها. الكتلة [كبوليمر] ينبغي يتلقّى عنصر [سمي-بلّوريكل], [أس ولّ س] منخفضة تشتت قيم و [فيلّي] عال نهاية مجموعة; قد تسبب الملوثات كتلة أقل النظام تجميع الجسيمات أو إحداث تغييرات مورفولوجية18،19. بسبب هذه القيود، وتستخدم البلمرة الحية. ومع ذلك، مطلوب تنقية الكواشف كبيرة، وإجراءات التجفيف والمياه / الأكسجين بيئات خالية من أجل تحقيق البوليمرات مع الخصائص المذكورة أعلاه. وقد بذلت محاولات لتصميم نظم للتغلب على ذلك. على سبيل المثال، تم تشكيل البوليمرات كتلة PFS باستخدام الكيمياء انقر لزوجين سلاسل البوليمر معا20. على الرغم من أن الجسيمات النانوية أسطوانية الناتجة قد أظهرت خصائص مثالية، وعادة ما يتم تنقية البوليمرات الكوبوليمرالكتل بواسطة الكروماتوغرافيا استبعاد حجم إعدادي وتركيب PFS لا يزال يتطلب استخدام أنيوني المعيشة البلمرة. حققت مجموعتنا مؤخرا CDSA الحية من PCL، ونجاح هات حول استخدام كل من البلمرة الحلقي ة المتجددة القابلة للربط (ROP) وعكسها إضافة- تجزئة سلسلة نقل (RAFT) البلمرة10. على الرغم من أن هذه الطريقة أبسط، لا تزال مطلوبة البلمرة الحية.
وبما أن هذا المجال يتجه نحو المزيد من البحوث التي يحركها التطبيق، وبسبب المشاكل المرتبطة بالبلمرة الحية، يعتقد أن الخطوط العريضة لبروتوكولات توليف البوليمر والتجميع الذاتي ستكون مفيدة للعمل العلمي في المستقبل. وهكذا، في هذه المخطوطة، يتم تحديد التوليف الكامل والتجميع الذاتي PCL-b-PMMA-b -PDMA copolymer. وسيتم تسليط الضوء على تقنيات التجفيف في سياق ROP organocatalyzed من ε-caprolactone وسيتم تحديد البلمرة RAFT اللاحقة من MMA وDMA. وأخيرا، سيتم عرض بروتوكول CDSA الحية لهذا البوليمر في الإيثانول وسيتم انتقاد الأخطاء الشائعة في بيانات توصيف بسبب تقنية تجريبية رديئة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. تجفيف التولوين
ملاحظة: إذا كان لديك إمكانية الوصول إلى أبراج المذيبات الجافة، وجمع التولوين وdegas من قبل خمس دورات تجميد مضخة ذوبان.
- جاف 3 ° المنخل الجزيئي في قارورة شلينك 250 مل في 250-300 درجة مئوية تحت فراغ لمدة 48 ساعة ونقلها إلى صندوق القفازات.
- جفف أمبولتين في الفرن على درجة حرارة 150 درجة مئوية بين عشية وضحاها ونقلها إلى صندوق القفازات.
- نقل غربال الجزيئية المنشط في أمبولات اثنين وإزالة من صندوق القفازات.
- جفف قارورة مستديرة القاع ذات عنقين (RBF) وأضف 100 مل من التولوين، ويعادل حجمها، على الأكثر، نصف حجم الأمبولة. أضف 1.0 غرام من الكاتش2 إلى التولوين وحركه.
تحذير: كن حذراً من الإفراج H2 في هذه المرحلة. إضافة CaH2 دائما تحت تدفق ثابت من النيتروجين لإزالة أي H2 بناء في قارورة. - نقل التولوين إلى واحدة من أمبولات تحتوي على غربال الجزيئية مع قنية مرشح والراحة بين عشية وضحاها.
- نقل التولوين إلى أمبولة الأخيرة التي تحتوي على غربال مع قنية مرشح. تجميد مضخة ذوبان (5 دورات) التولوين ونقلها إلى صندوق القفازات.
2. تجفيف المبادر بمكافحة الكتمان/الدي بي بي
- إضافة وكيل نقل سلسلة / البادئ إلى قارورة، وتأمين مع ورقة الأنسجة.
- إضافة 10 غرام من P2O5 في مجفف. ضع القارورة فوق المسحوق.
- ضع المجفف تحت فراغ ديناميكي لمدة 8 ساعات وفراغ ثابت بين عشية وضحاها.
- فتح المجفف لإثارة P2O5. استئناف دورات فراغ لمدة 5 أيام.
ملاحظة: قد تُغير P2O5 أو تصبح عُمَلة إذا كان هناك فائض في المذيب/الماء. يستعاض عن الـ P2O5 إذا لوحظ ذلك. - ردم المجفف مع النيتروجين ونقل إلى صندوق القفازات.
3. تجفيف / تنقية من ε-caprolactone
ملاحظة: بالنسبة لهذا القسم، يجب أن تكون جميع الأواني الزجاجية وقضبان المُحرّر قد جفت في فرن 150 درجة مئوية بين عشية وضحاها قبل الاستخدام. وهذا سوف يزيل كل المياه من أسطح الزجاج.
- إضافة 100 مل من ε-caprolactone إلى اثنين الرقبة 250 مل RBF مجهزة شريط الستيرور واضغط على الرقبة الصغيرة.
- إضافة 1.0 غرام من هيدريد الكالسيوم في RBF، تحت تدفق ثابت من النيتروجين. تناسب مع سدادة الزجاج ويحرك بين عشية وضحاها في درجة حرارة الغرفة تحت جو النيتروجين.
- تجفيف معدات التقطير فراغ.
- نعلق قارورة ذات عنقين على خط شلينك وتطهير عن طريق إخلاء وملء مع النيتروجين ثلاث مرات. بعد التطهير، افتح الخط لتدفق ثابت من النيتروجين.
- تجميع معدات التقطير فراغ من و- الكابولاكتين RBF، والحفاظ على تدفق ثابت من النيتروجين لمنع المياه من دخول النظام. نعلق ميزان الحرارة وختم في مكان.
- إرفاق محول لخط شلينك. إزالة تدفق النيتروجين ووضع النظام تحت فراغ تحت هذا الاتصال الجديد.
- قم بتسخين الـ ε-caprolactone عند 60-80 درجة مئوية، وجمع أول 5.0 مل في الـ RBFs الصغيرة والباقي في RBF ذو الرقبة اثنين. وضع قوارير في النيتروجين السائل لتكثيف الكرولاكتون على نحو فعال. التفاف معدات التقطير في الصوف القطني واحباط لتسريع العملية.
- قم بإرفاق خط شلينك بقارورة التجميع وتطهير الخط ثلاث مرات. بدوره الخط إلى النيتروجين وفتح الصنبور. إضافة 1.0 غرام من هيدريد الكالسيوم إلى قارورة، وسدادة، ثم ترك تحت جو النيتروجين مع التحريك بين عشية وضحاها.
- وفي الوقت نفسه، التخلص من هيدريد الكالسيوم الزائد عن طريق إضافة قطرة من الإيزوبروبانول، تليها 5.0 مل من الميثانول ومن ثم فائض من الماء مرة واحدة يتوقف الفقاعات. شطف الأواني الزجاجية مع الأسيتون ووضعها في الفرن بين عشية وضحاها.
- كرر التقطير فراغ مرة أخرى، دون إضافة CaH2 إلى مونومر مرة واحدة الانتهاء. بدلاً من ذلك، نقل الكرولاكتون عن طريق قنية إلى أمبولة ونقل إلى صندوق القفازات.
4. خاتم البلمرة فتح Ε-caprolactone
- إعداد حلول الأسهم من البادئ، المحفز ومونومر. يزن 0.10 غرام من ثنائي الفينيل الفوسفات، 0.011 غرام من CTA-OH و 0.25 غرام من الكرولاكتون في ثلاث قوارير منفصلة. إضافة 0.5 مل من التولوين إلى كل من البادئ وقارورة محفز وتهيج بلطف حتى يتم حل الكواشف.
- اخلط يبادر وثنائي الفينيل حلول الأسهم الفوسفات في قارورة واحدة وإضافة شريط ضجة.
- تحت التحريك المعتدل، إضافة مونومر في القارورة البادئ / محفز. تناسب القارورة مع غطاء ويحرك لمدة 8 ساعة في درجة حرارة الغرفة.
- بعد 8 ح، إزالة القارورة من صندوق القفازات وتعجل على الفور إلى فائض من الأثير ثنائي إيثيل الباردة dropwise.
- قم بتصفية البيضاء الصلبة والجافة وتذوب في 1 مل من تيتراهيدروفوران (THF). يُعجّب مرتين أكثر ويجفف جيداً.
5. البلمرة RAFT من ميثاكريلات الميثيل ون، ن-ثنائي ميثيل اكريلاميد
- لإزالة المثبتات من الديوكسين وMMA، إعداد عدة المقابس الألومينا الأساسية في الماصات باستور وتصفية السوائل في قارورة منفصلة.
- وزن 0.5 غرام من PCL توليفها سابقا، 0.424 غرام من ميثاكريلات الميثيل وقياس 2 مل من الديوكسين في قارورة والسماح للذوبان.
- إعداد محلول مخزون من azobisisobutyronitrile نقية (AIBN، 10 ملغ في 1.0 مل) وماصة في 139 ميكرولتر في خليط التفاعل. نقل إلى أمبولة مجهزة شريط ضجة وختم.
- تجميد مضخة ذوبان الحل ثلاث مرات. ردم مع النيتروجين ووضع أمبولة في حمام النفط السخنة في 65 درجة مئوية لمدة 4 ساعة.
ملاحظة: لا تسخين الحاوية مع أي شيء أكثر من 30 درجة مئوية قبل اكتمال دورات التجميد مضخة ذوبان الجليد، لأن هذا يمكن أن يسبب البادئ إلى تحلل. - لمراقبة التحويل، قم بإزالة الأمبولة من حمام الزيت. تبديل الغطاء لختم تحت تدفق النيتروجين، وإزالة اثنين من قطرات وتخلط مع الكلوروفورم deuterated. تشغيل طيف البروتون على جهاز NMR.
- ضع الأمبولة في النيتروجين السائل حتى يتم تجميدها وفتح أمبولة في الهواء لإرواء البلمرة.
- يُعجّل المزيج بالقطرة إلى فائض كبير من الأثير ثنائي الإيثيل البارد. عزل بواسطة بوخنر الترشيح والجافة.
- تأخذ البوليمر حتى في THF ويعجل مرتين أكثر. قم بتجفيف البوليمر بدقة وتحلل بواسطة 1H H NMR المطياف وجل الزبالة اللونية (GPC).
- اتبع هذا الإجراء مرة أخرى، ولكن مع 0.5 غرام من PCL-PMMA، 1.406 غرام من DMA، 2.0 مل من الديوكسين و 111 ميكرولتر من 10 mg.mL-1 AIBN في الديوكسين. الحرارة البلمرة في 70 درجة مئوية لمدة 1 ساعة ويعجل خليط التفاعل في الأثير ثنائي إيثيل الباردة ثلاث مرات.
6. الذاتي النوى، وتوليد البذور والمعيشة التبلور يحركها التجميع الذاتي
- وضع 5.0 ملغ من ثلاثي الكتلة البوليمر في قارورة وإضافة 1.0 مل من الإيثانول. ختم القارورة مع غطاء وparafilm والحرارة في 70 درجة مئوية لمدة 3 ساعة.
- ترك القارورة لتبرد ببطء إلى درجة حرارة الغرفة. ترك الحل إلى العمر في درجة حرارة الغرفة لمدة أسبوعين. سوف يتحول الحل غائما، وسوف تشكل طبقة متميزة في الجزء السفلي عندما تجميعها بالكامل.
- تخفيف 5.0 mg.mL-1 تشتت إلى 1.0 mg.mL-1.
- وضع التشتت في أنبوب دليل sonication ووضع في حمام الجليد.
- أدخل طرف مسبار سونيكيشن في المنطقة الوسطى من التشتت.
- سونيكيت الحل لمدة خمس عشرة دورة من 2 دقيقة في أدنى كثافة، مما يسمح لتبرد لمدة 15 دقيقة قبل الدورة القادمة.
- خذ aaliquot من 1.0 mg.mL-1 تشتت البذور وتضعف إلى 0.18 mg.mL-1.
- إعداد حل من unimer في THF في 25 mg.mL-1. أضف 32.8 ميكرولتر في تشتت البذور ويهز بلطف للسماح بالانحلال الكامل.
- ترك التشتت إلى سن ثلاثة أيام مع غطاء مجار قليلا حتى THF يمكن أن تتبخر. هذا سوف تنتج اسطوانات من 500 نانومتر في الطول إذا كانت البذور البداية 90 نانومتر في الطول.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم تحليل PCL بواسطة 1H H NMR الطيفية وجل ثقب اللون (GPC). وقد أسفر طيف معدل الوفيات القصوى 1درجة من البلمرة (DP) من 50، مقارنة بالرنين عند 3.36 جزء في المليون و 4.08 جزء في المليون، والتي تتوافق مع مجموعة البروتونات الإيثيلية النهائية واستر في سلسلة البروتونات α على التوالي (الشكل1b). وقد وفّر ذلك التحقق من قيم الوزن الجزيئي التي حصل عليها المؤتمر الشعبي العام حيث لوحظت ذروة واحدة، تبلغ قيمة التشتت فيها 1.07، بقيمة Mn من 10,800 غراممول-1 (الشكل1ج). وقد أدى البلمرة باستخدام الكواشف التي لم تكن جافة بشكل صحيح خليط المنتج الذي شمل القلة أو انخفاض الوزن الجزيئي PCL، كما يتضح من تتبع الذي يتضمن ذيل الوزن الجزيئي المنخفض (الشكل1d). هذا السلوك هو بسبب بدء زائفة عن طريق المياه. بالمقارنة، بلمرة مجففة بشكل صحيح التي تركت للرد لمدة 12H (أي، 4 ح في التحويلات فوق 95%) أعطى ارتفاع الوزن الجزيئي في الكتف 15500 g.mol1، وذلك بسبب transesterification بين سلاسل البوليمر (الشكل 1e).
وتميزت البلمرة RAFT المتعاقبة بنفس التقنيات. وأشار الطيف 1H NMR من PCL-PMMA DP من 10 (من كتلة PMMA) بالمقارنة بين البي سي بي في سلسلة إستر α-بروتونات (4.08 جزء في المليون) والميثيل α-بروتونات من PMMA (3.62 جزء في المليون، الشكل 2b). عرض تتبع المؤتمر الشعبي العام ذروة أحادية الوحد (الشكل2ج)، ومع ذلك ، عندما اتخذت عمدا إلى تحويلات عالية جدا (> 70 ٪ ولوحظ توسيع الوزن الجزيئي والكتف الوزن الجزيئي عالية، على الأرجح بسبب ردود الفعل الجانبية عدم التناسب (الشكل 2d). وكان DP من كتلة النهائي من PDMA 200 على مقارنة PCL في سلسلة البروتونات الأثير (4.08 جزء في المليون) وسلسلة الجانب DMA البروتونات الميثيل (2.93 جزء في المليون، الشكل 3b). مرة أخرى، كان تتبع المؤتمر الشعبي العام ضيقة وأحادية الوُحْد (الشكل3ج). عند تكرار تمديد سلسلة باستخدام PCL-PMMA نجس، يظهر الكتف الوزن الجزيئي المنخفض (الشكل3D). وهذا مظهر من مظاهر تركيز أكبر من البادئ في البلمرة، مما يؤدي إلى إنتاج نسبة أكبر من السلاسل المشتقة من البادئ.
وقد ولدت عملية النوى الذاتي (الخطوة الأولى في CDSA الحية) هياكل لوحظت بواسطة المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM). الصور التي تم جمعها بعد ثلاثة أيام من الشيخوخة عرض ارتفاع نسبة الارتفاع الجسيمات أسطوانية يرافقه عدد فرعي من المجالات (الشكل4a). وهذه الأخيرة هي سلاسل unimer التي لم تنمو بعد على الاسطوانات. وعند الشيخوخة لمدة عشرة أيام أخرى، لوحظت مرحلة نقية من الاسطوانات (الشكل4ب). تسبب صوتنة من الاسطوانات الطويلة لهم في جزء، مما أسفر عن جزيئات أسطوانية صغيرة (البذور) مع، عند فحص ما لا يقل عن 300 جزيئات من قبل TEM، ويبلغ متوسط طول كفاف 90 نانومتر مع تشتت 1.15 (الشكل4C). وقد استخدمت هذه البذور لتوليد مجموعات من الاسطوانات مع طول كفاف أطول على نحو متزايد عن طريق إضافة بسيطة من سلاسل البوليمر (unimer) في مذيب مشترك (الشكل5b-g). ومن المثير للاهتمام، عندما يتم رسم LN من الجسيمات ضد نسبة كتلة من unimer إلى البذور، ويلاحظ اتجاه خطي (الشكل5i). مزيد من التحليل لهذه الجزيئات من قبل TEM يشير إلى التوحيد لا يصدق على جميع العينات (الشكل 5h).
يمكن أن تنشأ قضايا متعددة أثناء CDSA المعيشة. تكرار عملية النوى الذاتية مع copolymer ثلاثي الحجب الذي يحتوي على ذيل وزن جزيئي منخفض النتائج في مراقبة السكان من الهياكل مثل لوحة (الشكل6a). إذا كان مجموع أوقات sonication تتجاوز 30 دقيقة أو دورة مرات تتجاوز 2 دقيقة، والتوحيد من اسطوانات يعاني كثيرا (الشكل6b). ويرجع ذلك إلى نسبة صغيرة من البوليمر تذوب من الجسيمات (إما بسبب تشكيل جزيئات صغيرة للغاية، غير مستقرة، أو من خلال تسخين تشتت الجسيمات) والتبلور على الاسطوانات المتبقية. وأخيرا، فإن حجم المذيب المشترك المضافة خلال خطوة تمديد اسطوانة يمكن أن يسبب هياكل تشبه لوحة أن يلاحظها TEM (الشكل 6ج).
الشكل 1: نتائج نموذجية من البلمرة حلقة فتح ε-caprolactone. (أ) مخطط رد فعل تركيب PCL50، (ب) الطيف 1 H NMR عرض الرنين التي تستخدم لحساب DP و (ج)توزيع الوزن الجزيئي النموذجي ، (د) وزن جزيئي توزيع ROP يحتوي على المياه الضئيلة و (ه )توزيع الوزن الجزيئي لROP الذي كان رد فعل لفترة طويلة جدا. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: نتائج نموذجية من البلمرة RAFT من ميثاكريلات الميثيل. (أ) مخطط رد فعل تركيب PCL 50-PMMA10،( ب) الطيف 1 H NMR عرض الرنين التي تستخدم لحساب DP و (ج)توزيع الوزن الجزيئي النموذجي لRAFT جيدة البلمرة من MMA ، (د) توزيع الوزن الجزيئي النموذجي للبلمرة RAFT من MMA التي اتخذت لتحويل عالية جدا. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: نتائج نموذجية من البلمرة RAFT N،N-dimethylacrylamide. (أ) مخطط رد فعل التوليف PCL 50-PMMA10-PDMA200 ،( ب) 1 H الطيف NMR عرض الرنين التي تستخدم لحساب DP و (ج)الوزن الجزيئي النموذجي توزيع البلمرة RAFT جيدة من DMA ،( د) توزيع الوزن الجزيئي نموذجي من البلمرة RAFT DMA التي تم تنقيتها بشكل غير صحيح في الخطوة السابقة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: إعداد جسيمات نانوية ثلاثية الكتلة من بذور البوليمر. صور TEM من 5 mg.mL-1 تشتت PCL50-PMMA10-PDMA200 بعد الذين تتراوح أعمارهم بين ل ( أ) ثلاثة أيام ،( ب)أسبوعين و (ج)بعد 15 × 2 دقيقة من دورات sonication. أشرطة مقياس هي 500 نانومتر، 100 نانومتر و 1000 نانومتر، على التوالي. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: يعيش تبلور يحركها التجميع الذاتي من البذور. (أ) مخطط يصور سونيكيشن وCDSA الحية من البوليمر الثلاثي، (b-g)صور TEM من CDSA الحية تصل إلى 500 نانومتر، (ح) خصائص الجسيمات و (ط) العلاقة بين متوسط طول micelles والبذور / unimer نسبة الكتلة. الشكل المستنسخة من أرنو، م. س.، إنام، م.، وآخرون. الدقة الكبيتاكسي ل1D مائي و2D بولي (ε-caprolactone) الجمعيات. مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية 139، (46)16980–16985 (2017). الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: استكشاف أخطاء CDSA من Copolymer Triblock. صور TEM للهياكل (أ) التي شكلتها CDSA من كوبوليمر ثلاثي الحجب مع انخفاض الوزن الجزيئي الكتف ،( ب) التي شكلتها sonication غير صحيحة من اسطوانات طويلة و (ج) شكلت من خلال إضافة كمية كبيرة من المذيبات المشتركة إلى البذور التشتت. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
وقد تم تحديد التوليف والمعيشة CDSA من ثلاثي block copolymer PCL50-PMMA10-PDMA200. على الرغم من أن الشروط الصارمة مطلوبة، أعطى البلمرة افتتاح حلقة من ε-caprolactone البوليمرات مع خصائص ممتازة التي مكنت من ملحقات سلسلة ناجحة من MMA وDMA. وكانت هذه البوليمرات ناجحة في البذر الذاتي، والحصول على مرحلة نقية من الميكيل أسطواني، والتي كانت sonicated في جزيئات البذور من LN 98 نانومتر. من خلال إضافة بسيطة من unimer، أنتجت اسطوانات مع أطوال متوسط تصل إلى 495 نانومتر بطريقة تسيطر عليها. يتم استخدام ثلاثي البلوك اتبوليمر على ثنائي الكتلة البوليمر في هذه الحالة. وهذا يتغلب على قضايا التجزؤ عندما يتم نقل الاسطوانات إلى الماء. وقد أفيد سابقا أن دمج كتلة قصيرة استقرار مع درجة حرارة انتقال الزجاج عالية يمكن أن تمنع الاسطوانات من الكسر.
ومع ذلك، يمكن أن يؤدي الانحراف عن البروتوكولات إلى استخدام البوليمرات غير الصالحة لتطبيقات CDSA. على سبيل المثال، من المهم جداً أن يتم إضافة مونومر إلى الحل البادئ/المحفز، وليس العكس في ROP. وهذا يضمن أن جميع الأحداث بدء تحدث في نفس الإطار الزمني ويتم الحصول على البوليمر من تشتت منخفضة. تم تحديد أهمية إجراءات التجفيف الفعالة للكاشف بالنسبة لنجاح البلمرة الدائرية في جميع أجزاء هذه المخطوطة.
وهناك أيضا المزالق المشتركة التي تواجهها في البلمرة RAFT. الحكم على التحويل حسب الوقت وحده سيؤدي إلى درجة غير صحيحة من البلمرة. العديد من العوامل يمكن أن يسبب الحركية تختلف يوما بعد يوم (فراغ مضخة، وحجم مساحة الرأس ونقاء البادئ على سبيل المثال). وبالتالي، فمن المستحسن أنه عند الاستهداف لتحويلات محددة، يتم رصد البلمرة بواسطة 1H H NMR الطيفية في جميع أنحاء. يجب أن يتم هطول الأمطار مع حلول تحتوي على 20٪ من وزن البليمر أو أقل، وإلا تنقية ليست فعالة. وعلى الرغم من أن التغييرات الطفيفة في بروتوكول التجميع الذاتي بسيطة، فإن ذلك يمكن أن يؤدي إلى فقدان تماثل كبير في العينات. على سبيل المثال، إذا كان حجم حل unimer مرتفعًا جدًا، يمكن THF أن يقوم بإضفاء اللثُلة البلورية ويحفز تغيير ًا ًًا على شكل مرحلة إلى لوحة مثل الهندسة. ويمكن ملاحظة قطع أثرية مماثلة إذا كانت تركيزات الحل unimer (> 100 mg.mL-1)أو تشتت البذور (> 5 mg.mL-1)مرتفعة جدا.
وقد سلطت هذه المخطوطة الضوء على البروتوكولات والفروق الدقيقة لمجموعة متنوعة من تقنيات البلمرة في سياق CDSA، على أمل أن يتمكن الآخرون من إعادة إنتاج النتائج ومواصلة البحث في هذا المجال المثير. إن ترجمة هذه الأساليب إلى أفكار أخرى أكثر توجهاً إلى التطبيق لها أهمية قصوى لكل من المؤلفين والأوساط العلمية بشكل عام.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
Acknowledgments
لا توجد إقرارات.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2,2'-azobisisobutyrnitrile | Sigma Aldrich | ||
| 250 mL ampoule | |||
| 250 mL two neck RBF | |||
| Ampoule (25 mL) | |||
| B19 tap | |||
| B24 stopper | |||
| Basic Alumina | Fluka | ||
| Buchner Flask | |||
| Buchner Funnel | |||
| Caclium Hydride | |||
| Cannulae | |||
| caprolactone | Arcos Organics | ||
| Chain Transfer Agent | Made in House | ||
| Conical Flask (multiple sizes) | |||
| Dessicator | |||
| Diethyl Ether | Merck | ||
| Dioxane | Fisher | ||
| diphenylphosphate | Sigma Aldrich | ||
| Distillation Condenser | |||
| Ethanol | Fisher | ||
| Filter Paper (multiple sizes) | |||
| Gel Permeation Chrmoatography Instrument | Agilent Technologies Infinity 1260 II | Running DMF at 50 °C | |
| Glovebox | Mbraun, Unilab | ||
| Hotplate | IKA, RCT basic | ||
| Mercury Thermometer | |||
| Methyl Methacrylate | Sigma Aldrich | ||
| Molecular seives | Fisher | MS/1030/53 | |
| N,N-dimethyl acrylamide | Sigma Aldrich | ||
| NMR spectrometer | Bruker 400 MHz | ||
| Phosphorus pentoxide | Sigma Aldrich | ||
| RBF (multiple sizes) | |||
| Schlenk Cap (B24) | |||
| Schlenk Flask (250 mL) | |||
| Schlenk Line | |||
| Sonication Probe | Bandelin Sonoplus | ||
| Suba Seal (multiple sizes) | |||
| TEM grids | EmResolutions, Formvar/carbon film 300 mesh copper | ||
| THF | Merck | ||
| three neck adaptor | |||
| Toluene | Fisher | ||
| Transmission Electron Microscope | Jeol 2100 |
References
- Geng, Y., et al. Shape effects of filaments versus spherical particles in flow and drug delivery. Nature Nanotechnology. 2, 249 (2007).
- Won, Y. -Y., Davis, H. T., Bates, F. S. Giant Wormlike Rubber Micelles. Science. 283 (5404), 960-963 (1999).
- Mai, Y., Eisenberg, A. Self-assembly of block copolymers. Chemical Society Reviews. 41 (18), 5969-5985 (2012).
- Charleux, B., Delaittre, G., Rieger, J., D’Agosto, F. Polymerization-Induced Self-Assembly: From Soluble Macromolecules to Block Copolymer Nano-Objects in One Step. Macromolecules. 45 (17), 6753-6765 (2012).
- Gilroy, J. B., et al. Monodisperse cylindrical micelles by crystallization-driven living self-assembly. Nature Chemistry. 2, 566 (2010).
- Boott, C. E., et al. Probing the Growth Kinetics for the Formation of Uniform 1D Block Copolymer Nanoparticles by Living Crystallization-Driven Self-Assembly. ACS Nano. 12 (9), 8920-8933 (2018).
- Gädt, T., Ieong, N. S., Cambridge, G., Winnik, M. A., Manners, I. Complex and hierarchical micelle architectures from diblock copolymers using living, crystallization-driven polymerizations. Nature Materials. 8, 144 (2009).
- Wang, X., Guerin, G., Wang, H., Wang, Y., Manners, I., Winnik, M. A. Cylindrical Block Copolymer Micelles and Co-Micelles of Controlled Length and Architecture. Science. 317 (5838), (2007).
- Schöbel, J., Karg, M., Rosenbach, D., Krauss, G., Greiner, A., Schmalz, H. Patchy Wormlike Micelles with Tailored Functionality by Crystallization-Driven Self-Assembly: A Versatile Platform for Mesostructured Hybrid Materials. Macromolecules. 49 (7), 2761-2771 (2016).
- Arno, M. C., et al. Precision Epitaxy for Aqueous 1D and 2D Poly(ε-caprolactone) Assemblies. Journal of the American Chemical Society. 139 (46), 16980-16985 (2017).
- Sun, L., et al. Tuning the Size of Cylindrical Micelles from Poly(l-lactide)-b-poly(acrylic acid) Diblock Copolymers Based on Crystallization-Driven Self-Assembly. Macromolecules. 46 (22), 9074-9082 (2013).
- Fan, B., et al. Crystallization-driven one-dimensional self-assembly of polyethylene-b-poly(tert-butylacrylate) diblock copolymers in DMF: effects of crystallization temperature and the corona-forming block. Soft Matter. 12 (1), 67-76 (2016).
- He, W. -N., Zhou, B., Xu, J. -T., Du, B. -Y., Fan, Z. -Q. Two Growth Modes of Semicrystalline Cylindrical Poly(ε-caprolactone)-b-poly(ethylene oxide) Micelles. Macromolecules. 45 (24), 9768-9778 (2012).
- Patra, S. K., et al. Cylindrical Micelles of Controlled Length with a π-Conjugated Polythiophene Core via Crystallization-Driven Self-Assembly. Journal of the American Chemical Society. 133 (23), 8842-8845 (2011).
- Kynaston, E. L., Nazemi, A., MacFarlane, L. R., Whittell, G. R., Faul, C. F. J., Manners, I. Uniform Polyselenophene Block Copolymer Fiberlike Micelles and Block Co-micelles via Living Crystallization-Driven Self-Assembly. Macromolecules. 51 (3), 1002-1010 (2018).
- Rizis, G., Mvan de Ven, T. G., Eisenberg, A. Crystallinity-driven morphological ripening processes for poly(ethylene oxide)-block-polycaprolactone micelles in water. Soft Matter. 10 (16), 2825-2835 (2014).
- Jin, X. -H., et al. Long-range exciton transport in conjugated polymer nanofibers prepared by seeded growth. Science. 360 (6391), (2018).
- Rizis, G., van de Ven, T. G. M., Eisenberg, A. “Raft” Formation by Two-Dimensional Self-Assembly of Block Copolymer Rod Micelles in Aqueous Solution. Angewandte Chemie International Edition. 53 (34), 9000-9003 (2014).
- Qiu, H., et al. Uniform patchy and hollow rectangular platelet micelles from crystallizable polymer blends. Science. 352 (6286), 701 (2016).
- Zhou, H., Lu, Y., Yu, Q., Manners, I., Winnik, M. A. Monitoring Collapse of Uniform Cylindrical Brushes with a Thermoresponsive Corona in Water. ACS Macro Letters. 7 (2), 166-171 (2018).
