Su Supramoleküler Polimerlerin Boyut, Şekil ve Stabilite Kontrolü

Aşağıdaki deneyin genel amacı, sudaki süper moleküler dinamik nanopartiküllerin boyutunu, şeklini ve stabilitesini kontrol etmektir. Bu, moleküler yapısı hem çekici hem de itici etkileşimler için kaplanmış kendi kendine birleşen veya polimerize olan dichotic amplifiyelerin tasarımı ile elde edilir. Bu, kontrollü bir küresel şekle sahip suda kendi kendine monte edilmiş nanoparçacıklar veren hüsrana uğramış bir büyüme mekanizması ile sonuçlanır.

İkinci adım olarak, sulu çözeltinin tuz konsantrasyonu arttırılır, bu da disko amfisinin moleküler yapısında kodlanan itici etkileşimleri zayıflatır. Bu, bir küreden çubuğa geçişi, sıcaklığa bağlı dairesel dikrowizmi veya CD spektroskopik araştırmalarını indükler veya bu küreden çubuğa geçişin altında yatan mekanizmaları ortaya çıkarmak için gerçekleştirilir. Ek olarak, kriyojenik transmisyon elektron mikroskobu ve bir nükleer manyetik rezonans gibi analitik tekniklerin bir kombinasyonu, bir agrega türünden diğerine geçişi ölçmek ve görselleştirmek için kullanılır.

Bu, sınırlı boyuttaki nanopartiküllerdeki bir anti işbirlikçi süreçten, bu durumda çok büyük supramoleküler polimerlere, dinamik nano çubuklara yol açan tamamen işbirlikçi bir çekirdeklenme uzama mekanizmasına geçişten kaynaklanır. CD spektroskopisi, küçük anüler, x-ışını saçılımı ve MR gibi spektroskopik tekniklerin kriyo gibi mikroskobik tekniklerle birleştirilmesinin temel avantajı, sudaki süper moleküler polimerlerin geçişlerini ölçmeye ve görselleştirmeye izin vermesidir. Bu dinamik polimerler, sıcaklıktaki değişiklikler, OnX gücündeki değişiklikler veya pH'daki değişiklikler gibi dış uyaranlara yanıt verebilir.

Bu yöntemlerin kombinasyonu yaygın olarak uygulanabilir ve moleküler kimya ve kendi kendine monte edilen nanomalzemeler alanlarındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Örneğin, küçük moleküler yapı taşlarının kendi kendine bir araya gelmesiyle oluşan agregaların boyutları ile altta yatan oluşum mekanizmaları arasındaki korelasyon araştırılabilir. Bu metodolojinin etkileri, çok çeşitli biyo nano teknolojik uygulamalara kadar uzanır.

Özellikle, biyomedikal görüntüleme ve kendi kendine monte edilen kontrast ajanların geliştirilmesi ve agrega stabilitesi, yüksek kontrast ve kendi kendine monte edilen kontrast ajanları atma yeteneği arasındaki hassas dengenin klinik kullanımdaki başarıları için büyük önem taşıdığı kendi kendine monte edilen nano partikül kontrast ajanların geliştirilmesi alanıyla ilgilendik. Karakterizasyon tekniklerini birleştirme fikrine ilk olarak, kendiliğinden birleşen yapı taşlarının moleküler yapısındaki ince değişikliklerin süper moleküler polimerizasyon mekanizmasında temel farklılıklara yol açabileceğini fark ettiğimizde sahip olduk. Prosedürü gösteren, Trovan Teknik Üniversitesi'nde kriyo 10 tesislerinden sorumlu ve uzman olan Paul Beaumont olacak.

Bu protokole, yazılı protokolde açıklandığı gibi 100 milimolar sitrat tamponunda bir BTA gadolinyum DTPA çözeltisi hazırlayarak başlayın. Bu videoya eşlik eden bir santimetrelik UV Q veterinerini solüsyonla doldurun. Veterineri dairesel D krowizm spektrometresi üzerindeki qve tutucusuna yerleştirin.

230 ila 350 nanometre arasında bir CD spektrumu ölçün. Ardından, dakikada bir kelvin hızında 363 ila 283 kelvin arasındaki en yüksek yoğunluklu CD bandında bir CD soğutma eğrisini ölçün. Daha sonra, BTA gadolinyum DTPA'nın sitrat tamponlu çözeltisine aynı hacimde iki molar sodyum klorür tamponlu çözelti ekleyin.

Bu, iyonik kuvveti bir molar sodyum klorüre yükseltecek ve diskoları konsantrasyonun yarısına kadar seyreltecektir. İyonik kuvvetteki artışı takiben 40 saniye boyunca artan iyonik kuvvete sahip çözeltiyi girdaplayın, 230 ila 350 nanometre arasında bir CD spektrumunu yeniden ölçün. Ardından, dakikada bir kelvin hızında 363 ila 283 kelvin arasındaki en yüksek yoğunluklu CD bandında bir CD soğutma eğrisini ölçün.

Ham CD verilerini kaynak 8.5'e aktarın. Ölçülen en yüksek sıcaklıktaki CD etkisini sıfıra eşit olarak ve ölçülen en düşük sıcaklıktaki CD etkisini bire eşit olarak tanımlayarak spektrumları normalleştirin CD etkisinin büyüklüğü toplama derecesi ile orantılı olduğundan, normalleştirilmiş CD eğrileri toplama derecesi ile orantılıdır. Normalleştirilmiş veriler, sıcaklığa bağlı kendi kendine montaj modeliyle origin Pro 8.5'te doğrusal olmayan bir eğri sığdırma seçeneği kullanılarak takılır.

Bu modelde, bir çekirdeklenme ve bir uzama rejimi ayırt edilir. İlk olarak, uzama rejimindeki toplanma derecesini uygun hale getirin. Bu denklemde T, değişken sıcaklığı temsil eder.

PHI N, toplanma derecesi ile orantılı olan net sarmallıktır ve HE, uzamanın moleküler entalpisidir. T TE, kendi kendine montajın termodinamik olarak elverişli hale gelmeye başladığı sıcaklık olan uzama sıcaklığını temsil eder. Normalleştirme faktörü fiat, fiat üzerindeki Phi N'nin birliği aşmamasını sağlamak için tanıtıldı, bu da toplama derecesinin aşamayacağı kısıtlamasından kaynaklanır.

Unity uydurma, mol başına mücevher cinsinden uzama entalpisinin ve belirli bir konsantrasyon için moleküllerin kendi kendine birleşmesini karakterize eden Kelvin cinsinden uzama sıcaklığının çıkarılmasına izin verir. Uydurma sırasında, denklem yalnızca ilk denklemin takılmasından sonraki uzama rejiminde geçerli olduğundan, yalnızca TE'nin altındaki sıcaklıklarda toplanma derecesinin takılması gerektiği kısıtlamasına uyun, çekirdeklenme rejimi denklemindeki tek bilinmeyen parametre, supramoleküler polimerizasyonun kooperatifini tanımlayan aktivasyon sabiti ka'dır. Aktivasyon sabiti uyumunu bulmak için, çekirdeklenme rejiminde TE'nin üzerindeki sıcaklıklar için deneysel olarak bulunan toplanma derecesi.

Metinde anlatıldığı gibi elektron mikroskobu için çözeltiler hazırlayarak başlayın. Kısaca iki tampon, bir 100 milimolar sitrat tamponu ve beş molar sodyum klorür çözünmüş 100 milimolar sitrat tamponu, bir milimolar deko konsantrasyonu elde etmek için hazırlanan tamponların her birinin 0.1 mililitresinde BTA gadolinyum DTPA hazırlayın. Daha sonraki plazma, 40 saniye boyunca beş miliamperde çalışan bir C Resington 2 0 8 karbon taşıyıcı kullanarak bir quanti folyo karbon kaplı ızgarayı işleyin.

Vitrifikasyon prosedürü, kriyo için çok önemli bir adımdır, çünkü 'de üretilen ince bir parlak ISIS tabakasının TAM analizi için uygun olmasını sağlar. Sulu çözelti, otomatik bir FEI vitro botunda vitrifikasyon sırasında ızgara üzerine uygulanır. Bu, numunenin ızgara üzerine uygulanmasını, ızgara üzerinde sulu çözeltinin ince bir filmini oluşturmak için fazla sıvının lekelenmesini ve ardından ızgarayı çok hızlı bir şekilde sıvı Ethan'a daldırarak vitrifikasyonu içerir.

Vitrifikasyondan sonra, işlenmiş ızgarayı korumak için sıvı nitrojene aktarın, ardından numune ızgarasını manuel olarak yine sıvı nitrojen ile soğutulan bir otomatik yükleyici kasetine aktarın. Bir sonraki adım, kaseti TUE cryo Titan, TEM otomatik Yükleyiciye yerleştirmektir. TUE Cryo Titan, 300 kilovoltta çalışan bir alan emisyon tabancası ile donatılmıştır.

TAM görüntülerinin kaydedilmesi deneyim ve hızlı kullanım gerektirir. Bunun nedeni, yüksek enerjili elektron demetinin görüntüleme sırasında numuneye zarar vermesidir Bir sütun sonrası gatin enerji filtresi ile donatılmış bir CCD kamera kullanarak görüntüleri kaydedin. Gadolinyum oldukça paramanyetik olduğundan ve proton sinyalleri bu nedenle önemli ölçüde genişletileceğinden, gadolinyumun diyamanyetik itriyum ve bir BT atriyum çözeltisi ile ikame edildiği farklı bir disko kullanıldı.

DTPA hazırlanır. Bir milimolar hedef konsantrasyona ulaşmak için mol başına 2.979 gram moleküler ağırlıkta kaç miligram BT atriyum DTPA'nın gerekli olduğunu hesaplayın. Elde edilen çözeltinin 0,6 mililitresini bir LABAs NMR tüpü olan bir wilm'e pipetledikten sonra, belirlenen miktarda BT atriyum DTPA'yı 50 milimolar değersiz süksinat tamponunda D iki O'da çözmeye devam edin.

Numuneyi, Varian'dan beş milimetrelik bir I-D-P-F-G probu ile donatılmış Nova 500 spektrometresindeki bir varyant birliğine yerleştirin. Standart bir proton NMR kaydettikten, 90 derecelik darbeyi uyarladıktan ve karıştırma sürelerini buna göre optimize ettikten sonra DOI deneylerini metinde tartışıldığı gibi gerçekleştirin. DOI tek atışlık nabız dizisi, yumurtalık referans probunda HDO'nun kendi kendine difüzyonunu belirledikten sonra kullanılır ve numunede, hidrodinamik yarıçapın hesaplanabileceği agregaların difüzyon katsayısı belirlenir.

Son olarak, küresel bir parçacığın difüzyonu için Stokes Einstein bağıntısını kullanarak agregaların hidrodinamik yarıçaplarını RH hesaplayın. Periferik gadolinyum DTPA komplekslerinin iyonik karakteri, çekirdeği agrega benzeri uzun çubuklar halinde polimerize olmak üzere tasarlanmış disko monomerlerinin tek boyutlu büyümesinde hayal kırıklığına neden olur. Çekici ve itici etkileşimler arasındaki denge, agregaların boyutunu ve şeklini kontrol eder.

Parçacıkların ve çözeltinin boyutunu ve şeklini belirlemek için güçlü bir teknik senkrotron kaynağıdır. Küçük açılı x-ışını saçılımı veya berbat. BTA gadolinyum DTPA sitrat tampon çözeltisi içinde çözüldü ve emme profilleri iki farklı konsantrasyonda kaydedildi.

Düşük Q bölgesinde sıfıra yaklaşan bir eğim, agregada şekil ve izotropi eksikliğini gösterir ve bu da küresel nesnelerin varlığını düşündürür. Farklı konsantrasyonlarda ölçülen veriler, hesaplanan yarıçapın 3.2 nanometre olmasına yol açan homojen bir mono dispers küresel form faktörü kullanılarak yerleştirildi. Monomerik disko, BTA gadolinyum DTPA'nın hesaplanan geometrik yarıçapı 3.0 nanometredir ve bu, kendi kendine monte edilen nesnelerin küresel şekli ve nanometre boyutu için daha fazla kanıt sağlamak için bire yakın bir en boy oranıyla toplanır.

Proton difüzyon sıralı NMR spektroskopisi yapıldı. DOI NMR, hidrodinamik yarıçaplarının hesaplanabildiği süper moleküler agregaların difüzyon katsayılarının belirlenmesine izin verir. Döteryumlu bir süksinat tamponu içinde toplanan diyamanyetik dikotik amplifiye difüzyon katsayısı, stokes Einstein ilişkisi ile saniyede 10 metre kare kuvvet eksi 10 çarpı 0.69 olarak belirlendi.

Küresel boyuttaki gizli nesneler için 2.9 nanometrelik bir hidrodinamik yarıçap hesaplandı. Bu boyut, BTA gadolinyum DTPA için SOX verilerinden elde edilen değerle mükemmel bir uyumdur. Bir boyutlu yığın uzunluğu üzerinde başarılı kontrol için daha fazla kanıt, kriyo TEM mikrograflarından elde edildi.

BTA gadolinyum DTPA, bir milimolar konsantrasyonda altı nanometreye yakın çaplara sahip beklenen küresel nesneleri üretir, bu da so ve DOI ölçümlerinden elde edilen sonuçları doğrular. Supramoleküler polimerler gibi yüksek en-boy oranlı çubuğun oluşumu, yüksek iyonik kuvvete sahip kriyo te mikrograflarında açıkça gözlenir. Elektrostatik tarama, bu bulgu için en olası açıklamadır.

Şekil, çapı yaklaşık altı nanometre olan küresel bir agregadan, altı nanometre çapında ve birkaç yüz nanometre uzunluğa sahip uzun çubuklara değişir. Artan tuz konsantrasyonuna sahip BTA Gadolinium DTPA'nın oda sıcaklığı CD spektrumları burada gösterilmektedir. BTA gadolinyum DTPA konsantrasyonu, düşük iyonik kuvvette sekiz kez 10 üzeri güç eksi üç milimolar ve yüksek iyonik kuvvette dört kez 10 üzeri güç eksi üç milimolardır.

CD ölçümleri için önemli ölçüde daha düşük bir konsantrasyon uygulanmasına rağmen, berrak pamuk etkisi, mikromolar konsantrasyonlarda bile bozulmamış agregaların varlığını gösterir. CD spektrumunun şekli, tuz konsantrasyonu arttıkça değişir, bu da yığınların çevresindeki itici etkileşimlerin azalması ve decoların daha iyi paketlenmesi için iyi bir göstergedir. Ek olarak, aynı çözeltilerin CD soğutma eğrileri şekil olarak belirgin farklılıklar gösterir.

Topaklanmanın başladığı sıcaklık, daha yüksek tuz konsantrasyonunda daha yüksek sıcaklıklara kayar. CD etkisinde daha ani bir artış ile karakterize edildiği gibi, giderek daha işbirlikçi bir mekanizma da belirginleşirken, sıfır molar sodyum klorürdeki soğutma eğrisi en iyi şekilde, bir anti-işbirlikçi sürecin göstergesi olan bir ISO smic kendi kendine montaj modeli ile tanımlanır. 1.0 molar sodyum klorürdeki soğutma eğrisi, işbirlikçi bir kendi kendine montaj işlemi için tipiktir ve BTA gadolinyum DTPA'nın sıfır ve bir molar sodyum klorürde kendi kendine montajının termodinamik parametrelerini ölçen bir çekirdeklenme uzama modeli ile tanımlanabilir.

İşbirlikçi bir model kullanmak, boyutsuz aktivasyon olan ka'daki azalmayı açıkça ortaya koymaktadır. Sabit. KA için daha düşük değerler, oldukça uzamış supramoleküler polimerlerin oluşumunda ifade edilen, kendi kendine montaj işleminde daha yüksek bir kooperatif derecesini gösterir. Cryo TEM'de gözlemlendiği gibi, gösterilen deneysel teknikleri denerken, yalnızca deneysel yöntemlerin bir kombinasyonunun, incelenen dinamik nanomalzemelerin anlamlı bir genel tanımına yol açacağını hatırlamak önemlidir.

Bu videoyu izledikten sonra, birleşik deneysel yaklaşımımızın ne kadar yaygın olarak uygulanabilir olduğunu ve kendi kendine monte edilen nanomalzemeler ve süper şiirler alanındaki temel soruları yanıtlamaya nasıl yardımcı olabileceğini iyi anlamalısınız.