Supramoleküler Kolloidlerin Sentezi ve Karakterizasyonu

Bu protokolün genel amacı, etkileşimleri güçlü, yönlü ve geri dönüşümlü olan kolloidler üzerine supramoleküler kısımları sabitleyerek kolloidal kendi kendine montajın nasıl yönlendirileceğini açıklamaktır. Bu yöntem, ilginç özelliklere sahip karmaşık ve mezoyapılı malzemeler oluşturmak için kolloidal kendi kendine montajın nasıl doğru bir şekilde kontrol edileceği gibi malzeme bilimi alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin ana avantajı, kolloidal ilişkinin, yüzey immobilizasyonu üzerine ışığa ve sıcaklığa duyarlı kalan supramoleküler kısımlar tarafından yönlendirilmesidir.

Bu nedenle, kolloidler, moleküllerin hidrojen bağlarının UV ışığı ile fotoaktivasyonu üzerine kendi kendine birleşir. Floresan silika tohumlarını sentezlemek için, önce 2,5 mililitre boya ile işlevselleştirilmiş aptes'i 25 milileter %25 amonyak ve 250 mililitre etanol ile bir litrelik yuvarlak tabanlı bir şişede karıştırın. Monodispers silika tohumları elde etmek için, reaksiyon karışımının menisküsünün altına tetraetil ortosilikat eklemek gerçekten önemlidir.

Bir cam pipet kullanarak, manyetik bir karıştırıcı ile karıştırırken 10 mililitre TEOS ekleyin. Benzer şekilde, beş saat sonra, 1.75 mililitre daha TEOS ekleyin ve karışımı gece boyunca bir argon atmosferi altında karıştırın. Ertesi gün, tohumları metin protokolünde anlatıldığı gibi yıkayın.

Çekirdek-kabuk silika parçacıklarını sentezlemek için önce etanol, deiyonize su, %25 amonyak ve tohum dispersiyonunu bir litrelik yuvarlak tabanlı bir şişeye ekleyin. Ardından, plastik bir şırıngayı beş mililitre TEOS ve 10 mililitre etanol ile doldurun. İkinci bir plastik şırıngayı 1.34 mililitre% 25 amonyak, 3.4 mililitre deiyonize su ve 10.25 mililitre etanol ile doldurun.

Her iki şırıngayı da plastik boru ile yuvarlak tabanlı şişeye bağlayın. Şişeyi bir argon akışı ile donatın. Argon girişi, TEOS damlacıklarından gelen amonyak gazları arasındaki teması önlemek ve ikincil çekirdeklenmeyi önlemek için ikinci şırınganın çıkışının yanında olmalıdır.

Karışımı karıştırırken peristaltik pompalar kullanarak her iki şırınganın içeriğini aynı anda saatte 1.7 mililitre ekleyin. Duvarlara çarpmayı ve dolayısıyla ikincil çekirdeklenmeyi önlemek için serbest düşen damlacıklar elde ettiğinizden emin olun. Metin protokolünde açıklandığı gibi parçacıkları yıkamadan önce yarıçapı yaklaşık 300 nanometre olan çekirdek-kabuk parçacıkları elde etmek için ilaveyi yedi saat sonra durdurun.

NVOC ile işlevselleştirilmiş kolloidlerin sentezi için, 10 mililitre çekirdek kabuk silika partikülünü bir mililitre etanol içinde 12 miligram NVOC korumalı bağlayıcı molekül ve 31 miligram stearil alkol ile birlikte 50 mililitrelik yuvarlak tabanlı bir şişede dağıtın. Tüm moleküllerin çözüldüğünden ve parçacıkların iyi dağıldığından emin olmak için karışımı 10 dakika boyunca sonikleştirin. Karışıma manyetik bir karıştırma çubuğu ekleyin ve etanolü oda sıcaklığında sabit bir argon akışı ile buharlaştırın.

Devam etmeden önce etanol kalmadığından emin olun, aksi takdirde partiküllerin silanol grupları ile reaksiyona girebilir. Daha sonra, silika kolloidlerini metin protokolünde açıklandığı gibi yıkamadan önce, şişeyi sürekli karıştırma ve sabit bir argon akışı altında altı saat boyunca 180 santigrat dereceye kadar ısıtın. BTA kolloidlerini sentezlemek için, işlevselleştirilmiş parçacıkların 10 miligramını üç mililitre kloroformda dağıtın.

NVOC grubunu homojen bir şekilde parçalamak için, numuneyi UV fırınına yerleştirin ve korumayı giderirken manyetik bir karıştırıcı ile hafifçe karıştırın. Amin işlevselleştirilmiş parçacıkları elde etmek için dispersiyonu bir saat boyunca ışınlayın. Daha sonra, dokuz miligram BTA, 8.7 mikrolitre DIPEA ve 5.2 miligram PyBOP'u bir mililitre kloroformda çözün.

Çözeltiyi amin işlevselleştirilmiş parçacık dispersiyonuna ekleyin ve gece boyunca oda sıcaklığında ve bir argon atmosferi altında karıştırın. Dispersiyonun santrifüjlenmesini takiben, süpernatanı çıkarın ve üç mililitre taze kloroform ekleyin. Tekrar santrifüjlemeden ve süpernatanı çıkarmadan önce yeni dispersiyonu üç dakika boyunca sonikleştirin.

Parçacıkları 70 santigrat derecede vakumda 48 saat kurutun. Küçük işlevselleştirilmiş parçacıkların 20 miligramını bir mililitre kloroformda dağıtın ve NVOC grubunu parçalamak için dispersiyonu bir UV fırında bir saat boyunca ışınlayın. Korumayı kaldırırken dispersiyonu manyetik bir karıştırma çubuğu ile hafifçe karıştırın.

Elde edilen amin işlevselleştirilmiş parçacıkları aşağı döndürün ve süpernatanı çıkarın. Ardından, parçacıkları iki saat boyunca 70 santigrat derecede kurutun. Daha sonra, 0.5 miligram SPDP'yi 200 mikrolitre DMF'de çözün.

SPDP çözeltisini 20 miligram kurutulmuş amin işlevselleştirilmiş parçacıklara ekleyin ve sistemi 30 dakika boyunca girdaplayın. Parçacıkları altı kez bir mililitre DMF ile yıkayın. Son yıkama adımında, mümkün olduğunca fazla süpernatanı çıkarmaya çalışın.

Ardından, 0.53 miligram DTT'yi 50 mikrolitre DMF'de çözün. DTT çözeltisini parçacıklara ekleyin ve dispersiyonu 30 dakika boyunca girdaplayın, bu süre içinde piridin 2 tiyon grubu parçalanır. Bir mikrohacim UV-Vis spektrofotometresi ile 233 nanometrelik bir dalga boyunda süpernatantta salınan serbest piridin 2 tiyonunun absorbansını belirleyin.

Kolloidal düzeneği konfokal mikroskopi ile izlemek için, önce sikloheksan içinde BTA işlevselleştirilmiş parçacıkların ağırlığının yüzde 0.1'inden oluşan bir dispersiyonun 400 mikrolitresini hazırlayın ve numuneyi 20 dakika boyunca sonikleştirin. Ardından, BTA'nın orto-nitrobenzil grubunu ayırmak için numune şişesini UV fırınında ışınlayın. Kümeleme işlemini izlemek için farklı ışınlama zamanlarında, örneğin sıfırdan 30 dakikaya kadar 25 mikrolitrelik alikot alın.

Farklı alikotları bir ara parça yardımıyla farklı cam kızaklara yerleştirin ve hazneleri bir kapak kızağı ile kapatın. Hazneyi kapattıktan sonra, parçacıkların tortulaşmasını ve cam üzerine emilmesini sağlamak için kapak kızağını ters çevirin, bu da görüntülemeyi kolaylaştırır. Her ışınlama süresi için numune hazırlandıktan sonra mümkün olan en kısa sürede konfokal mikroskop ile her numunenin birkaç görüntüsünü alın.

Supramoleküler kolloidler üretmek için, önce silika kolloidler, stearil alkol ve NVOC korumalı bağlayıcı ile işlevselleştirme yoluyla hidrofobikleştirilir. NVOC koruyucu grup daha sonra bölünür ve kolloidler supramoleküler kısım ile son olarak işlevselleştirilebilir. Statik ışık saçılımı ölçümleri, kolloidlerin kırılma indisinin hesaplanmasına izin verir.

Tarih uydurularak, çıplak kolloid için 1.391 ve stearil alkol kaplı kolloidler için 1.436 değerleri belirlendi. Bu, kolloidlerin işlevselleştirilmesinin kırılma indisleri üzerinde nasıl bir etkisi olduğunu açıkça göstermektedir. Parçacık başına aktif bölgelerin miktarını değerlendirmek için, bölünmüş piridin 2 tiyon gruplarının miktarı, parçacık başına amin sayısı ile doğrudan ilişkilidir.

Burada, 46.4 nanometre kare başına bir amin bulundu. konfokal görüntü analizi, UV ışınlama süresinin bir fonksiyonu olarak tekil sayısının ölçülmesine izin verir. Orto-nitrobenzil parçasını fotoklike etmek için UV ışınlamasından önce, kolloidlerin% 80'i singlet olarak bulunur.

Maksimum 354 nanometre dalga boyunda ışınlama, BTA'nın hidrojen bağları aktive edildiğinde kolloidal agregasyonu başlatır. Bu prosedürü denerken, kılcal kuvvetler nedeniyle kolloidler kümelenebileceğinden, sistemi susuz tutmak önemlidir. Bu nedenle, tüm sentez adımlarından su izleri çıkarılmalıdır.

Bu çalışma, kolloidal ve supramoleküler bilim arasındaki boşluğu doldurmanın, malzeme bilimi alanındaki araştırmacıların dış uyaranlara duyarlı karmaşık malzemeler yaratmasının yolunu açtığını göstermektedir. Bu videoyu izledikten sonra, supramoleküler motifleri kolloidal parçacıklar üzerine sabitleyerek hidrojen bağları kullanarak kolloidal kendi kendine montajın nasıl yönlendirileceğini iyi anlamış olmalısınız.