Kontrollü Sentezi ve yüksek Düzgün Poli Floresan Takibi ( K -isopropylacrylamide) Mikrojeller

Bu çalışmanın genel amacı, cam geçişi civarındaki çeşitli parçacık yoğunluklarındaki dispersiyonlarda yumuşak kolloidal parçacıkların dinamik davranışını ve etkileşimini araştırmaktır. Mikrojeller, boyutlarını, şekillerini ve hareketliliklerini ortamlarına göre uyarlayabilen yumuşak nesnelerdir. Sert kolloidal parçacıkların aksine, yumuşak mikrojellerin davranışı ile ilgili birçok açık soru vardır.

Geniş alan floresan mikroskobunun temel avantajı, tek mikrojelleri yüksek doğrulukla lokalize etme, C2'deki hareketlerini doğrudan takip etme ve difüzyon miktarlarını analiz etme olasılığıdır. Yoğun sistemlerdeki tek mikrojellerin dinamiklerini araştırmak için, sadece az sayıda mikrojel floresan olarak etiketlenmelidir. Karıştırılmamış çökeltme polimerizasyonu, etiketli ve etiketsiz mikrojellerin boyutuna uygun şekilde eşleşmesi için değişken reaksiyon koşullarıyla mikrojelin paralel sentezine izin verir.

Dinamik ışık saçılımı, mikrojellerin ortalama hidrodinamik yarıçaplarını birkaç nanometrelik bir hassasiyetle sağlar. 1.8 gram NIPAM ve 24 miligram BIS'i 245 mililitre filtrelenmiş çift damıtılmış suda, geri akış kondansatörü, bir karıştırıcı ve bir kauçuk septum ile donatılmış 500 mililitre, üç boyunlu yuvarlak tabanlı bir şişede çözün. Septumdan nitrojen girişi için bir termometre ve 120 milimetrelik bir iğne yerleştirin.

Karıştırırken çözeltiyi 60 santigrat dereceye ısıtın. Ardından, 40 dakika boyunca nitrojen ile temizleyerek çözeltinin oksijenini giderin. Aynı anda beş mililitre filtrelenmiş çift damıtılmış su içinde 155 miligram potasyum persülfat veya KPS'den oluşan bir başlatıcı çözelti hazırlayın ve oksijeni uzaklaştırmak için çözeltiyi nitrojenle köpürtün.

Daha sonra, bir şırıngayı azotla yıkayın ve beş mililitre KPS çözeltisinin tamamını 120 milimetrelik bir iğne ile donatılmış azotla yıkanmış bir şırıngaya aktarın. Nitrojen iğnesini üç boyunlu şişedeki çözelti seviyesinin üzerine kaldırın ve KPS çözeltisini kauçuk septumdan hızlı bir şekilde reaktöre ekleyin. Polimerizasyonun nitrojen akışı altında bir saat devam etmesine ve 60 santigrat derecede yavaşça karıştırmasına izin verin.

Sıcak reaksiyon çözeltisini filtrelemek için bir Buchner hunisi ve filtre kağıdı kullanın ve büyük agregaları atın. Dispersiyonun soğumasına izin verdikten sonra, dispersiyonu 257.000 kez G'de 40 dakika boyunca üç kez santrifüjleyin ve yeniden dağıtın.Son olarak, dispersiyonu depolamak için liyofilize etmeden önce tortuyu minimum uygun miktarda çift damıtılmış su içinde yeniden dağıtın. Bir cam kapta 257.7 miligram NIPAM, 3.5 miligram BIS ve 1.5 miligram metakriloksietil tiyokarbamoil rodamin B boyasını tartın ve 10 mililitre filtreli çift damıtılmış su ekleyin.

Aynı çözeltiyi boya olmadan ayrı bir cam kapta hazırlayın. Boyayı suda çözmek için boya çözeltisini 15 dakika boyunca ultrasonikleştirin. Bir konsantrasyon serisi elde etmek için monomer çözeltisinin boya ile çeşitli seyreltmelerini hazırlayın.

Burada, litre başına 02 ila 0.1 milimol konsantrasyon aralığında boya kullanılır. Daha sonra, başlatıcı çözeltiyi elde etmek için 8.4 miligram KPS'yi 10 mililitre filtrelenmiş çift damıtılmış suda çözün. Nihai reaksiyon çözeltilerini elde etmek için 0.5 mililitre konsantrasyon serisini ve 05 mililitre KPS çözeltisini 10 milimetre çapındaki test tüplerine aktarın.

Tüpleri kauçuk septa ile kapatın. Bir ısıtma sirkülatörüne bağlı çift cidarlı bir cam kapta bir yağ banyosunu 63 santigrat dereceye kadar önceden ısıtın. Reaksiyon çözeltilerini 20 dakika boyunca 120 milimetrelik iğnelerle nitrojen ile temizleyerek oksijenden arındırın.

Ardından, tüpleri yüzer bir platforma yerleştirin ve platformu önceden ısıtılmış yağ banyosuna daldırın. Sıcaklığı 60 santigrat dereceye ayarlayın. Yüksek hassasiyetli partikül boyutu ayarı için, ilk reaksiyon sırasındaki sıcaklık kontrolünün tipik olarak artı veya eksi 0,1 santigrat derece olmak üzere titiz olması gerekir.

Reaksiyonun uygun bir süre devam etmesine izin verin. Tipik olarak, bir saat yeterlidir. Reaksiyonu takiben, reaksiyon tüplerini hızlı bir şekilde 60 santigrat derecelik bir fırına aktarın.

Çökmüş durumdaki parçacıkların hidrodinamik yarıçaplarını ölçmek için poli-NIPAM hacim faz geçiş sıcaklığı üzerinde önceden ısıtılmış 10 mililitre filtrelenmiş çift damıtılmış suya bir damla sıcak dispersiyon koyun. Dispersiyonların geri kalanını oda sıcaklığına soğumaya bırakın ve santrifüj tüplerine aktarın. Çözeltiyi santrifüjledikten sonra, mikrojelleri izleyici parçacıklar olarak kullanmak için iki mililitre filtrelenmiş çift damıtılmış su ile seyreltin.

Dinamik ışık saçılımı ile çökmüş durumda hidrodinamik yarıçap tayini için önce küvetleri ve cam eşyaları aseton buharı ile yıkayın. Yaklaşık bir mililitre seyreltilmiş partikül dispersiyonunu bir ölçüm küvetine aktarın. Dinamik ışık saçılma açıölçer indeksi eşleşme banyosunu 50 santigrat dereceye kadar temperleyin ve numuneyi soğumasına izin vermeden cihaza aktarın.

Numune küvetini yerleştirin ve dedektör kolunu küçük saçılma açısına getirin. Metin protokolünde açıklandığı gibi ışın profilini ve sayım aralığını kontrol ettikten sonra, açıölçer kolunu en yüksek saçılma açısına getirin. Sayım hızının ölçüm için hala yeterince yüksek olup olmadığını kontrol edin.

Yoğunluk çok düşükse, kolu daha düşük bir saçılma açısına getirin. Ardından, ışını en düşük saçılma açısında toluen banyo camından görsel olarak kontrol edin. Gelen ışının etrafında parlama gözlenirse, çoklu saçılma meydana gelir.

Minimum ve maksimum saçılma açısı arasında minimum ve maksimum 60 çekim süresi ile 20 korelogram elde edin. Gerekirse zayıf yoğunluklu büyük saçılma açıları için alım süresini artırın. İzleyicilerin uyarılması ve numuneden eşzamanlı floresan toplanması için istenen büyütme ve diyafram açıklığına sahip uygun bir objektif lens kullanın.

Bu çalışmada 100X, 1.3 sayısal diyafram açıklığına sahip yağa daldırma objektif lensi kullanılmıştır. Nem odasını mikroskoba uyan bir XYZ pi-SO masasına yerleştirin. Numunenin kurumasını önlemek için, nem haznesine plazma ile temizlenmiş bir örtü yerleştirin ve istenen poli-NIPAM dispersiyon konsantrasyonundan 10 mikrolitre pipetleyin.

Floresan boyanın uyarma ve emisyon spektrumlarına bağlı olarak, uyarma için uygun bir lazer kullanın ve lazer gücünü uygun şekilde ayarlayın. Burada 561 nanometre diyot pompalı katı hal lazeri, 16 miliwatt'lık sabit bir lazer gücünde kullanılır. Homojen numune aydınlatması elde etmek için, lazeri çok modlu bir fibere birleştirin, lazer beneklerinin geçici olarak ortalamasını almak için bir girdap kullanarak fiberi sallayın ve fiber ucunu numune düzlemine yansıtın.

Kapak kaymasının arka yansımasından Z mesafesini kalibre edin ve objektifi hafifçe yukarı hareket ettirerek numuneye birkaç mikrometre odaklayın ve bir Z-kompansatörü kullanarak Z konumunu sabitleyin. Bu, kapak kayması ile herhangi bir arayüz efektini önler. Maruz kalma süresi gibi dedektör parametrelerini floresan sinyalin gücüne göre ayarlayın.

Bu durumda, elektron çarpma modunda 0,1 saniyelik bir pozlama süresi ve 50'lik bir kazanç ile bir EMCCD kamera kullanılır. Numunenin farklı bölgelerindeki mikrojellerin ortalama kare yer değiştirmesini hesaplamak için yeterli gecikme süresi elde etmek için uygun sayıda kareye sahip birkaç film elde edin. Sekiz etiketli mikrojel partisi sentezlendi.

Altı parti için, korelogram bozunma oranları, dar boyut dağılımını gösteren saçılma vektörü büyüklüğünün karesine karşı doğrusal olarak yükselir. Orijin boyunca bir uyum, yalnızca translasyonel difüzyonu gösterir. İki parti için doğrusal olmayan davranış gözlenir.

Sapma, geniş boyut dağılımı ve saçılma vektör aralığı ile çakışan minimum parçacık form faktöründen kaynaklanır. Parçacıkların ortalama difüzyon katsayısı için daha iyi bir tahmin elde etmek için, bu noktaları uyumdan çıkarın. Yüksek sinyal-gürültü oranı, floresan mikrojellerin izlenmesini sağlar.

Difüzyonları, etiketlenmemiş mikrojel matrisi tarafından kısıtlanır. Sağdaki daha yüksek etiketlenmemiş mikrojel matris konsantrasyonları, floresan mikrojellerin etiketlenmemiş bir mikrojel matrisi içinde hapsolduğu belirgin bir kafes etkisine yol açar. Etiketlenmemiş mircogel matrisinin düşük konsantrasyonlarında, izleyici mikrojeller, gecikme süresi ile ortalama kare yer değiştirmenin doğrusal artışından çıkarılan normal difüzyon sergiler.

Bununla birlikte, kolloidal cam geçişine yakın yüksek konsantrasyonlarda, ortalama kare yer değiştirmelerin doğrusal olmayan zamansal evrimi ile gösterilen doğrusal olmayan difüzyon sergilerler. Etiketlenmemiş mikrojel matrisinin daha yüksek konsantrasyonunda, izleyici mikrojeller, 12 mikrojel için kümelenmiş izlerle gösterildiği gibi, etiketlenmemiş komşular tarafından geçici kafeslere hapsedilir. Paralel küçük ölçekli sentez, farklı reaksiyon parametreleriyle hızlı deneyler yapılmasını sağlar.

Bu aynı zamanda reaksiyon sıcaklığı farklılıklarından kaynaklanan istenmeyen deneysel varyasyonları da en aza indirir. Dikkatli dinamik ışık saçılma karakterizasyonu ile birlikte, doğru mikrojel boyutu için reaksiyon koşulları hızlı bir şekilde bulunabilir. Bu videoda, kontrollü mikrojel sentezinin, geniş alan floresan mikroskobu ile konsantre mikrojel çözeltilerindeki tek mikrojellerin difüzyonunu araştırmamıza nasıl izin verdiğini gösteriyoruz.

Bu prosedürü takiben, mikrojellerin yapısının özelliklerini nasıl kontrol ettiğini anlamak mümkün olacaktır. Bu, yeni yumuşak etkileşimli madde tasarlamanın kapısını açacaktır.