Tek Molekül Düzeyde Halkalı Polimerlerin Sentezi ve eritin Devlet Onların Pasif Hareket Karakterizasyonu

Bu deneyin genel amacı, topolojik polimerlerin, özellikle siklik polimerlerin, tek molekül düzeyinde dolaşık koşullar altında difüzyon hareketini karakterize etmektir. Bu yöntem, polimerlerin topolojiye bağlı uzay-zamansal dinamikleri gibi polimer fiziği alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin ana avantajı, heterojen difüzyonun, genellikle bir düzeyde geride gizlenen tek zincir seviyesinde kantitatif olarak karakterize edilebilmesidir.

Bu işleme başlamak için, perilen diimid tuzunu 150 mililitre suda çözün, ardından tek işlevli poli (THF) yi dört milimetre aseton içinde çözün. Aseton çözeltisini, kuvvetlice karıştırılmış sulu çözeltiye damla damla ekleyin. Oluşan çökeltiyi vakumlu filtrasyon ile toplayın.

Daha sonra, toluen içindeki çökeltinin mililitre çözeltisi başına beş miligram hazırlayın. Çözeltiyi dört saat boyunca geri akıtın. Çözeltinin soğumasına izin verdikten sonra, çözücüyü döner buharlaştırma ile düşük basınç altında tamamen çıkarın.

Bittiğinde, kalıntıyı 2: 1 n-heksan: aseton karışımı içinde çözün ve elde edilen çözeltiyi bir silika jel tapasından süzün. Daha sonra ürünü çökeltmek için filtrelenmiş çözeltiyi buz gibi soğuk suya ekleyin. Polimer eriyik örneğini hazırlamak için, bir cam şişeye 100 mikrolitre etiketsiz doğrusal poli (THF) ekleyin ve bir saç kurutma makinesi kullanarak yaklaşık 25 santigrat dereceye ısıtın.

Kloroformda florofor içeren polimer çözeltisinin 10 ila eksi altı azı dişi çözeltisini hazırlayın. Daha sonra bu çözeltinin bir mikrolitresini 100 mikrolitre etiketsiz doğrusal poli (THF) eriyiğe ekleyin. Numuneyi bir pipet ucu ile iyice karıştırdıktan sonra, kloroformu bir saç kurutma makinesi ile ısıtarak buharlaştırın.

Bir mikro pipet kullanarak, 10 mikrolitre numuneyi temizlenmiş bir kapak kızağına yerleştirin. Numunenin üzerine başka bir temizlenmiş lamel yerleştirin ve plastik cımbız kullanarak iki lameti hafifçe birbirine bastırın. Ardından, ters çevrilmiş bir mikroskobun objektif merceğine bir objektif ısıtıcı takın ve sıcaklığı 30 santigrat dereceye ayarlayın.

Lensin üzerine bir damla daldırma yağı koyun ve numuneyi mikroskop tablasına monte edin. Numunenin alt ve üst yüzeyinin eksenel konumunu kontrol ederek yaklaşık 10 mikrometrelik bir numune kalınlığı elde edildiğinden emin olun. Ardından mikroskobun odağını numunenin alt yüzeyinin birkaç mikrometre yukarısına ayarlayın.

Bunu takiben, tek floroforun yüksek kaliteli bir floresan görüntüsünü elde etmek için bir CCD kameraya bir elektron çarpma veya EM kazancı uygulayın. Şimdi kamerayı kontrol eden yazılımı kullanarak bir ilgi alanı belirleyin. Deney koşullarını optimize etmek için, uyarma ışını yoluna yerleştirilen diyaframı kullanarak numunenin aydınlatma alanını yaklaşık 20 mikrometre çapa ayarlayın.

Uyarma ışını yoluna yerleştirilen uygun bir nötr yoğunluk filtresini manuel olarak seçerek numunedeki uyarma lazer gücünü dört ila sekiz miliwatt'a ayarlayın. Son olarak, 100 ila 200 hertz kare hızında eriyik halde florofor içeren polimerin 500 ila 1000 floresan görüntü dizisini kaydedin. Dört kollu ve sekiz şekilli polimerler için hızlandırılmış tek moleküllü floresan görüntüleri ölçüldü ve yüksek floresan perilen diimid floroforun zincirlere dahil edilmesi nedeniyle uzamsal olarak izole edilmiş parlak ve keskin noktalar gösterdi.

Ortalama kare yer değiştirme analizi ile belirlenen difüzyon katsayısının frekans histogramları, hem analizin istatistiksel hatasından hem de difüzyonun heterojenliğinden kaynaklanan geniş dağılımları gösterir. Frekans histogramları, polimer moleküllerinin heterojen difüzyonunu gösteren homojen difüzyon modelinden açık sapmalar gösterir. Tek ve çift Gauss modelleri, deneysel olarak elde edilen kümülatif dağılım fonksiyonlarını iyi bir şekilde vurdu ve oluşan polimerin difüzyonunun, difüzyon katsayısının geniş dağılımı ile tanımlandığını, sekiz şekilli polimerin ise iki farklı difüzyon modu gösterdiğini gösterdi.

Bir kez ustalaştıktan sonra, polimerlerin sentezi altı saat içinde yapılabilir ve tek molekül daldırma deneyi, uygun şekilde gerçekleştirilirse birkaç saat içinde yapılabilir. Geliştirildikten sonra bu teknik, polimer bilimi alanındaki araştırmacıların kalabalık ortamlarda polimer dinamiklerini keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu videoyu izledikten sonra, tek zincir seviyesinde dolaşık durumda topolojik polimerlerin difüzyon hareketini nasıl karakterize edeceğinizi iyi anlamış olmalısınız.

Lazerler ve organik çözücülerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve bu prosedürü gerçekleştirirken lazer güvenliği ve MSDS'nin gözden geçirilmesi gibi önlemlerin her zaman alınması gerektiğini unutmayın.