초분자 콜로이드의 합성 및 특성

Chemistry

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Vilanova, N., De Feijter, I., Voets, I. K. Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids. J. Vis. Exp. (110), e53934, doi:10.3791/53934 (2016).

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Abstract

Introduction

Mesostructured 콜로이드 물질은 표면 패터닝 코팅 (7) 및 리소그래피에서, 약물 전달 시스템, 6으로, 광 재료 3,4로, 원자와 분자 재료 1, 2에 대한 근본적인 연구를위한 모델 시스템으로, 과학 기술의 광범위한 응용 프로그램을 찾을 수 8,9. 소액 콜로이드 결국 인해 편재 반 데르 발스 상호 작용에 비가 역적으로 집계 준 안정 물질이기 때문에, 특정 대상 구조에 자신의 조작 악명 어렵습니다. 수많은 전략 조정 첨가제의 사용, 정전 10,11 또는 12,13 공핍 작용, 또는 자석 (14) 또는 전기 (15) 필드와 외부 트리거 포함한 콜로이드 자기 조립을 제어하기 위해 개발되었다. 정교한 대안 전략은 구조 제어를 달성하기 위해, 이러한 시스템의 역학과 역학은 작용 지혜입니다특정 및 방향의 힘을 통해 상호 작용하는 시간 분자. 초분자 화학 용매의 극성, 온도 및 빛 (16)에 의해 강도 변조 될 수있다 사이트 별, 방향 및 강력한 아직 가역 상호 작용을 나타내는 작은 분자의 포괄적 인 도구를 제공합니다. 그 특성은 대량 및 솔루션에서 광범위하게 연구되어 있기 때문에, 이러한 분자는 예측 가능한 방식으로 이국적인 단계에 부드러운 소재를 구성하는 매력적인 후보입니다. 초분자 화학을 통해 콜로이드 어셈블리를 조율하는 등의 통합 된 접근 방식의 맑은 가능성에도 불구하고,이 분야는 거의 mesostructured 콜로이드 물질 (17, 18)의 속성을 조정할 인터페이스 없다.

초분자 콜로이드의 견고한 플랫폼은 세 가지 주요 요구 사항을 충족해야합니다. 우선, 초분자 잔기의 결합은 열화를 방지하도록 온화한 조건 하에서 수행되어야한다. separati에서 두 번째로, 표면의 힘기능 직접 접촉보다 큰이 코팅되지 않은 콜로이드가 거의 독점적으로 제외 된 볼륨 상호 작용을 통해 상호 작용하는 것을 의미 닿는 주제에 의해 지배되어야한다. 따라서, 콜로이드의 물리 화학적 특성은 반 데르 발스 또는 정전기의 힘으로 콜로이드 시스템에 내재 다른 ​​상호 작용을 억제하는 맞춤형한다. 셋째, 특성이 초분자 잔기의 존재에 대한 조립체의 명확한 기여를 허용한다. 이 세 가지 전제 조건을 충족시키기 위해, 초분자 콜로이드의 강력한 두 단계의 합성 (그림 1a)을 개발했다. 제 1 단계에서, 소수성 NVOC 기능화 된 실리카 입자는 시클로 헥산에 분산에 대한 준비가되어 있습니다. NVOC 기 쉽게 아민 기능화 입자를 수득 절단 될 수있다. 아민의 높은 반응성은 온화한 반응 조건의 넓은 범위를 사용하여 원하는 초분자 잔기 간단한 사후 작용을 가능하게한다. 여기서, 우리는 홍보스테 아릴 알코올, 벤젠 -1,3,5- tricarboxamide (BTA) 20 미분 실리카 비드의 작용에 의해 초분자 콜로이드 epare. 스테 아릴 알콜은 몇 가지 중요한 역할을한다 : 이것은 콜로이드 유기화하게 그리고 콜로이드 (21, 22) 사이의 비특이적 인 상호 작용을 감소시키기 에이즈 단거리 입체 반발을 소개한다. 반 데르 발스 힘이 더 때문에 콜로이드의 굴절률과 용매 (23) 사이의 근접 매치로 감소된다. 빛과 thermoresponsive 단거리 매력적인 표면의 힘은 BTA는 대략적 (20) 보호 니트로 벤질의 결합에 의해 생성됩니다. O 니트로 벤질 부분은 차단 discotics의 아미드에 통합 인접 BTA는 대략적 사이의 수소 결합의 형성 광 절단 그룹 (그림 1b). UV 광에 의해 광 벽개시에, 용액 중의 BTA는 3 배의 시간을 인식하고 동일한 BTA 분자와 상호 작용을 할 수있다온도 17 강하게 의존하는 결합 강도를 갖는 결합 ydrogen 어레이. 반 데르 발스 때문에 관광 명소로는 스테 아릴 코팅 된 실리카 시클로 헥산 입자뿐만 아니라 라이트 - 온도에 독립적으로에 대한 최소화, 관찰 된 자극 - 반응 콜로이드 어셈블리는 BTA 매개을해야합니다.

이 상세한 동영상은 공 초점 현미경으로 자외선 조사에 의해 자신의 자기 조립 (self-assembly)을 연구하기 위해 합성 및 초분자 콜로이드의 특성을 어떻게하는 방법을 보여줍니다. 또한, 간단한 이미지 분석 프로토콜 클러스터 콜로이드로부터 콜로이드 단봉 구별하고보고 된 클러스터 당 콜로이드의 양을 결정한다. 합성 전략의 다양성은 수에 쉽게 입자 크기, 표면 커버리지뿐만 아니라 mesostructured 첨단 소재에 대한 콜로이드 빌딩 블록의 큰 가족의 개발을위한 새로운 길을 열어 도입 된 바인딩 부분을 다릅니다.

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Protocol

코어 - 쉘 실리카 입자의 합성 (1)

주 : 실리카 입자는 Stöber 방법 (24, 25)에 기초한 다음의 절차에 따라 합성된다.

  1. 형광 실리카 씨의 합성
    1. 플루오 레세 인 이소 티오 시아 네이트 에탄올 5ml에 105 mg의 (0.27 밀리몰)을 녹인다.
    2. 이전 솔루션 (3- 아미노 프로필) 트리에 톡시 실란 (APTES, 0.43 mmol)을 100 μl를 추가합니다.
    3. 5 분 동안 상기 용액을 초음파 처리하고, 교반하면서 실온에서 아르곤 대기하에 밤새 반응하자. 염료 작용 APTES 단지는 정제하지 않고 사용됩니다.
    4. 1 L 둥근 바닥 플라스크에 혼합 암모니아 25 ㎖ (물 중 25 %)과 에탄올 250ml를 염료 관능 APTES 2.5 mL 중에.
    5. 유리 피펫 whil의 도움으로 이전 반응 혼합물의 메 니스 커스 아래에서 테트라 에틸 오르토 실리케이트 (TEOS) 10 ㎖를 추가즉 자기 교반기로 교반.
    6. 마찬가지로, 5 시간 후, TEOS의 또 다른 175 mL를 추가하고, 아르곤 분위기하에 혼합물을 밤새 교반 하였다.
    7. ml의 45 여러 튜브에 분산을 따르십시오.
    8. 튜브 (350 XG, 30 분) 원심 분리기, 뜨는을 제거하고 각 튜브에 신선한 에탄올 30ml를 추가합니다. 상층 액을 제거하기 위해 다시 새로운 3 분 동안 분산하고, 원심 분리기를 초음파 처리. 이러한 세척은 3 번 단계를 반복합니다.
    9. ml의 약 13.6 밀리그램 /의 농도와 (빛에 대한 노출을 피해야) 어둠​​ 속에서 에탄올 형광 씨앗을 보관하십시오.
    10. 형광 염료의 첨가를 생략하고 동일한 절차에 따라, 비 - 형광 씨를 준비한다.
      참고 :이 절차에 따라, 반경 약 100nm의 종자를 얻을 수있다.
  2. 코어 - 쉘 실리카 입자의 합성
    1. 에탄올 51 ㎖, 탈 이온수 17 ml의 암모니아수 3.4 ㎖ (물에서 25 %) 및 ​​(4) 1 L 둥근 바닥 플라스크에 채워시드 분산 용액 (형광 종자 약 54.4 밀리그램).
    2. 에탄올 5 TEOS ml의 10 ml를 가진 플​​라스틱 주사기를 입력합니다.
    3. 1.34 암모니아 용액 (물 중 25 %), 3.4 ml의 탈 이온수와 에탄올 10.25 mL를 갖는 제 2 플라스틱 주사기를 채우기.
    4. 플라스틱 튜브와 둥근 바닥 플라스크에 모두 주사기를 연결합니다.
    5. 아르곤 흐름 및 자기 교반기로 플라스크를 착용. 아르곤 주입구 이차 핵 형성을 방지하기 위해 TEOS 방울 암모니아 가스 사이의 접촉을 피하기 위해 제 주사기의 출구 다음이어야한다.
    6. 혼합물을 교반하면서, 연동 펌프를 이용하여 1.7 ㎖ / 시간으로 동시에 두 시린지의 내용을 추가한다. 벽 때문에 차 핵에 미끄러짐 방지하기 위해 무료로 떨어지는 물방울을 얻을 수 있는지 확인합니다.
    7. 반경이 약 300 nm 인 코어 - 쉘 입자를 얻는 7 시간 후에 첨가를 중지.
    8. ml의 45 여러 튜브에 플라스크의 내용을 따르십시오.
    9. 튜브 (350 XG, 30 분) 원심 분리기, 뜨는을 제거하고 각 튜브에 신선한 에탄올 30ml를 추가합니다. 상층 액을 제거하기 위해 다시 새로운 3 분 동안 분산하고, 원심 분리기를 초음파 처리. 이러한 세척은 3 번 단계를 반복합니다.
    10. 에탄올 코어 - 쉘 입자를 유지하고 어두운 곳에서 (광에 노출되지 않도록).
    11. 비 형광 실리카 입자와 동일한 절차를 수행하지만, 비 형광등 종자를 사용하여 준비한다.

실리카 콜로이드 2. 기능화

  1. NVOC 기능화 된 콜로이드의 합성
    1. 함께 환저 플라스크 50ml에 스테 아릴 알콜의 NVOC-C11-OH 분자의 12 밀리그램 (0.03 mmol) 및 31 mg의 (0.11 mmol) (상기 생성 된 에탄올의 1 ㎖의 코어 - 쉘 실리카 입자 10 ㎎을 분산 20/80 NVOC-C11-OH / 스테 아릴 알콜의 몰비).
    2. 10 분 모든 분자가 용해 입자가 잘 분산 외장 물감되어 있는지 확인하는 혼합물을 초음파 처리rsed.
    3. 혼합물을 자기 교반 막대를 첨가하고 실온에서 아르곤 정상 스트림에 에탄올을 증발시켰다. 진행하기 전에, 그렇지 않으면 입자의 실라 놀기와 반응 할 수있는, 남아있는 에탄올이 없다는 것을 보장한다. 에탄올이 완전히 플라스크의 바닥의 온도에주의를 기울 증발되어 있는지 확인합니다. 이 차가운 느낌이 경우, 에탄올은 아직 완전히 증발되지 않습니다.
    4. 연속 교반하면서 아르곤 (22)의 꾸준한에서 6 시간 동안 180 ° C로 플라스크까지 가열한다.
    5. 플라스크를 실온으로 냉각 할 수 있습니다.
    6. 5 분 (또는 모든 고형분이 용해 또는 분산 될 때까지) 플라스크 및 초음파 처리에 클로로포름 3 ㎖를 추가한다.
    7. 원심 분리기는 분산 (2,600 XG, 4 분), 뜨는을 제거하고 신선한 클로로포름을 추가합니다. 상층 액을 제거하기 위해 다시 새로운 3 분 동안 분산하고, 원심 분리기를 초음파 처리. 이러한 세척 6 번 단계를 반복합니다. 밤새 진공에서 70 ° C에서의 입자를 건조하고 데시 케이 터에 보관하십시오.
  2. BTA-콜로이드의 합성
    1. 클로로포름 3 ㎖에 NVOC-C11-OH / 스테 아릴 알콜의 20/80 몰비로 기능화 입자 10 ㎎을 분산.
    2. NVOC기를 절단 1 시간 동안 자외선 오븐 (λ 최대 = 354 ㎚)의 분산을 조사. 탈이 탈 보호하면서 자기 교반기 부드럽게 분산 교반하여 입자의 표면에 균일 있는지 확인합니다. 이 아민 - 작용 화 된 입자 (도 1a)을 산출한다.
    3. (벤젠 -1,3,5- tricarboxamide 유도체 9 mg의 (BTA 0.01 밀리몰), N 8.7 μL, N의 디 이소 프로필 에틸 아민 (DIPEA, 0.05 mmol) 및 (벤조 트리아 졸 -1- 일옥시) - 피 롤리 디노 포스 포늄 헥사 플루오로 포스페이트 5.2 mg을 녹이고 에 PyBOP, 클로로포름 1 ㎖ 중의 0.01 밀리몰)을 첨가 하였다.
    4. 아민 작용 페이지에 솔루션을 추가조 분산액을 실온에서 아르곤 대기하에 밤새 교반 하였다.
    5. 원심 분리기는 분산 (2,600 XG, 4 분), 뜨는을 제거하고 신선한 클로로포름 3 ㎖를 추가합니다. 상층 액을 제거하기 위해 다시 새로운 3 분 동안 분산하고, 원심 분리기를 초음파 처리. 이러한 세척 6 번 단계를 반복합니다.
    6. 48 시간 동안 진공에서 70 ° C에서의 입자를 건조하고 데시 케이 터에 보관하십시오.

3. 정적 광산란 측정 (SLS)

주 : 사용되지 않은 형광체 입자, 형광 코어는 종래의 광 산란 장치의 입사 레이저 광과 동일한 파장의 광을 흡수하기 때문이다.

  1. 스테 아릴 알콜과 전용 (NVOC-C11-OH) 2.1 절에 기재된 절차에 따라, 비 - 형광 실리카 입자 10 ㎎을 기능화 없다.
  2. 물 및 비 - 작용 입자 0.033 ㎎ / ㎖의 분산액의 500 μl를 준비시클로 헥산의 스테 아릴 알콜 피복 입자 2 ㎎ / ㎖의 다른 하나.
  3. 입자가 잘 분산되도록하기 위해 적어도 20 분 동안 초음파 처리 모두 분산액.
  4. 두 분산액의 산란 강도, 용매를 5 ° 씩 30 ° ~ 120 °의 기준 용매를 측정한다.
  5. Q의 함수로서 샘플 (샘플 I)의 강도를 플롯
    (식 1) Q =n은 용매 / 2) / λ
    산란 각 θ와, 용매 N 용매의 굴절률 레이저 λ 파장.
  6. 소프트웨어를 사용하여 다음의 방정식에 맞는 데이터를 (예를 들어, 원점)
    (식 2) 나는 = CP (QR)을 샘플링
    C가 주어진다 상수와 폼팩터 P (QR)입니다
    (식 3) <IMG의 고도 = "식 3"SRC = "/ 파일 / ftp_upload / 53934 / 53934eq3.jpg"/>

    상기 구형 콜로이드의 평균 반지름은 R이다.
  7. 각각의 분산을위한 맞는에서 R의 압축을 풉니 다.
  8. θ를 들면, 다음 식에있어서, 산란 된 빛의 강도에 대한 측정은 절대 레일리 비 (R (θ))을 계산한다.
    (식 4) 식 (4)

    샘플의 강도, 용매 및 기준, 난 용매, 샘플 I는 각각 참조 용매의 굴절률과 대응 기준 N 용매N 참조하고, 상기 기준 R 참조의 레일리 비율. 여기에 참조로 톨루엔을 사용이러한 n 개의 = 1.332, n은 톨루엔 = 1.497, n은 시클로 헥산 = 1.426 즉, R 톨루엔 = 2.74x10 -3 m -1 (26).
  9. R의 θ 및 수학 식 (5)로부터 콜로이드 (N 콜로이드)의 평균 굴절률을 계산한다.
    (식 5) 식 (5)

    볼륨 N, V 입자 주어진 입자 V 입자의 부피당 입자 수 = 3분의 4 πR 3 및 가정이 아닌 상호 작용 입자의 한계 구조 인자 S (Q) ~ 1.

입자 당 활성 사이트의 수 4. 정량

참고 : 표면에 더 큰과 반경 13 nm의 사용 작은 입자 (-volume 비율).

  1. / 스테 아릴 알콜 2.1 절에 기재된 절차에 따라, NVOC-C11-OH의 몰비 20/80 작은 시판 입자 기능화.
  2. 1 ml의 클로로포름에 작은 관능 입자 20 mg을 분산하고 NVOC기를 절단 1 시간 동안 자외선 오븐 (λ 최대 = 354 ㎚)의 분산을 조사. 탈 보호하면서 자기 교반기 바가 부드럽게 분산액을 교반한다. 이러한 방식으로, 콜로이드 침강하지 않고 그 표면을 따라서 균일 한 탈을 보장 UV 광에 노출 된 상태로 유지.
  3. 결과 아민 기능화 입자를 스핀 다운 (3,400 XG, 10 분) 상층 액을 제거합니다.
  4. 2 시간 동안 70 ° C에서 입자를 건조.
  5. 숙신 이미 딜 -3- (2- 피리 딜 디티 오) 프로 피오 네이트, 디메틸 포름 아미드 200 μL의 (SPDP, 0.0016 밀리몰) (DMF)의 0.50 mg의 녹인다.
  6. 건조 된 아민 - 기능화 입자와 소용돌이의 20 mg의에 SPDP 솔루션을 추가30 분 동안 시스템. 이 시간 내에서 콜로이드에 사용 가능한 모든 주 아민은 SPDP와 반응했다.
  7. 6 회 DMF 1 mL로 씻어 입자 (또는 무료 SPDP은 λ = 375 nm에서 UV-비스 분광 상청액에서 검출되지 않을 때까지). 마지막 세척 단계에서 가능한 한 많은 뜨는을 제거하려고합니다.
  8. DMF 50 μL 디티 오 트레이 톨에 0.53 mg의 (DTT, 0.0034 밀리몰)을 녹인다. 입자의 DTT 용액을 첨가하고 30 분 동안 분산을 소용돌이. 이 시간 내에 피리딘 -2- 티온 그룹이 절단된다.
  9. microvolume은 UV - 마주 분광 광도계와 λ = 293 nm에서 뜨는에서 해방 무료 피리딘 -2- 티온의 흡광도를 결정합니다.
  10. DTT 과량의 SPDP 다른 알려진 양의 희석 계열의 흡광도를 측정하여 DMF에 피리딘 -2- 티온의 흡광 계수 ɛ (~ 12.1x10 3 M -1 cm-1)를 결정하기위한 검량선을 구축 .
  11. C의 P2T의 농도를 계산한다 :
    (식 6) 복근 = C의 P2T의 ε 리터
    피리딘 -2- 티온의 C의 P2T의 몰 농도, 소쇠 계수 ɛ 및 경로 길이 (L)와.
  12. 하기 식에 따라 입자의 활성 부위 (아민)의 개수를 계산
    (식 7) 식 (7)
    한 입자 M 입자의 질량 즉, ρ = 1.295으로, = 4 / 3 3πR ρ M 입자이고 g / cm 3, M 입자 (20 mg) 및 총 체적 (V)의 합계 (50 μL)의 합계 질량 가중. 이 방정식은 모든 사용 가능한 것으로 가정아민은 SPDP 반응과 DTT는 입자에 부착 된 모든 SPDP 분자를 감​​소시킨다.

공 초점 현미경 5. 모니터 콜로이드 어셈블리

주 : 사용 된 코어 - 쉘 실리카 입자 (코어 형광 및 비 형광 쉘).

  1. 시클로 헥산 BTA 기능화 입자 0.1 중량 %의 분산액을 400 μl를 준비하고 20 분 동안 샘플을 초음파 처리.
  2. BTA의 O 니트로 벤질 그룹을 절단하기 위해 UV 오븐에서 샘플 바이알 (λ 최대 = 354 nm의)을 조사한다. 클러스터링 프로세스를 모니터링하기 위해 0 내지 30 분에, 예를 들어 방사선의 상이한 시간에 25 μl의 분취 량을 취.
  3. (챔버 크기는 0.12 mm 높이 × 13mm의 직경) 스페이서의 도움으로 다른 유리 슬라이드에 다른 분취를 놓고 커버 슬립과 챔버를 닫습니다. 챔버를 닫은 후, 입자가 침전물과 adsor 수 있도록 거꾸로 커버 슬립을 설정이미징을 용이하게 유리에 ㄱ.
  4. 각 조사 시간에 대한 샘플 준비 후 가능한 한 빨리 공 초점 현미경으로 각 샘플의 여러 이미지를 가져 가라.

6. 이미지 분석

  1. ImageJ에와 단봉의 수의 정량
    참고 : ImageJ에 설명서에서 설명하는 스크립트를 작성하는 데 사용되는 모든 명령을 :
    http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/user-guide.pdf
    1. 가장자리로부터 고립 화소를 제거하고, "부드러운"함수를 실행하는 작은 구멍을 채우기 위해 공 초점 화상을 매끄럽게.
    2. 단지 코어 형광체임을 감안할 때, 동일한 클러스터에 속해 터치 입자 병합 입자의 가장자리까지의 밝은 영역을 팽창. 은 "팽창"필터를 사용하여이 작업을 수행합니다. 0.02 μm의 / 픽셀의 해상도를 가진 약 180 nm의 쉘 두께를 갖는 입자 및 그림, 두 단계 팽창 충분하다.
    3. 이미지를 변환은 "확인 이진"기능을 실행하는 이진 사진에.
    4. 예를 들면 0.02 μm의 / 픽셀의 해상도로 촬영 한 사진을위한 도구 ""설정 규모 ... ", 거리 = 1 알려진 = 0.02 픽셀 = 1 단위 = 음"을 "실행하여 규모를 설정합니다.
    5. 에-의 초점 입자로부터 소음과 초점이​​ 맞지 입자를 구별 할 수있는 임계 값 크기를 적용합니다. 사진 0.02 μm의 / 픽셀의 해상도로 촬영에 예를 들어, 모든 영역은보다 작은 0.2 픽셀이 배제된다. 사용하여이 "분석 입자를 ...", "크기 = 0.2 무한대"명령을 수행합니다.
    6. all.jpg 이미지와 이미지 (클러스터 및 단봉) 명령 ""결과 "를 사용하여 모든 밝은 영역의 크기를 가진 all.txt 파일, _all.txt" "와" "JPEG 만들기", "모든" ".
    7. 0.7 내지 1.0이다 (4 π 지역 / 주변 2 = 원형) 크기 및 원형으로 0.2과 0.7 픽셀 사이의 모든 밝은 영역을 가정명령을 실행 단봉는 "입자를 분석 ...", "원형 = 0.7-1.0"를.
    8. singlets.jpg 이미지와 명령 ""결과 "_singlets.txt" "와" "JPEG", "단봉"을 "사용하여 단봉 모든 밝은 영역의 정보와 함께 singlets.txt 파일을 만듭니다.
  2. matlab에와 정보를 처리
    1. 중항가 .txt 파일을 읽고 그림 당 단일 (A 단일)의 평균 크기를 계산합니다.
    2. 클러스터 당 입자 수 (A = 이중선 2A의 단일, 삼중 = 3A의 단일 ...) 다른 all.txt 파일로부터 화상 입자의 총 수를 계산하기위한 단일의 평균 크기를 사용한다.
    3. F = 단봉 번호 단봉 / 총 입자 각각 노광 시간 단봉 입자의 분율을 계산
    4. 이중선, 삼중 등의 분율을 계산: 이중선 = 2 * 이중선의 수 / 총 입자 F

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Representative Results

실온 및 온화한 반응 조건에서 제 2 단계에서 초분자 콜로이드 (도 1a), 결합한다 BTA- 유도체 (도 1b)를 합성하기 위해 사용 된 두 단계의 절차는 안정성이 보장되는 것을 감안.

그림 1
초분자 콜로이드의 합성 1. 계획을 그림. 벤젠 (1)의 BTA 분자. B) 구조의 UV 오븐 및 후속 결합에 UV 광으로 조사시 아민 탈 보호 스테 아릴 알코올, 실리카 콜로이드로 NVOC 보호 알킬 쇄 A) 커플 링, , 3,5- tricarboxamide (BTA) 유도체를 사용 하였다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

실리카 = 1.391, n은 실리카 @ 스테 아릴 알코올 = ​​1.436 (그림 2)을 찾을 수 있습니다. 이것은 명확히, 표면 기능화는 콜로이드의 굴절률에 영향을 미친다는 것을 보여준다. 스테 아릴 알코올 코팅 콜로이드와 BTA 콜로이드의 단일 층의 화학적 조성은 BTA의 몰분율이 0.2 이하인 때문에 매우 유사하다. 따라서, 우리는 BTA 콜로이드의 굴절률 n은 실리카 @ 스테 아릴 알코올 = ​​1.436 가까이 있다고 가정한다.

그림 2
실리카 콜로이드도 2 정적 광산란 측정. A의 검출 각도 θ의 함수로서 산란 광 강도 B) 스테 아릴 알코올 코팅 된 입자. 점선은 실험 데이터 포인트에 적합하다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 3에 도시 된 반응식을 사용하면, 작은 입자들은 표면 상에 464 nm의 2 당 아민 1에서 20/80 NVOC-C11-OH / 스테 아릴 알콜 몰비 결과 관능. 이 수 차례 우리는 입자의 multivalency로 참조 연결될 수 초분자 잔기의 수와 상관 될 수있다.

그림 3
입자. 절차 당 활성 부위의 양을도 3 평가 량을 측정 하였다입자 당 아민의 : 아민 기능화 된 콜로이드는 SPDP와 반응한다. 이하, DTT는 DMF에 흡수 최대 λ 최대 = 293 nm에서 photospectrometry에 의해 검출 될 수 피리딘 -2- 티온 그룹을 해제 절단하기 위해 시스템에 추가됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

공 초점 화상에있어서, UV 광을 조사하기 전에 분산액의 콜로이드 초분자의 대부분은 단봉 (도 4 위)이다. 흥미롭게도, 조사시, 클러스터 된 상태로 단일 상태로부터 진화 (그림 4 중간과 하단) 관찰된다. 이미지 분석은보다 정량적 방식으로 통합을 모니터링하는데 사용된다. 9 % 80 % 아래에서 단봉의 수의 급격한 감소는 제 5 내에 자외선 조사에 의해 관찰의사록.

그림 4
그림 4. 이미지 처리 절차. 원래 공 초점 현미경 이미지, 바이너리 이미지 (위) 0 분 (중간) 15 초 및 (아래) 5 분 동안 탈 보호 샘플 단봉의 영역입니다. 스케일 바는 10 μm의를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

1.426의 굴절률과 상기 BTA 콜로이드 분산 용매로서 사용하는 경우, 시클로 헥산, 반 데르 발스 상호 작용은 콜로이드의 굴절률 때문에, 매우 약한 용매를 거의 동일하다. 시클로 헥산의 SLS 실험에 사용되는 기능화 콜로이드의 농도는 물에 노출 된 실리카 콜로이드에 비해 훨씬 높다는 것을 유의. 굴절율이 거의 일치하는 바와 같이이 낮기 때문에 콘트라스트가 충분히 강한 산란을 구하는 것이 필요하다. 시클로 헥산 샘플에서 물의 미량 즉시 모세관 힘에 무시할 수없는 클러스터링에 의해 간접적이기는하지만, 검출된다. 따라서, 콜로이드 프로토콜에 기술 된 바와 같이 오랜 시간 동안 진공에서 건조하여 그들을 모두 합성 단계 동안 물이없는 것을 보장하기 위해 매우 중요하다.

아민을 정량화하기 위해 사용 된 방법은 피리딘 -2- THION의 양을 분석하고 주어진입자로부터 절단 즉, 그것으로 인해 이러한 NMR 등의 다른 기술을 사용하여 직면 할 수있는 입자의 산란 아티팩트를 회피. 크고 작은 입자와 동일한 표면 밀도를 가정하면, 작은 입자 검출 된 아민 밀도는 반경 300 나노 미터의 큰 콜로이드 당 약 24,350 아민에 해당합니다. 흥미롭게도, 도입 방식은 단순히 제 기능화 단계 동안 NVOC-C11-OH / 스테 아릴 알코올의 몰 비를 변화시킴으로써 초분자 콜로이드의 multivalency을 규제 할 수있다. multivalency 이러한 변화는 상기와 동일한 아민 정량 방법에 의해 정량화 될 수있다.

공 초점 현미경으로 관찰 광 활성화 전의 단일체의 콜로이드 분산액의 성공은 매우 약한 반 데르 발스 상호 작용 전에 보호 O 니트로 벤질 그룹의 광 벽개 시클로 헥산 무시할 수소 결합과 일치한다. 따라서, 사진에 의한 클러스터링용이 초분자 잔기에 기인한다. 우리는 초분자의 힘을 통해 클러스터링을 지시하는 것을 목표로이 중요하다. UV 빛에 의한 니트로 벤질 그룹의 절단은 참으로 클러스터의 형성에 의해 확인 된, 따라서 콜로이드 자기 조립 (self-assembly)을 촉진, 상호 작용하는 다른 콜로이드에 고정 BTA는 대략적 수 있습니다.

결론적으로, 우리는 제어 된 방식으로, 실리카 입자에 커플 BTA 유도체에 대한 간단한 방법을 증명하고있다. 그 결과 초분자 콜로이드의 거동이 성공적으로 표면 그래프트 분자, 즉 분자간 수소 결합 상호 작용의 매력적인 상호 작용에 의해 지배된다. 이 방법은 용이 초분자 잔기의 다른 유형의 장식 다른 초분자 콜로이드 다양한 합성에 확장 될 수있다. 따라서, 본 명세서에 기술 된 프로토콜 mesostructured 콜로이드를 형성하는 빌딩 블록의 새로운 패밀리의 발전을위한 길을 열어재료.

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Disclosures

저자는 공개 아무것도 없어.

Acknowledgements

저자는 금융 지원을위한 과학 연구에 대한 네덜란드기구 (NWO ECHO-STIP 그랜트 717.013.005, NWO VIDI 그랜트 723.014.006)을 인정합니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
APTES Sigma-Aldrich
FTIC Sigma-Aldrich
TEOS Sigma-Aldrich
LUDOX AS-40 Sigma-Aldrich Silica particles of 13 nm in radius
MilliQ --- --- 18.2 MΩ·cm at 25 °C
Ethanol SolvaChrom ---
Ammonia (25% in water) Sigma-Aldrich ---
Chloroform SolvaChrom ---
Cyclohexane Sigma-Aldrich ---
Dimethylformamide (DMF) Sigma-Aldrich ---
Stearyl alcohol Sigma-Aldrich ---
N,N-Diisopropylethylamine (DIPEA) Sigma-Aldrich ---
Benzotriazol-1-yl-oxytripyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate (PyBOP) Sigma-Aldrich ---
Succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)propionate (SPDP) Sigma-Aldrich ---
Dithiothreitol (DTT)  Sigma-Aldrich ---
NVOC-C11-OH Synthesized --- I. de Feijter, 2014 Responsive materials from adaptive supramolecular constructs, Doctoral thesis, Technical University of Eindhoven, The Netherlands
BTA Synthesized --- I. de Feijter, 2014 Responsive materials from adaptive supramolecular constructs, Doctoral thesis, Technical University of Eindhoven, The Netherlands
Centrifuge Thermo Scientific Heraeus Megafuge 1.0
Ultrasound bath VWR Ultrasonic cleaner
Peristaltic pumps Harvard Apparatus PHD Ultra Syringe Pump
UV-oven Luzchem LZC-a V UV reactor equipped with 8x8 UVA light bulbs (λmax=354 nm)
Stirrer-heating plate Heidolph MR-Hei Standard
 
Name Company Catalog Number Comments
Light Scattering ALV CGS-3 MD-4 compact goniometer system, equipped with a Multiple Tau digital real time correlator (ALV-7004) and a solid-state laser (λ=532 nm, 40 mW)
UV-Vis spectrophotometer Thermo Scientific NanoDrop 1000 Spectrophotometer
Confocal microscope Nikon Ti Eclipse with an argon laser with λexcitation=488 nm
Slide spacers Sigma-Aldrich Grace BioLabs Secure seal imaging spacer (1 well, diam. × thickness 13 mm × 0.12 mm)
Syringes BD Plastipak 20 ml syringe
Plastic tubing SCI BB31695-PE/5 Ethylene oxide gas sterilizable micro medical tubing
Pulsating vortex mixer VWR Electrical: 120 V, 50/60 Hz, 150 W Speed Range: 500–3,000 rpm

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References

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