Синтез и характеристика супрамолекулярных коллоидов

Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

Мезоструктурированных коллоидные материалы находят широкое применение в науке и технике, в качестве модельных систем для фундаментальных исследований атомных и молекулярных материалов 1,2, в качестве фотонных материалов 3,4, в качестве систем доставки лекарственных средств 5,6, в качестве покрытий 7 и в литографии для поверхностного паттернирования 8,9. Так как лиофобные коллоидами являются метастабильные материалы, которые в конечном итоге агрегирующие необратимо благодаря вездесущим ван-дер-Ваальса, их манипуляции в конкретных целевых структур, как известно, трудно. Многочисленные стратегии были разработаны для управления коллоидный самосборки включая использование добавок для настройки электростатические 10,11 или износом взаимодействий 12,13, или внешние триггеры , такие как магнитные 14 или 15 электрических полей. Сложная альтернативная стратегия для достижения контроля над структурой, динамика и механика этих систем является их функционализация остроумиеМолекулы ч взаимодействующих между собой посредством конкретных и направленных сил. Супрамолекулярная химия предлагает полный набор инструментов малых молекул , демонстрирующих на конкретных участках, направленный и сильные все же обратимых взаимодействий, которые могут быть модулированы в силе по полярности растворителя, температуры и 16 света. Так как их свойства были изучены в натуральном и в растворе, эти молекулы являются привлекательными кандидатами для структурирования мягких материалов в экзотические фазы предсказуемым образом. Несмотря на явный потенциал такого комплексного подхода к оркестрировать коллоидный узел с помощью супрамолекулярной химии, эти дисциплины редко сопряжен адаптировать свойства мезоструктурированных коллоидных материалов 17,18.

Сплошная платформа супрамолекулярных коллоидов должна отвечать трем основным требованиям. Во-первых, связывание надмолекулярной фрагмента должно быть сделано в мягких условиях-в целях предотвращения деградации. Во-вторых, поверхностные силы в separatiДополнения больше, чем непосредственный контакт должен быть во власти привязных мотивов, а это значит, что непокрытые коллоидов должны почти исключительно взаимодействовать с помощью исключенного объемных взаимодействий. Таким образом, физико-химические свойства коллоидов должны быть приспособлены для подавления других взаимодействий, присущих коллоидных системах, таких как ван-дер-Ваальса или электростатических сил. В-третьих, характеристика должна позволять однозначному атрибуции сборки в присутствии супрамолекулярных фрагментов. Чтобы удовлетворить эти три предпосылки, надежный двухступенчатый синтез супрамолекулярных коллоидов был разработан (рисунок 1а). На первой стадии, гидрофобные частицы диоксида кремния NVOC-функционализированного подготовлены к дисперсии в циклогексан. Группа NVOC может быть легко расщеплен, получая частицы, аминные функционализированные. Высокая реакционная способность аминов позволяет прямой пост-функционализации с желаемым супрамолекулярного фрагмента, используя широкий спектр мягких условиях реакции. При этом мы ргepare супрамолекулярных коллоидов путем функционализации кремнезема шариков с стеариловый спирт и бензол-1,3,5-tricarboxamide (БТА) производной 20. Стеариловый спирт играет несколько важных ролей: он делает коллоидов органофильные и вводит ближнего радиуса действия стерических отталкивание , которое помогает уменьшить неспецифическое взаимодействие между коллоидов 21,22. ван - дер - ваальсовы силы дополнительно снижается из-за близкого соответствия между показателем преломления коллоидов и растворитель 23. Свето- и thermoresponsive ближнего радиуса действия привлекательные поверхностные силы генерируются путем включения O нитробензил защищенного ДТС 20. O нитробензил фрагмент представляет собой фото-расщепляться группа , которая блокирует образование водородных связей между соседними ДТС при включении на амидов в дискотиках (1б). При photocleavage УФ-светом, ВТА в растворе способен распознавать и взаимодействовать с идентичными молекулами ВТА через 3-кратном чydrogen массив облигаций, со связывающим силой, которая сильно зависит от температуры 17. Так как Ван-дер-Ваальса достопримечательности являются минимальными для стеариловых покрытием частиц диоксида кремния в циклогексане, а также свето- и не зависит от температуры, наблюдаемая раздражители реагирующих коллоидный сборка должна быть БТА-опосредованной.

Это подробное видео показано, как синтезировать и охарактеризовать супрамолекулярных коллоидов и как изучать их самосборки при УФ-облучении с помощью конфокальной микроскопии. Кроме того, простой протокол анализа изображений отличить коллоидные синглеты от сгруппированных коллоидов и для определения количества коллоидов в кластерах сообщается. Универсальность стратегии синтеза позволяет легко варьировать размер частиц, покрытие поверхности, а также введенную связывающий фрагмент, который открывает новые возможности для развития большого семейства коллоидных строительных блоков для мезоструктурированных современных материалов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Синтез ядро-оболочка частиц кремнезема

Примечание: частицы диоксида кремния синтезировали в соответствии со следующей процедурой, которая основана на методе Stober 24,25.

  1. Синтез флуоресцентных семян кремнезема
    1. Растворить 105 мг (0,27 ммоль) флуоресцеином изотиоцианатом в 5 мл этанола.
    2. Добавляют 100 мкл (3-аминопропил) триэтоксисилана (APTES, 0,43 ммоль) к предыдущему раствору.
    3. Разрушать ультразвуком раствор в течение 5 мин, и пусть она реагировать в течение ночи в атмосфере аргона при комнатной температуре при перемешивании. Краситель функционализованных APTES комплекс используют без дополнительной очистки.
    4. В 1 л круглодонную колбу, смесь 2,5 мл красителя функционализованных APTES 25 мл аммиака (25% в воде) и 250 мл этанола.
    5. Добавьте 10 мл тетраэтилортосиликата (ТЭОС) под мениском предыдущей реакционной смеси с помощью стеклянной пипетки whilе перемешивании магнитной мешалкой.
    6. Аналогичным образом, после того, как 5 ч, добавить еще 1,75 мл ТЭОС и перемешивали смесь в течение ночи в атмосфере аргона.
    7. Налейте дисперсию в несколько 45 мл пробирки.
    8. Центрифуга трубки (350 XG, 30 мин), удалить супернатант и добавляют 30 мл свежего этанола в каждую пробирку. Разрушать ультразвуком новые дисперсии в течение 3 мин, и центрифуга снова, чтобы удалить супернатант. Повторите эти шаги стирки 3 раза.
    9. Хранить флуоресцентные семена в этаноле в концентрации приблизительно от 13,6 мг / мл и в темноте (во избежание попадания света).
    10. Готовят нефлуоресцентном семена, следуя той же процедуре, исключив добавление флуоресцентного красителя.
      Примечание: После этой процедуры получают семена около 100 нм в радиусе.
  2. Синтез частиц кремнезема ядро-оболочка
    1. Наполните 1 л круглодонную колбу с 51 мл этанола, 17 мл деионизированной воды, 3,4 мл аммиака (25% в воде) и 4мл дисперсии семян (54,4 мг флуоресцентных семян приблизительно).
    2. Заполните пластиковый шприц с 5 мл TEOS и 10 мл этанола.
    3. Заполните второй пластиковый шприц с 1,34 мл аммиака (25% в воде), 3,4 мл деионизированной воды и 10,25 мл этанола.
    4. Подключите оба шприцы с круглым дном колбу с пластиковой трубкой.
    5. Оборудуйте колбу с потоком аргона и магнитной мешалкой. Впуск аргона должен быть рядом с выходным отверстием второго шприца, чтобы избежать контакта между аммиаком газами, поступающими из капель Теос, чтобы предотвратить вторичное зародышеобразование.
    6. Добавьте содержание обоих шприцев одновременно при 1,7 мл / ч с использованием перистальтических насосов при перемешивании смеси. Убедитесь в том, чтобы получить свободные капли при падении, чтобы избежать скользя на стенах и, следовательно, вторичного зародышеобразования.
    7. Прекратить добавление после 7 ч, с получением частиц ядро-оболочка из приблизительно 300 нм в радиусе.
    8. Залить содержимое колбы в несколько 45 мл пробирки.
    9. Центрифуга трубки (350 XG, 30 мин), удалить супернатант и добавляют 30 мл свежего этанола в каждую пробирку. Разрушать ультразвуком новую диспергированием в течение 3 мин и центрифугируют еще раз, чтобы удалить надосадочную жидкость. Повторите эти шаги стирки 3 раза.
    10. Держите частицы ядро-оболочка в этаноле и в темноте (во избежание воздействия света).
    11. Приготовьте нефлуоресцентной частицы кремнезема следуя той же процедуре, но с использованием нефлуоресцентной семян.

2. Функционализация кремнезема коллоидов

  1. Синтез NVOC-функционализированный коллоидов
    1. Дисперсные 10 мг частиц кремнезема ядро-оболочка в 1 мл этанола вместе с 12 мг (0,03 ммоль) молекулы NVOC-С11-OH и 31 мг (0,11 ммоль) стеариловый спирт в 50-мл круглодонную колбу, (в результате в-OH NVOC-C11 молярном соотношении 20/80 / стеариловый спирт).
    2. Разрушать ультразвуком смесь в течение 10 мин, чтобы гарантировать, что все молекулы растворяются, а частицы хорошо dispersed.
    3. Добавить к смеси магнитной мешалкой и выпарить этанол с устойчивым потоком аргона при комнатной температуре. Перед тем, как продолжить, убедитесь, что нет этанол осталось, в противном случае он может вступать в реакцию с силанольными группами частиц. Для того, чтобы проверить, является ли этанол полностью испаряется необходимо обращать внимание на температуру в нижней части колбы. Если он чувствует холод, этанол еще не полностью испарилась.
    4. Нагрейте колбы до 180 ° С в течение 6 ч при непрерывном перемешивании и под непрерывным потоком аргона 22.
    5. Пусть колбу охлаждают до комнатной температуры.
    6. Добавьте 3 мл CHCl 3 в колбу и разрушать ультразвуком в течение 5 мин (или пока все твердое содержимое было растворено или диспергировано).
    7. Центрифуга дисперсия (2600 XG, 4 мин), удалить супернатант и добавить свежий CHCl 3. Разрушать ультразвуком новую диспергированием в течение 3 мин и центрифугируют еще раз, чтобы удалить надосадочную жидкость. Повторите эти шаги стирки 6 раз. Сухие частицы при 70 ° С в вакууме в течение ночи и хранить их в эксикаторе.
  2. Синтез BTA-коллоидов
    1. Дисперсные 10 мг частиц функционализованные с 20/80 мольном соотношении NVOC-С11-ОН / стеариловый спирт в 3 мл CHCl 3.
    2. Облучать дисперсии в УФ-печи (λ макс = 354 нм) в течение 1 часа , чтобы расщепить группу NVOC. Убедитесь, что удаление защитной группы однородна на поверхности частиц путем перемешивания дисперсии осторожно с помощью магнитной мешалки в то время как удаление защитной группы. Это дает частицы Амин-функционализированный (рис 1a).
    3. Растворите 9 мг производного бензола-1,3,5-tricarboxamide (BTA, 0,01 ммоль), 8,7 мкл N, N - диизопропилэтиламин (DIPEA, 0,05 ммоль) и 5,2 мг (бензотриазол-1-илокси) tripyrrolidinophosphonium гексафторфосфат ( РуВОР, 0,01 ммоль) в 1 мл CHCl 3.
    4. Добавить раствор в амин- функционализированного рСтатья дисперсии и перемешивают в течение ночи при комнатной температуре и в атмосфере аргона.
    5. Центрифуга дисперсия (2600 XG, 4 мин), удалить супернатант и добавляют 3 мл свежей CHCl 3. Разрушать ультразвуком новую диспергированием в течение 3 мин и центрифугируют еще раз, чтобы удалить надосадочную жидкость. Повторите эти шаги стирки 6 раз.
    6. Сухие частицы при 70 ° С в вакууме в течение 48 ч и хранить их в эксикаторе.

3. Статическое рассеяние света Измерения (SLS)

Примечание: Используйте нефлуоресцентном частицы, так как люминесцентная сердцевина поглощает свет той же длины волны, что и падающего лазерного света обычного оборудования рассеяния света.

  1. не функционализации 10 мг нефлуоресцирующих частиц кремнезема с стеариловый спирт только (без NVOC-C11-OH) в соответствии с процедурой, описанной в разделе 2.1.
  2. Подготовить 500 мкл дисперсии 0,033 мг / мл, не являющихся функционализированных частиц в воде и длДругой 2 мг / мл частиц спиртовых покрытием стеариловых в циклогексан.
  3. Разрушать ультразвуком обе дисперсии в течение не менее 20 мин, чтобы гарантировать, что частицы хорошо разошлись.
  4. Измерьте интенсивность рассеянного обеих дисперсий, растворителей и эталонного растворителя от 30 ° до 120 ° с шагом 5 °.
  5. Участок интенсивность образца (I образца) как функция д
    (Уравнение 1) д =п грешить растворителя / 2) / λ O
    с углом рассеяния & thetas, показатель преломления растворителя п растворителя и длины волны лазерного Х о.
  6. Установите данные по следующему уравнению с использованием программного обеспечения (например, происхождение)
    (Уравнение 2) I образец = CP (Qr)
    где С является константой и форм - фактор P (Qr) задается
    (Уравнение 3) <IMG Alt = "Уравнение 3" SRC = "/ файлы / ftp_upload / 53934 / 53934eq3.jpg" />

    в котором средний радиус сферической коллоидов R.
  7. Извлечение R от припадков для каждой дисперсии.
  8. Рассчитать отношение Рэлея (R q), которая является абсолютной мерой для интенсивности рассеянного света, в соответствии со следующим уравнением, для каждого & thetas.
    (Уравнение 4) Уравнение 4

    с интенсивностью образца, растворитель и ссылка, я образец, я растворителю и я сослаться соответственно, показатель преломления растворителя и опорный н растворитель и п ссылка, соответственно, и Рэлея Отношение ссылки ссылка R. Здесь используют толуол в качестве ссылки, Такое , что п вода = 1,332, п = 1,497 толуол, циклогексан п = 1,426; R = 2.74x10 толуол -3 м -1 26.
  9. Вычисляют средний показатель преломления коллоидов (п коллоидов) от R & thetas и формуле 5.
    (Уравнение 5) Уравнение 5

    с числом частиц в единице объема N, объем частицы об частицы заданной об частицы = 4/3 πR 3, и предполагая , что структурный фактор S (Q) ~ 1, что является пределом невзаимодействующих частиц.

4. Количественная оценка числа активных центров на одну частицу

Примечание: Используйте мелкие частицы 13 нм в радиусе (с большей поверхностью для-Соотношение объемов).

  1. Функционализации маленькие коммерчески доступные частицы с 20/80 мольном соотношении NVOC-C11-OH / стеариловый спирт, следуя процедуре, описанной в Разделе 2.1.
  2. Дисперсные 20 мг мелких частиц, функционализированных в 1 мл CHCl 3 и облучать дисперсии в УФ-печи (l макс = 354 нм) в течение 1 ч , чтобы расщепить группу NVOC. Перемешивать дисперсию осторожно с магнитной мешалкой во время снятия защиты. Таким образом, коллоиды не оседают, а их поверхность остается воздействию УФ-света, следовательно, обеспечивает однородное удаление защитных групп.
  3. Спин вниз полученных частиц аминные функционализованных (3,400 XG, 10 мин) и удалить супернатант.
  4. Сухие частицы при 70 ° С в течение 2 часов.
  5. Растворить 0,50 мг сукцинимидил-3- (2-пиридилдитио) пропионата (СПДП, 0,0016 ммоль) в 200 мкл диметилформамида (ДМФ).
  6. Добавить раствор SPDP до 20 мг высушенных частиц амин-функционализированные и воронкаСистема в течение 30 мин. В течение этого времени все доступные первичные амины на коллоидов прореагирует с SPDP.
  7. Промыть частицы с 1 мл ДМФ в течение 6 раз (или до тех пор, ни один свободный СПДП не обнаружено в надосадочной жидкости с помощью УФ-видимой спектроскопии при λ = 375 нм). В последней стадии промывки попытаться удалить как можно больше супернатант насколько это возможно.
  8. Растворить 0,53 мг дитиотреитола (DTT, 0,0034 ммоль) в 50 мкл ДМФА. Добавить раствор DTT к частицам и вихревые дисперсию в течение 30 мин. В течение этого времени группа пиридин-2-тиона расщепляется.
  9. Определить абсорбцию свободного пиридин-2-тиона, высвобождаемого в надосадочной жидкости при λ = 293 нм с микрообъема УФ-Вид спектрофотометр.
  10. Построить калибровочную кривую для определения коэффициента экстинкции ɛ (~ 12.1x10 3 М -1 см -1) пиридин-2-тиона в ДМФА путем измерения поглощения серии разведений различных известных количеств SPDP с избытком ДТТ ,
  11. C P2T, которая отщепляется от частиц с использованием закона Ламберта-Бера:
    (Уравнение 6) Abs = C P2T ε л
    с молярной концентрацией пиридин-2-тиона C P2T, коэффициент экстинкции ɛ и длины пути л.
  12. Подсчитайте число активных участков (аминов) на одну частицу со следующим уравнением:
    (Уравнение 7) Уравнение 7
    с массой одной частицы М частицы то есть М частица = 4 / 3πR 3 ρ, с ρ = 1,295 г / см 3, общая взвешенная масса частиц М общей (20 мг) , а общий объем V общей (50 мкл). Это уравнение предполагает, что все имеющиесяамины вступают в реакцию с SPDP и ДТТ уменьшает все молекулы SPDP прикрепленные к частицам.

5. Монитор коллоидное Ассамблеи конфокальной микроскопией

Примечание: частицы Используйте ядро-оболочка с диоксидом кремния (с флуоресцентным сердцевиной и нефлуоресцентном оболочки).

  1. Подготовьте 400 мкл дисперсии 0,1 вес% от ВТА-функционализированных частиц в циклогексан и разрушать ультразвуком образца в течение 20 мин.
  2. Облучают пробирку образца в УФ - печи (λ макс = 354 нм) , чтобы расщепить от Выходов нитробензил группу БТА. Возьмите 25 мкл аликвоты в разное время облучения, например, от 0 до 30 мин, чтобы следить за процессом кластеризации.
  3. Поместите различные аликвоты на различных стеклах с помощью спейсера и закройте камеры с покровным стеклом (размер камера диаметр 13 мм × высота 0,12 мм). После закрытия камеры, поверните покровное вниз головой, чтобы частицы осадка и adsorВ на стекле, что облегчает визуализацию.
  4. Возьмем несколько изображений каждого образца с конфокальной микроскопии как можно скорее после приготовления образца для каждого времени облучения.

6. Изображение

  1. Количественное числа синглета с ImageJ
    Примечание: Все команды, используемые для написания сценария описаны в руководстве ImageJ:
    http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/user-guide.pdf
    1. Гладкая конфокальной изображения, чтобы удалить отдельные пиксели из краев и заполнить небольшие отверстия, работающих под управлением "Smooth" функцию.
    2. Принимая во внимание, что только ядра являются люминесцентные, не расширяют яркие области до края частиц, принадлежащих к одному кластеру ощупь и частицы сливаются. Сделайте это с помощью фильтра "Разбавить". С частицами с толщиной оболочки примерно 180 нм, а также фотографий с разрешением 0,02 мкм / пиксель, два шага растяжения достаточно.
    3. Преобразование изображенияв двоичную картину под управлением "Сделать двоичный" функцию.
    4. Установите масштаб, запустив инструмент "" Set Scale ... ", расстояние = 1 = 0,02, известный пиксель = 1 единица = ит" "для снимков, сделанных с разрешением 0,02 мкм / пиксель, например.
    5. Применить пороговый размер, чтобы различать шум и вне фокуса частиц из в находящихся не в фокусе частиц. Например, с фотографий, сделанных с разрешением 0,02 мкм / пиксель, все области меньше, чем 0,2 пикселей исключены. Делайте это с помощью «Анализируй частицы ..." команду, "размер = 0,2-бесконечность".
    6. Создание all.jpg изображение и файл all.txt с размером всех ярких областей на изображении (кластеров и синглета) с помощью команды "" результаты ", _all.txt" "и" "JPEG", "все" ".
    7. Предположим , что все светлые области от 0.2 до 0.7 пикселей по размеру и с округлости (округлости = 4 π Область / Периметр 2) между 0,7 и 1,0 являютсяфуфайки, выполнив команду "Анализ частиц ...", "округлость = 0.7-1.0".
    8. Создайте singlets.jpg изображение и singlets.txt файл с информацией о всех светлых областей, которые фуфайки с помощью команд "" результатов ", _singlets.txt" "и" "JPEG", "синглеты" ".
  2. Обрабатывать информацию с Matlab
    1. Прочитайте файл .txt синглетный и вычислить средний размер синглета на картину (синглет).
    2. Используйте средний размер синглетного вычислить число частиц в кластере (А дублет = 2А синглет, триплет = 3A синглетный ...) , а общее число частиц в картине из другого файла all.txt.
    3. Вычислить долю частиц в синглеты для каждого времени экспозиции: F синглетами = количество синглетами / всех частиц
    4. Вычислить долю дублеты, триплеты и т.д.: F дублетов = 2 * число дублетов / всех частиц и т.д.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Учитывая , что двухступенчатая процедура используется для синтеза супрамолекулярном коллоиды (рис 1а) соединяет производные БТА - (рисунок 1b) на второй стадии , при комнатной температуре и в условиях умеренно-реакции, ее устойчивость обеспечивается.

Рисунок 1
Рисунок 1. Схема синтеза супрамолекулярных коллоидов. А) Связывание стеариловый спирт и NVOC защищенные алкильной цепи на кремнеземных коллоидах, а затем амином снятия защиты при облучении УФ-излучением в УФ-печь и последующее связывание молекулы. В) Структура BTA бензольного-1 , 3,5-tricarboxamide (ВТА) производное используется. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

диоксид кремния и оксид кремния п @ стеариловый спирт = 1,436 (Рисунок 2). Это ясно показывает, что поверхность функционализации оказывает влияние на показатель преломления коллоидов. Химический состав монослоя стеариловый спирт коллоидов с покрытием и BTA-коллоидов весьма похожи, так как молярная доля BTA составляет не более 0,2. Таким образом, мы предполагаем , что показатель преломления БТА-коллоидов близка к п кремнезема @ стеариловый спирт = 1.436.

фигура 2
Рисунок 2. Статические измерения рассеяния света на основе диоксида кремния коллоидов. Интенсивность рассеянного света в зависимости от угла обнаружения для A & thetas В) стеариловый спирт покрытием в циклогексана. Пунктирные линии являются подгонку к экспериментальным точкам данных. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Используя схему реакции , показанной на рисунке 3, мелкие частицы , функционализированный с стеариловый спирт молярного результат 20/80 NVOC-С11-OH / соотношение в 1 амина на 46,4 нм 2 на своей поверхности. Это число может быть в свою очередь коррелирует с числом супрамолекулярных частей, которые могут быть связаны между собой, которое мы называем мультивалентности частиц.

Рисунок 3
Рисунок 3. Оценка количества активных участков на частицу. Процедура , чтобы определить количествоаминов на частицу: амин-функционализированные коллоиды, подвергают взаимодействию с SPDP. Здесь и далее, DTT добавляют к системе расщеплять от Пиридин-2-тион группу, которая может быть обнаружена photospectrometry на ее поглощения максимум Х макс = 293 нм в DMF. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

В конфокальных изображениях, большинство супрамолекулярных коллоидов дисперсии перед облучением ультрафиолетовым светом синглетны (рис 4, вверху). Интересно, что при облучении, эволюция из синглетного состояния в кластерном состоянии наблюдается (рис 4 средней и нижней). Анализ изображений используется для контроля агрегации в более количественном выражении. Резкое уменьшение числа синглетами от 80% до 9% наблюдается при УФ-облучении в течение первых 5минут.

Рисунок 4
Процедура Рисунок 4. Обработка изображений. Микроскопия изображения Оригинал конфокальной, бинарные изображения и площадь синглетами для образцов снимают защиту для (вверху) 0 мин, (средний) 15 сек и (внизу) 5 мин. Шкалы составляет 10 мкм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Когда циклогексана, с показателем преломления 1,426, используется в качестве растворителя для разгона BTA-коллоидов, ван-дер-ваальсовых взаимодействий очень слабы, так как показатели преломления коллоидов и растворителя почти одинаковы. Обратите внимание, что концентрация функционализированных коллоидов Для экспериментов использовали СЛС в циклогексан значительно выше по сравнению с голыми коллоидов кремнезема в воде. Это необходимо для того, чтобы получить достаточно сильное рассеяние из-за низкого контраста как показатель преломления практически совпадают. Следовые количества воды в образцах циклогексана немедленно обнаруживаются, хотя и косвенно, путем пренебрежимо малой кластеризация за счет капиллярных сил. Поэтому крайне важно , чтобы гарантировать , что коллоиды свободны от воды во время всех стадий синтеза путем их сушки в вакууме в течение длительного периода времени , как описано в протоколе.

Учитывая, что метод, используемый для количественного определения аминов анализирует количество пиридин-2-тионае отщепляют от частиц, она обходит артефакты из-за рассеяния частиц, которые могут быть, с которыми сталкиваются с использованием других методов, таких как ЯМР. Предполагая, равную поверхностной плотности при малых и больших частиц, обнаруженное амина плотность для малых частиц соответствует примерно 24350 аминов на больших коллоидов 300 нм в радиусе. Интересно отметить, что введенный подход позволяет регулировать многозначности супрамолекулярных коллоидов путем простого изменения-OH NVOC-C11 / стеариловый спирт молярное соотношение в течение первой стадии функционализации. Такое изменение в мультивалентности может быть дополнительно количественно с помощью той же процедуры амина квантификации.

Успешное рассеивание коллоидов в синглеты до того активации светом, наблюдали с помощью конфокальной микроскопии, находится в соответствии с очень слабыми ван - дер - Ваальса и ничтожным водородной связи в циклогексане до photocleavage защитного O - нитробензил группы. Следовательно, фотоиндуцированную кластеризацияможно легко отнести к супрамолекулярных фрагментами. Это очень важно, поскольку мы стремимся направить кластеризацию с помощью супрамолекулярных сил. Расщепление O - нитробензил группы с помощью УФ-света , на самом деле позволяет ДТС прикрепленных на различных коллоидов взаимодействовать, тем самым содействуя коллоидный самосборки, что подтверждается образованием кластеров.

В заключение, мы продемонстрировали простой метод для соединения BTA-производных на частицы диоксида кремния, контролируемым образом. Поведение получающихся супрамолекулярных коллоидов успешно регулируется привлекательными взаимодействия между поверхностными молекулами-привитого, а именно межмолекулярных водородных связей взаимодействий. Эта методика может быть легко расширена, чтобы синтезировать широкий спектр различных надмолекулярных коллоидов, украшенных другими типами надмолекулярных фрагментов. Следовательно, протокол, описанный здесь, прокладывает путь к разработке нового семейства строительных блоков для формирования мезоструктурированных коллоидныйматериалы.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Acknowledgements

Авторы признают, Нидерландская организация по научным исследованиям (NWO ЭХО-STIP Грант 717.013.005, СВО VIDI Грант 723.014.006) за финансовую поддержку.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wang, Y., et al. Colloids with valence and specific directional bonding. Nature. 491, (7422), 51-55 (2012).
  2. Klinkova, A., Therien-Aubin, H., Choueiri, R. M., Rubinstein, M., Kumacheva, E. Colloidal analogs of molecular chain stoppers. PNAS. 110, (47), 18775-18779 (2013).
  3. Galisteo-Lõpez, J. F., et al. Self-assembled photonic structures. Adv. Mater. 23, (1), 30-69 (2011).
  4. Kim, H., et al. Structural colour printing using a magnetically tunable and lithographically fixable photonic crystal. Nat. Photonics. 3, (9), 534-540 (2009).
  5. Dinsmore, A. D., et al. Colloidosomes: Selectively permeable capsules composed of colloidal particles. Science. 298, (5595), 1006-1009 (2002).
  6. Destribats, M., Rouvet, M., Gehin-Delval, C., Schmitt, C., Binks, B. P. Emulsions stabilised by whey protein microgel particles: Towards food-grade Pickering emulsions. Soft Matter. 10, (36), 6941-6954 (2014).
  7. Prevo, B. G., Hon, E. W., Velev, O. D. Assembly and characterization of colloid-based antireflective coatings on multicrystalline silicon solar cells. J. Mater. Chem. 17, (8), 791-799 (2007).
  8. Kitaev, V., Ozin, G. A. Self-assembled surface patterns of binary colloidal crystals. Adv. Mater. 15, (1), 75-78 (2003).
  9. Plettl, A., et al. Non-Close-Packed crystals from self-assembled polystyrene spheres by isotropic plasma etching: adding flexibility to colloid lithography. Adv. Funct. Mater. 19, (20), 3279-3284 (2009).
  10. Yethiraj, A., Van Blaaderen, A. A colloidal model system with an interaction tunable from hard sphere to soft and dipolar. Nature. 421, (6922), 513-517 (2003).
  11. Spruijt, E., et al. Reversible assembly of oppositely charged hairy colloids in water. Soft Matter. 7, (18), 8281-8290 (2011).
  12. Kraft, D. J., et al. Surface roughness directed self-assembly of patchy particles into colloidal micelles. PNAS. 109, (27), 10787-10792 (2012).
  13. Rossi, L., et al. Cubic crystals from cubic colloids. Soft Matter. 7, (9), 4139-4142 (2011).
  14. Erb, R. M., Son, H. S., Samanta, B., Rotello, V. M., Yellen, B. B. Magnetic assembly of colloidal superstructures with multipole symmetry. Nature. 457, (7232), 999-1002 (2009).
  15. Vutukuri, H. R., et al. Colloidal analogues of charged and uncharged polymer chains with tunable stiffness. Angew. Chem. Int. Edit. 51, (45), 11249-11253 (2012).
  16. De Greef, T. F. A., Meijer, E. W. Materials science: Supramolecular polymers. Nature. 453, (7192), 171-173 (2008).
  17. De Feijter, I., Albertazzi, L., Palmans, A. R. A., Voets, I. K. Stimuli-responsive colloidal assembly driven by surface-grafted supramolecular moieties. Langmuir. 31, (1), 57-64 (2015).
  18. Celiz, A. D., Lee, T. C., Scherman, O. A. Polymer-mediated dispersion of cold nanoparticles: using supramolecular moieties on the periphery. Adv. Mater. 21, (38-39), 3937-3940 (2009).
  19. Cantekin, S., De Greef, T. F. A., Palmans, A. R. A. Benzene-1,3,5-tricarboxamide: A versatile ordering moiety for supramolecular chemistry. Chem. Soc. Rev. 41, (18), 6125-6137 (2012).
  20. Mes, T., Van Der Weegen, R., Palmans, A. R. A., Meijer, E. W. Single-chain polymeric nanoparticles by stepwise folding. Angew. Chem. Int. Edit. 50, (22), 5085-5089 (2011).
  21. van Blaaderen, A., Vrij, A. Synthesis and characterization of monodisperse colloidal organo-silica spheres. J. Colloid Interf. Sci. 156, (1), 1-18 (1993).
  22. Van Helden, A. K., Jansen, J. W., Vrij, A. Preparation and characterization of spherical monodisperse silica dispersions in nonaqueous solvents. J. Colloid Interf. Sci. 81, (2), 354-368 (1981).
  23. Israelachvili, J. Intermolecular and Surface Forces. Van der Waals forces between particles and surfaces. 3rd, Elsevier. 253-289 (2011).
  24. van Blaaderen, A., Vrij, A. Synthesis and characterization of colloidal dispersions of fluorescent, monodisperse silica spheres. Langmuir. 8, (12), 2921-2931 (1992).
  25. Giesche, H. Synthesis of monodispersed silica powders II. Controlled growth reaction and continuous production process. J. Eur. Ceram. Soc. 14, (3), 205-214 (1994).
  26. Wu, H. Correlations between the Rayleigh ratio and the wavelength for toluene and benzene. Chem. Phys. 367, (1), 44-47 (2010).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics