संश्लेषण और supramolecular Colloids की विशेषता

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 कोलाइडयन सामग्री विज्ञान और प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में बड़े पैमाने पर आवेदन, आणविक और परमाणु सामग्री 1,2 पर मौलिक अध्ययन के लिए मॉडल प्रणाली के रूप में, फोटोनिक सामग्री 3,4 के रूप में, दवा वितरण प्रणाली 5,6 के रूप में मिल कोटिंग्स के रूप में 7 और लिथोग्राफी में सतह patterning के लिए 8,9। चूंकि lyophobic कोलाइड metastable सामग्री अंततः सर्वव्यापी वान डर वाल्स संबंधों के कारण अचल कुल कि कर रहे हैं, विशेष लक्ष्य संरचनाओं में उनके हेरफेर बेहद मुश्किल है। कई रणनीतियों धुन करने के लिए additives के उपयोग इलेक्ट्रोस्टैटिक 10,11 या कमी बातचीत 12,13, या इस तरह के चुंबकीय 14 या बिजली के 15 क्षेत्रों के रूप में विदेश से चलाता सहित कोलाइडयन विधानसभा स्वयं को नियंत्रित करने के लिए विकसित किया गया है। एक परिष्कृत वैकल्पिक रणनीति संरचना पर नियंत्रण प्राप्त करने के लिए, गतिशीलता और इन प्रणालियों के यांत्रिकी उनके functionalization बुद्धि हैज अणुओं विशिष्ट और दिशात्मक बलों के माध्यम से बातचीत। Supramolecular रसायन विज्ञान साइट विशेष, दिशात्मक और मजबूत अभी तक प्रतिवर्ती बातचीत का प्रदर्शन छोटे अणुओं, जो शक्ति में विलायक polarity, तापमान और प्रकाश 16 द्वारा संग्राहक जा सकता है की एक व्यापक उपकरण बॉक्स प्रदान करता है। चूंकि उनके गुणों को थोक में और समाधान में बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है, इन अणुओं एक उम्मीद के मुताबिक तरीके से विदेशी चरणों में नरम सामग्री संरचना करने के लिए आकर्षक उम्मीदवार हैं। इस तरह के एक एकीकृत दृष्टिकोण की स्पष्ट संभावित supramolecular रसायन विज्ञान के माध्यम से कोलाइडयन विधानसभा आर्केस्ट्रा के बावजूद, इन विषयों को शायद ही कभी mesostructured कोलाइडयन सामग्री 17,18 के गुणों दर्जी को interfaced है।

supramolecular कोलाइड की एक ठोस मंच के तीन मुख्य आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। सबसे पहले, supramolecular आधा भाग के युग्मन गिरावट को रोकने के लिए हल्के-शर्तों के तहत किया जाना चाहिए। दूसरे, separati पर सतह बलोंons के सीधे संपर्क से बड़ा सीमित रूपांकनों, कि uncoated कोलाइड लगभग विशेष रूप से बाहर रखा मात्रा बातचीत के माध्यम से बातचीत करनी चाहिए जिसका मतलब है का प्रभुत्व होना चाहिए। इसलिए, कोलाइड की भौतिक-रासायनिक गुणों अन्य बातचीत में इस तरह के वान डर वाल्स या electrostatic बलों के रूप में कोलाइडयन प्रणालियों में निहित दबाने के अनुरूप होना चाहिए। तीसरा, लक्षण supramolecular moieties की उपस्थिति के लिए विधानसभा की एक स्पष्ट रोपण के लिए अनुमति चाहिए। इन तीन आवश्यक शर्तें को पूरा करने के लिए, supramolecular कोलाइड की एक मजबूत दो कदम संश्लेषण विकसित किया गया था (चित्रा 1 ए)। एक पहले चरण में, हाइड्रोफोबिक NVOC-क्रियाशील सिलिका के कण cyclohexane में फैलाव के लिए तैयार हैं। NVOC समूह आसानी से चिपके रहते जा सकता है, अमाइन-क्रियाशील कणों से बेदखल। amines के उच्च जेट वांछित supramolecular आधा भाग हल्के प्रतिक्रिया स्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला का उपयोग कर के साथ सीधा उत्तर-functionalization सक्षम बनाता है। इस के साथ साथ, हम जनसंपर्कstearyl शराब और एक बेंजीन-1,3,5-tricarboxamide (बीटीए) व्युत्पन्न 20 के साथ सिलिका मोतियों की functionalization द्वारा supramolecular कोलाइड epare। Stearyl शराब निभाता कई महत्वपूर्ण भूमिकाओं: यह कोलाइड organophilic बनाता है और यह कम दूरी steric repulsions कोलाइड 21,22 के बीच बातचीत अविशिष्ट कम करने के लिए एड्स जो परिचय। वान डर वाल्स बल आगे कोलाइड का अपवर्तनांक और विलायक 23 के बीच करीबी मैच की वजह से कम हो रहे हैं। लाइट और thermoresponsive कम दूरी की सतह आकर्षक बलों -nitrobenzyl के समावेश संरक्षित BTAs 20 से उत्पन्न कर रहे हैं। हे -nitrobenzyl आधा भाग एक फोटो cleavable समूह है कि ब्लॉक जब discotics में amides को शामिल आसन्न BTAs के बीच हाइड्रोजन बांड के गठन की है (चित्रा 1 बी)। यूवी प्रकाश द्वारा photocleavage पर, समाधान में बीटीए एक 3 गुना ज के माध्यम से समझते हैं और समान बीटीए के अणुओं के साथ बातचीत करने में सक्षम हैydrogen बंधन सरणी, एक बाध्यकारी शक्ति निर्भर तापमान 17 है कि दृढ़ता के साथ। वान डर वाल्स के बाद से आकर्षण cyclohexane में stearyl लेपित सिलिका कणों के रूप में अच्छी तरह से प्रकाश और तापमान स्वतंत्र रूप के लिए कम कर रहे हैं, मनाया उत्तेजनाओं उत्तरदायी कोलाइडयन विधानसभा होना चाहिए बीटीए की मध्यस्थता।

इस विस्तृत वीडियो दर्शाता synthesize करने के लिए कैसे और supramolecular कोलाइड विशेषताएँ और कैसे confocal माइक्रोस्कोपी द्वारा यूवी विकिरण पर उनके विधानसभा स्वयं अध्ययन करने के लिए। इसके अलावा, एक सरल छवि विश्लेषण प्रोटोकॉल क्लस्टर कोलाइड से कोलाइडयन singlets भेद करने के लिए और समूहों में सूचना दी है प्रति कोलाइड की राशि का निर्धारण करने के लिए। सिंथेटिक रणनीति की बहुमुखी प्रतिभा की अनुमति देता है के लिए आसानी से कण आकार, सतह कवरेज के रूप में अच्छी तरह के रूप में पेश बाध्यकारी आधा भाग है, जो mesostructured उन्नत सामग्री के लिए कोलाइडयन इमारत ब्लॉकों के एक बड़े परिवार के विकास के लिए नए रास्ते खुल बदलती हैं।

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Protocol

1. कोर-खोल सिलिका के कण के संश्लेषण

नोट: सिलिका के कण निम्नलिखित प्रक्रिया है, जो STOBER विधि 24,25 पर आधारित है के अनुसार संश्लेषित कर रहे हैं।

  1. फ्लोरोसेंट सिलिका बीज के संश्लेषण
    1. fluorescein-आइसोथियोसाइनेट इथेनॉल के 5 मिलीलीटर में 105 मिलीग्राम (0.27 mmol) भंग।
    2. पिछले समाधान करने के लिए (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES, 0.43 mmol) के 100 μl जोड़ें।
    3. 5 मिनट के दौरान समाधान Sonicate और यह कमरे के तापमान पर एक आर्गन वातावरण के तहत रात भर प्रतिक्रिया जबकि सरगर्मी करते हैं। डाई-क्रियाशील APTES जटिल शुद्धि के बिना किया जाता है।
    4. एक 1 एल दौर नीचे कुप्पी मिश्रण अमोनिया की 25 मिलीलीटर (पानी में 25%) और इथेनॉल के 250 मिलीलीटर के साथ डाई-क्रियाशील APTES के 2.5 मिलीलीटर में।
    5. एक गिलास पिपेट whil की मदद से पिछले प्रतिक्रिया मिश्रण का meniscus के तहत tetraethylorthosilicate (TEOS) के 10 मिलीलीटर जोड़ेंई एक चुंबकीय उत्तेजक साथ क्रियाशीलता।
    6. इसी तरह, 5 घंटे के बाद, TEOS का एक और 1.75 मिलीलीटर जोड़ने और एक आर्गन वातावरण के तहत रात भर मिश्रण हलचल।
    7. कई 45 मिलीलीटर ट्यूबों में फैलाव डालो।
    8. ट्यूब (350 XG, 30 मिनट) अपकेंद्रित्र, तैरनेवाला निकालें और प्रत्येक ट्यूब में ताजा इथेनॉल के 30 मिलीलीटर जोड़ें। सतह पर तैरनेवाला दूर करने के लिए फिर से 3 मिनट के लिए नए dispersions, और सेंट्रीफ्यूज Sonicate। दोहराएँ इन धोने कदम 3 बार।
    9. 13.6 बारे में मिलीग्राम / एमएल की एकाग्रता में और अंधेरे (प्रकाश के संपर्क से बचने) में इथेनॉल में फ्लोरोसेंट बीज रखें।
    10. एक ही प्रक्रिया फ्लोरोसेंट रंजक के अलावा छोड़ते हुए निम्न गैर फ्लोरोसेंट बीज तैयार करें।
      नोट: इस प्रक्रिया के बाद, त्रिज्या में लगभग 100 एनएम का बीज प्राप्त कर रहे हैं।
  2. कोर-खोल सिलिका कणों का संश्लेषण
    1. 4 इथेनॉल के 51 मिलीलीटर, विआयनीकृत पानी की 17 मिलीलीटर, अमोनिया की 3.4 मिलीलीटर (पानी में 25%) और के साथ एक 1 एल दौर नीचे कुप्पी भरेंबीज फैलाव की मिलीलीटर (फ्लोरोसेंट बीज की 54.4 मिलीग्राम लगभग)।
    2. इथेनॉल के TEOS के 5 मिलीग्राम और 10 मिलीग्राम के साथ एक प्लास्टिक सिरिंज भरें।
    3. विआयनीकृत पानी की 3.4 मिलीग्राम और इथेनॉल के 10.25 मिलीलीटर अमोनिया की 1.34 मिलीग्राम (पानी में 25%), के साथ एक दूसरे प्लास्टिक सिरिंज भरें।
    4. प्लास्टिक टयूबिंग के साथ दौर नीचे कुप्पी के लिए दोनों सीरिंज कनेक्ट करें।
    5. एक आर्गन प्रवाह और एक चुंबकीय उत्तेजक साथ कुप्पी लैस। आर्गन इनलेट दूसरे सिरिंज TEOS बूंदों से अमोनिया गैसों के बीच संपर्क से बचने के लिए माध्यमिक nucleation को रोकने के लिए की दुकान के बगल में हो गया है।
    6. 1.7 मिलीग्राम / घंटा के क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप का उपयोग करते समय मिश्रण सरगर्मी पर एक ही समय में दोनों सीरिंज की सामग्री जोड़ें। मुफ्त गिरने बूंदों प्राप्त करने के लिए दीवारों और इसलिए माध्यमिक nucleation पर ग्लाइडिंग से बचने के लिए किया जाता है।
    7. 7 घंटे के बाद इसके बंद करो के दायरे में लगभग 300 एनएम के कोर-खोल कणों को प्राप्त करने के लिए।
    8. कई 45 मिलीलीटर ट्यूब में कुप्पी की सामग्री डालो।
    9. ट्यूब (350 XG, 30 मिनट) अपकेंद्रित्र, तैरनेवाला निकालें और प्रत्येक ट्यूब में ताजा इथेनॉल के 30 मिलीलीटर जोड़ें। फिर से सतह पर तैरनेवाला दूर करने के लिए 3 मिनट के लिए नए फैलाव, और सेंट्रीफ्यूज Sonicate। दोहराएँ इन धोने कदम 3 बार।
    10. इथेनॉल में कोर-खोल कणों रखें और अंधेरे में (प्रकाश के संपर्क से बचने)।
    11. गैर फ्लोरोसेंट सिलिका के कण उसी प्रक्रिया का पालन लेकिन गैर फ्लोरोसेंट बीज का उपयोग कर तैयार करें।

2. सिलिका Colloids की functionalization

  1. NVOC-क्रियाशील कोलाइड के संश्लेषण
    1. इथेनॉल के 1 मिलीलीटर में कोर-खोल सिलिका कणों की 10 मिलीग्राम फैलाने एक साथ एक 50 मिलीलीटर दौर नीचे फ्लास्क में stearyl शराब के NVOC-C11-ओह अणु के 12 मिलीग्राम (0.03 mmol) और 31 मिलीग्राम (0.11 mmol) (जिसके परिणामस्वरूप के साथ एक 20/80 NVOC-C11-OH / stearyl शराब दाढ़ अनुपात में)।
    2. मिश्रण sonicate 10 मिनट सुनिश्चित करने के लिए कि सभी अणुओं भंग कर रहे हैं और अच्छी तरह से कणों dispe हैंrsed।
    3. मिश्रण में जोड़ें एक चुंबकीय उत्तेजक बार और कमरे के तापमान पर आर्गन की एक सतत स्ट्रीम के साथ इथेनॉल लुप्त हो जाना। आगे बढ़ने से पहले, यह सुनिश्चित करने के लिए कोई इथेनॉल छोड़ दिया है कि वहाँ है, अन्यथा यह कणों की silanol समूहों के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है। जाँच करें कि क्या इथेनॉल पूरी तरह से कुप्पी के नीचे के तापमान पर ध्यान दे सुखाया जाता है। यह ठंडा लगता है, इथेनॉल अभी तक पूरी तरह से सुखाया नहीं है।
    4. कुप्पी निरंतर क्रियाशीलता के तहत और आर्गन 22 की एक सतत स्ट्रीम के तहत 6 घंटे के लिए 180 डिग्री सेल्सियस तक गर्मी।
    5. कुप्पी कमरे के तापमान को ठंडा होने दें।
    6. फ्लास्क और 5 मिनट के लिए (या सभी ठोस सामग्री भंग या तितर-बितर कर दिया गया है जब तक) sonicate में CHCl 3 के 3 मिलीलीटर जोड़ें।
    7. अपकेंद्रित्र फैलाव (2,600 XG, 4 मिनट), सतह पर तैरनेवाला हटाने और ताजा CHCl 3 जोड़ें। फिर से सतह पर तैरनेवाला दूर करने के लिए 3 मिनट के लिए नए फैलाव, और सेंट्रीफ्यूज Sonicate। दोहराएँ इन धोने कदम 6 बार। रात भर vacuo में 70 डिग्री सेल्सियस पर कणों सूखी और उन्हें Desiccator में दुकान।
  2. बीटीए-कोलाइड के संश्लेषण
    1. CHCl 3 के 3 मिलीलीटर में NVOC-C11-OH / stearyl शराब की एक 20/80 दाढ़ अनुपात के साथ क्रियाशील कणों की 10 मिलीग्राम फैलाने।
    2. 1 घंटे के लिए एक यूवी ओवन (λ अधिकतम = 354 एनएम) में फैलाव चमकाना NVOC समूह फोड़ना करने के लिए। सुनिश्चित करें कि deprotection एक चुंबकीय उत्तेजक के साथ धीरे फैलाव सरगर्मी जबकि deprotecting द्वारा कणों की सतह पर सजातीय है। इस amine-क्रियाशील कणों (चित्रा 1 ए) अर्जित करता है।
    3. ((बीटीए, 0.01 mmol) एन -diisopropylethylamine बेंजीन-1,3,5-tricarboxamide व्युत्पन्न के 9 मिलीग्राम, एन के 8.7 μl, (DIPEA, 0.05 mmol) और (benzotriazol-1-yloxy) tripyrrolidinophosphonium Hexafluorophosphate के 5.2 मिलीग्राम भंग PyBOP, 0.01 mmol) CHCl 3 के 1 मिलीलीटर में।
    4. amine- क्रियाशील पी करने के लिए समाधान जोड़ेंलेख फैलाव और कमरे के तापमान पर और एक आर्गन वातावरण के तहत रात भर हलचल।
    5. अपकेंद्रित्र फैलाव (2,600 XG, 4 मिनट), सतह पर तैरनेवाला हटाने और ताजा CHCl 3 के 3 मिलीलीटर जोड़ें। फिर से सतह पर तैरनेवाला दूर करने के लिए 3 मिनट के लिए नए फैलाव, और सेंट्रीफ्यूज Sonicate। दोहराएँ इन धोने कदम 6 बार।
    6. 48 घंटे के लिए vacuo में 70 डिग्री सेल्सियस पर कणों सूखी और उन्हें Desiccator में दुकान।

3. स्टेटिक प्रकाश बिखरने माप (एसएलएस)

नोट: उपयोग गैर फ्लोरोसेंट कणों, के बाद से फ्लोरोसेंट कोर पारंपरिक प्रकाश बिखरने उपकरणों की घटना लेजर प्रकाश के रूप में एक ही तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को अवशोषित कर लेता।

  1. stearyl शराब के साथ गैर फ्लोरोसेंट सिलिका कणों की 10 मिलीग्राम functionalize केवल (कोई NVOC-C11-OH) प्रक्रिया धारा 2.1 में वर्णित के बाद।
  2. पानी और एक में 0.033 मिलीग्राम / गैर-क्रियाशील कणों की मिलीलीटर की एक फैलाव के 500 μl तैयार2 मिलीग्राम / cyclohexane में stearyl शराब लेपित कणों की मिलीलीटर की एक दूसरे को।
  3. कम से कम 20 मिनट के लिए दोनों dispersions Sonicate सुनिश्चित करने के लिए कि कणों में अच्छी तरह बिखरे हैं।
  4. दोनों dispersions के बिखरे हुए तीव्रता, सॉल्वैंट्स और 5 डिग्री के चरणों में 30 डिग्री से 120 डिग्री से संदर्भ विलायक उपाय।
  5. क्यू के एक समारोह के रूप में नमूना (मैं नमूना) की तीव्रता प्लॉट
    (समीकरण 1) q =n विलायक पाप / 2) / λ
    बिखरने कोण θ साथ, विलायक n विलायक का अपवर्तनांक और लेजर λ की तरंग दैर्ध्य।
  6. सॉफ्टवेयर का उपयोग करने के लिए निम्न समीकरण डेटा फिट (जैसे, उत्पत्ति)
    (2 समीकरण) मैं नमूना = सी.पी. (मूल्यांकन)
    जहां सी एक स्थिर और फार्म का कारक पी (मूल्यांकन) द्वारा दिया जाता है
    (3 समीकरण) <img alt = "3 समीकरण" src = "/ files / ftp_upload / 53934 / 53934eq3.jpg" />

    जिसमें गोलाकार कोलाइड की औसत त्रिज्या आर है।
  7. प्रत्येक फैलाव के लिए फिट बैठता से R निकालें।
  8. रेले अनुपात (आर θ), जो बिखरे हुए प्रकाश की तीव्रता के लिए एक पूर्ण उपाय है की गणना करें, निम्न समीकरण के अनुसार, प्रत्येक θ के लिए।
    (समीकरण 4) 4 समीकरण

    नमूने की तीव्रता के साथ, विलायक और संदर्भ, मैं नमूना, मैं विलायक और मैं क्रमशः संदर्भित, विलायक का अपवर्तनांक और संदर्भ n विलायक और एन संदर्भ, तदनुसार, और संदर्भ आर संदर्भ के रेले अनुपात। यहाँ एक संदर्भ के रूप में टोल्यूनि का उपयोग, कि इस तरह n पानी = 1.332, एन टोल्यूनि = 1.497, एन cyclohexane = 1.426, आर टोल्यूनि = 2.74x10 -3 एम -1 26।
  9. आर θ और 5 समीकरण से कोलाइड (एन कोलाइड) की औसत अपवर्तनांक कंप्यूट।
    (समीकरण 5) 5 समीकरण

    प्रति मात्रा एन, एक कण वी वी कण द्वारा दिए गए कण की मात्रा कणों की संख्या = 4/3 πR 3 के साथ, और यह सोचते हैं कि संरचना कारक एस (क्यू) ~ 1, जो गैर बातचीत कणों की सीमा है।

4. प्रति कण सक्रिय साइटों की संख्या की मात्रा

नोट: एक बड़े सतह से साथ त्रिज्या में 13 एनएम के छोटे कणों का प्रयोग करें (-मात्रा अनुपात)।

  1. NVOC-C11-ओह के एक 20/80 दाढ़ अनुपात / stearyl शराब प्रक्रिया की धारा 2.1 में वर्णित निम्नलिखित के साथ छोटे व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कणों functionalize।
  2. 1 मिलीलीटर CHCl 3 में छोटे, क्रियाशील कणों की 20 मिलीग्राम फैलाने और NVOC समूह फोड़ना करने के लिए 1 घंटे के लिए एक यूवी ओवन (λ अधिकतम = 354 एनएम) में फैलाव चमकाना। एक चुंबकीय उत्तेजक पट्टी के साथ धीरे फैलाव हिलाओ जबकि deprotecting। इस तरीके में कोलाइड तलछट नहीं है और उनकी सतह यूवी प्रकाश के संपर्क में रहता है, इसलिए सजातीय deprotection सुनिश्चित करने।
  3. जिसके परिणामस्वरूप अमाइन-क्रियाशील कणों स्पिन (3400 XG, 10 मिनट) और सतह पर तैरनेवाला हटा दें।
  4. 2 घंटे के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर कणों सूखी।
  5. succinimidyl 3- (2-pyridyldithio) propionate dimethylformamide के 200 μl में (SPDP, 0.0016 mmol) (DMF) का 0.50 मिलीग्राम भंग।
  6. सूखे अमाइन-क्रियाशील कणों और भंवर के 20 मिलीग्राम SPDP समाधान जोड़ें30 मिनट के लिए प्रणाली। इस समय के भीतर, कोलाइड पर सभी उपलब्ध प्राथमिक amines SPDP के साथ प्रतिक्रिया व्यक्त की है।
  7. 6 बार के लिए DMF के 1 मिलीलीटर के साथ कणों धो (या कोई मुफ्त SPDP λ = 375 एनएम पर यूवी विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा सतह पर तैरनेवाला में पाया जाता है जब तक)। अंतिम चरण धोने में जितना संभव हो उतना सतह पर तैरनेवाला दूर करने के लिए प्रयास करें।
  8. DMF के 50 μl में (डीटीटी, 0.0034 mmol) dithiothreitol की 0.53 मिलीग्राम भंग। कणों के लिए डीटीटी समाधान जोड़ें और 30 मिनट के लिए फैलाव भंवर। इस समय के भीतर पिरिडीन-2-thione समूह cleaved है।
  9. एक microvolume यूवी विज़ स्पेक्ट्रोफोटोमीटर के साथ λ = 293 एनएम पर मुफ्त पिरिडीन-2-thione सतह पर तैरनेवाला में आजाद के absorbance निर्धारित करते हैं।
  10. एक अंशांकन वक्र का निर्माण डीटीटी का एक अतिरिक्त के साथ SPDP के विभिन्न ज्ञात मात्रा का एक कमजोर पड़ने श्रृंखला के absorbance को मापने के द्वारा DMF में पिरिडीन-2-thione के विलुप्त होने के गुणांक ɛ (~ 12.1x10 3 एम -1 सेमी -1) निर्धारित करने के लिए ।
  11. सी p2t, जो लैम्बर्ट बीयर कानून का उपयोग कर कणों से चिपके रहते है की एकाग्रता की गणना:
    (समीकरण 6) पेट = सी p2t ε एल
    पिरिडीन-2-सी thione p2t की दाढ़ एकाग्रता, विलुप्त होने के गुणांक ɛ और पथ की लंबाई एल के साथ।
  12. निम्नलिखित समीकरण के साथ सक्रिय साइटों (amines) कण प्रति की संख्या की गणना
    (समीकरण 7) समीकरण 7
    एक कण कण एम के जन के साथ कि एम कण =, 4/3 3πR ρ ρ = 1.295 के साथ ग्राम / 3 सेमी, कण एम कुल (20 मिलीग्राम) और कुल मात्रा वी कुल (50 μl) की कुल भारित जन। इस समीकरण को मान लिया गया है कि सभी उपलब्धamines SPDP के साथ प्रतिक्रिया और डीटीटी सभी SPDP कणों से जुड़े अणुओं को कम करता है।

5. मॉनिटर कोलाइडयन विधानसभा confocal माइक्रोस्कोपी द्वारा

नोट: उपयोग कोर-खोल सिलिका कणों (एक फ्लोरोसेंट कोर और एक गैर फ्लोरोसेंट खोल के साथ)।

  1. cyclohexane में बीटीए-क्रियाशील कणों की 0.1% wt का एक फैलाव के 400 μl तैयार है और 20 मिनट के लिए नमूना sonicate।
  2. यूवी ओवन में नमूना शीशी (λ अधिकतम = 354 एनएम) चमकाना बीटीए के -nitrobenzyl समूह बंद फोड़ना करने के लिए। 25 μl aliquots क्लस्टरिंग प्रक्रिया पर नजर रखने के लिए 0 से 30 मिनट के लिए उदाहरण के लिए विकिरण के अलग अलग समय पर ले लो,।
  3. एक स्पेसर की मदद से अलग गिलास स्लाइड पर अलग aliquots प्लेस और एक कवर पर्ची के साथ कक्षों को बंद (चैम्बर आकार 13 मिमी × 0.12 मिमी ऊंचाई व्यास है)। चैम्बर बंद करने के बाद, कवर पर्ची उल्टा बारी कणों तलछट और adsor जाने के लिएग्लास, जो इमेजिंग की सुविधा पर बी।
  4. प्रत्येक विकिरण समय के लिए नमूना तैयार करने के बाद जितनी जल्दी हो सके confocal खुर्दबीन के साथ प्रत्येक नमूने की कई चित्र ले लो।

6. छवि विश्लेषण

  1. ImageJ के साथ singlets की संख्या की मात्रा
    नोट: स्क्रिप्ट लिखने के लिए इस्तेमाल ImageJ मैनुअल में वर्णित हैं सभी आदेशों:
    http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/user-guide.pdf
    1. confocal छवियों चिकनी किनारों से अलग पिक्सल को हटाने और "चिकनी" समारोह चल छोटे छेद को भरने के लिए।
    2. यह देखते हुए कि केवल कोर फ्लोरोसेंट हैं, कण है कि एक ही क्लस्टर स्पर्श के हैं और कणों के विलय के किनारे तक उज्ज्वल क्षेत्रों चौड़ा करना। "चौड़ा" फिल्टर का उपयोग कर यह मत करो। 0.02 माइक्रोन / पिक्सेल का एक संकल्प के साथ लगभग 180 एनएम खोल मोटाई के साथ कणों, और तस्वीरों के साथ, दो फैलाव कदम पर्याप्त हैं।
    3. छवियों कन्वर्टएक बाइनरी "बाइनरी बनाओ" समारोह चल तस्वीर में।
    4. उपकरण "" पैमाने पर सेट ... ", दूरी = 1 जाना जाता = 0.02 = 1 पिक्सेल इकाई = उम" "उदाहरण के लिए 0.02 माइक्रोन / पिक्सेल का एक संकल्प के साथ ली गई तस्वीरों के लिए चल रहा द्वारा पैमाने पर सेट।
    5. में का ध्यान केंद्रित कणों से शोर और बाहर का ध्यान केंद्रित कणों भेदभाव करने के लिए एक सीमा के आकार को लागू करें। उदाहरण के लिए, चित्रों के साथ 0.02 माइक्रोन / पिक्सेल का एक संकल्प के साथ लिया जाता है, सभी क्षेत्रों के छोटे से 0.2 पिक्सल की संभावना से इनकार कर रहे हैं। इस का उपयोग कर "विश्लेषण कणों ...", "आकार = 0.2-इन्फिनिटी" कमांड करते हैं।
    6. एक all.jpg छवि और छवि (समूहों और singlets) आदेशों "" परिणाम "की मदद से सभी उज्ज्वल क्षेत्रों के आकार के साथ एक all.txt फ़ाइल, _all.txt" "और" "जेपीईजी बनाएँ", "सभी" "।
    7. मान लें आकार में और एक घेरा के साथ 0.2 और 0.7 के बीच पिक्सल है कि सभी उज्ज्वल क्षेत्रों (घेरा = 4 π क्षेत्र / परिधि 2) 0.7 और 1.0 के बीच हैंकमांड चलाने singlets "कणों का विश्लेषण करें ...", "घेरा = 0.7-1.0"।
    8. एक singlets.jpg छवि और सभी उज्ज्वल क्षेत्रों है कि आदेशों "" परिणाम ", _singlets.txt" "और" "जेपीईजी", "singlets" "की मदद से singlets कर रहे हैं की जानकारी के साथ एक singlets.txt फ़ाइल बनाएँ।
  2. Matlab के साथ प्रक्रिया की जानकारी
    1. स्वेटर .txt फ़ाइल को पढ़ने और चित्र के अनुसार एक स्वेटर (ए स्वेटर) का औसत आकार की गणना।
    2. एक स्वेटर का औसत आकार का उपयोग क्लस्टर प्रति कणों की संख्या (एक नक़ल = 2A स्वेटर, एक triplet = 3 ए स्वेटर ...) और अन्य all.txt फ़ाइल से चित्र में कणों की कुल संख्या की गणना करने के लिए।
    3. एफ singlets = संख्या singlets / कुल कणों: प्रत्येक जोखिम समय के लिए singlets में कणों के अंश की गणना
    4. दोहरी, तीन, आदि के अंश की गणना: F दोहरी = 2 * दोहरी की संख्या / कुल कणों, आदि

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Representative Results

यह देखते हुए कि दो कदम कमरे के तापमान पर और हल्के-प्रतिक्रिया की स्थिति में एक दूसरे चरण में supramolecular कोलाइड (चित्रा 1 ए), जोड़ों BTA- डेरिवेटिव (चित्रा 1 बी) के संश्लेषण के लिए प्रक्रिया का इस्तेमाल किया, अपनी स्थिरता सुनिश्चित किया जाता है।

आकृति 1
चित्रा 1. supramolecular कोलाइड के संश्लेषण की योजना। ए) stearyl शराब और सिलिका कोलाइड को NVOC संरक्षित alkyl श्रृंखला के युग्मन, विकिरण पर बीटीए अणु। बी) बेंजीन -1 की संरचना का एक यूवी ओवन और बाद में युग्मन में यूवी प्रकाश द्वारा अमाइन deprotection के द्वारा पीछा , 3,5-tricarboxamide (बीटीए) व्युत्पन्न इस्तेमाल किया। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

सिलिका = 1.391 और एन सिलिका @ stearyl शराब = 1.436 (चित्रा 2) हैं। यह स्पष्ट रूप से पता चलता है कि सतह functionalization कोलाइड का अपवर्तनांक पर असर पड़ता है। stearyl शराब लेपित कोलाइड और बीटीए-कोलाइड की monolayer की रासायनिक संरचना अत्यधिक समान के बाद से बीटीए की दाढ़ अंश सबसे 0.2 पर है। इसलिए, हम मानते हैं कि बीटीए-कोलाइड का अपवर्तनांक n सिलिका @ stearyl शराब = 1.436 के करीब है।

चित्र 2
चित्रा 2 सिलिका कोलाइड की स्टेटिक प्रकाश बिखरने माप। ए के लिए पता लगाने के कोण θ के एक समारोह के रूप में बिखरे हुए प्रकाश की तीव्रता बी) stearyl शराब लेपित कणों। धराशायी लाइनों प्रयोगात्मक डेटा बिंदुओं के लिए फिट बैठता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

प्रतिक्रिया योजना 3 चित्र में दिखाया का उपयोग करना, छोटे कणों एक 20/80 NVOC-C11-OH / stearyl शराब दाढ़ अनुपात परिणाम के साथ 1 अमाइन में 46.4 एनएम 2 प्रति उनकी सतह पर क्रियाशील। यह संख्या बदले में supramolecular moieties कि मिलकर किया जा सकता है, जो हम कणों की multivalency के रूप में देखें की संख्या को जोड़ा जा सकता है।

चित्र तीन
चित्रा 3. प्रति कण। प्रक्रिया सक्रिय साइटों की राशि का आकलन राशि का निर्धारण करने के लिए पीछाकण प्रति amines के: अमाइन-क्रियाशील कोलाइड SPDP के साथ प्रतिक्रिया व्यक्त कर रहे हैं। इसके बाद, डीटीटी पिरिडीन-2-thione समूह है, जो उसके अवशोषण अधिकतम λ अधिकतम = 293 DMF में एनएम पर photospectrometry से पता लगाया जा सकता है बंद फोड़ना करने के लिए व्यवस्था करने के लिए कहा है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Confocal छवियों में, यूवी प्रकाश के साथ विकिरण से पहले फैलाव की supramolecular कोलाइड के सबसे singlets (चित्रा 4, ऊपर) कर रहे हैं। दिलचस्प है, विकिरण पर, क्लस्टर राज्य के लिए स्वेटर राज्य से एक विकास मनाया जाता है (चित्रा 4 मध्यम और नीचे)। छवि विश्लेषण एक और मात्रात्मक तरीके से एकत्रीकरण की निगरानी के लिए प्रयोग किया जाता है। 9% से 80% नीचे से singlets की संख्या में तेजी से कमी पहले 5 भीतर यूवी विकिरण पर मनाया जाता हैमिनट।

चित्रा 4
चित्रा 4. इमेज प्रोसेसिंग प्रक्रिया। मूल confocal माइक्रोस्कोपी छवियों, द्विआधारी छवियों और के लिए (ऊपर) 0 मिनट, (मध्य) 15 सेकंड और (नीचे) के 5 मिनट के deprotected नमूने के लिए singlets के क्षेत्र। पैमाने बार 10 माइक्रोन का प्रतिनिधित्व करता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

1.426 के एक अपवर्तनांक के साथ, बीटीए-कोलाइड को तितर-बितर करने के लिए एक विलायक के रूप में प्रयोग किया जाता है जब cyclohexane, वान डर वाल्स बातचीत कोलाइड की अपवर्तक सूचकांक के बाद से, बहुत कमजोर हैं और विलायक लगभग एक ही हैं। नोट cyclohexane में एसएलएस प्रयोगों के लिए इस्तेमाल क्रियाशील कोलाइड की एकाग्रता पानी में नंगे सिलिका कोलाइड की तुलना में बहुत अधिक है। के रूप में अपवर्तक सूचकांक लगभग मिलान कर रहे हैं यह कम विपरीत होने के कारण पर्याप्त रूप से मजबूत बिखरने प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। cyclohexane नमूनों में पानी की मात्रा का पता लगाने के लिए तुरंत केशिका बलों के कारण, परोक्ष रूप से पता चला रहे हैं, हालांकि गैर नगण्य क्लस्टरिंग द्वारा। इसलिए, यह सुनिश्चित करने के लिए कि कोलाइड प्रोटोकॉल में वर्णित के रूप में लंबे समय के लिए vacuo में उन्हें सुखाने के द्वारा सभी संश्लेषण चरणों के दौरान पानी के लिए स्वतंत्र हैं अत्यंत महत्व का है।

यह देखते हुए कि amines यों इस्तेमाल विधि पिरिडीन-2-thion की राशि का विश्लेषण करती हैई कणों से चिपके रहते हैं, यह कणों कि इस तरह के एनएमआर के रूप में अन्य तकनीक का उपयोग कर सामना किया जा सकता के बिखरने की वजह से कलाकृतियों में गतिरोध उत्पन्न। छोटे और बड़े कणों के लिए बराबर सतह घनत्व मान लिया जाये, छोटे कणों के लिए पता लगाया अमाइन घनत्व के दायरे में 300 एनएम का बड़ा कोलाइड के अनुसार लगभग 24,350 amines से मेल खाती है। दिलचस्प बात शुरू की दृष्टिकोण बस पहला कदम functionalization दौरान NVOC-C11-OH / stearyl शराब दाढ़ अनुपात बदलकर supramolecular कोलाइड की multivalency विनियमित करने के लिए अनुमति देता है। multivalency में इस तरह के बदलाव के आगे ही अमाइन मात्रा का ठहराव प्रक्रिया द्वारा मात्रा निर्धारित किया जा सकता है।

प्रकाश सक्रियण से पहले singlets में कोलाइड के सफल फैलाव, confocal माइक्रोस्कोपी द्वारा मनाया, बहुत कमजोर वान डर वाल्स बातचीत और नगण्य सुरक्षात्मक -nitrobenzyl समूह के photocleavage करने से पहले cyclohexane में हाइड्रोजन संबंध के साथ कतार में है। इसलिए, फोटो प्रेरित क्लस्टरिंगआसानी से supramolecular moieties के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। के रूप में हम supramolecular बलों के माध्यम से क्लस्टरिंग को निर्देशित करने के उद्देश्य के लिए इस महत्वपूर्ण है। यूवी प्रकाश द्वारा -nitrobenzyl समूह की दरार वास्तव में इसलिए कोलाइडयन विधानसभा स्वयं को बढ़ावा देने के रूप में समूहों के गठन से इसकी पुष्टि की है, अलग अलग कोलाइड पर लंगर डाले बातचीत करने के लिए BTAs के लिए अनुमति देता है।

अंत में, हम एक नियंत्रित तरीके से सिलिका कणों पर दंपति बीटीए-डेरिवेटिव करने के लिए एक सरल विधि का प्रदर्शन किया है। जिसके परिणामस्वरूप supramolecular कोलाइड के व्यवहार को सफलतापूर्वक सतह grafted अणुओं, अर्थात् आणविक हाइड्रोजन संबंध बातचीत के बीच आकर्षक बातचीत से नियंत्रित होता है। इस पद्धति को आसानी से अलग supramolecular supramolecular moieties के अन्य प्रकार के साथ सजाया कोलाइड की एक विस्तृत श्रृंखला के संश्लेषण के लिए बढ़ाया जा सकता है। इसलिए, प्रोटोकॉल यहाँ बताया इमारत ब्लॉक के एक नए परिवार के विकास mesostructured कोलाइडयन के लिए फार्म के लिए मार्ग प्रशस्तसामग्री।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgements

लेखकों वित्तीय सहायता के लिए वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए नीदरलैंड संगठन (NWO गूंज stip अनुदान 717.013.005, NWO VIDI अनुदान 723.014.006) स्वीकार करते हैं।

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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