توليف وتوصيف المواد الغروية Supramolecular

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

المواد الغروية Mesostructured تجد تطبيق على نطاق واسع في مجال العلوم والتكنولوجيا، ونظم نموذج للدراسات الأساسية على المواد الذرية والجزيئية 1،2، والمواد الضوئية 3،4، كما نظم لتقديم الأدوية 5،6، والطلاء 7 و في الطباعة الحجرية لالزخرفة السطحية 8،9. منذ الغرويات كاره للمذيب هي مواد متبدل الاستقرار التي تجمع في نهاية المطاف لا رجعة فيه بسبب منتشرة في كل مكان فان دير فال التفاعلات، والتلاعب في الهياكل مستهدفة محددة أمر بالغ الصعوبة. وقد وضعت العديد من الاستراتيجيات للسيطرة الغروية التجميع الذاتي بما في ذلك استخدام المواد المضافة لضبط كهرباء 10،11 أو نضوب التفاعلات 12،13، أو المشغلات الخارجية مثل المغناطيسية 14 أو الكهربائية 15 حقلا. استراتيجية بديلة متطورة لتحقيق السيطرة على الهيكل، وديناميات وآليات هذه الأنظمة هي التي functionalization خفة دمجزيئات ح التفاعل من خلال القوات الخاصة والاتجاه. يقدم مدد الكيمياء مجموعة أدوات شاملة من جزيئات صغيرة العارضة، الاتجاه في مواقع محددة والتفاعلات بعد عكسها قوية، والتي يمكن التضمين في القوة التي كتبها قطبية المذيب ودرجة الحرارة والضوء (16). منذ درست ممتلكاتهم على نطاق واسع في معظم وفي الحل، هذه الجزيئات هي المرشحين جذابة لهيكلة مواد لينة إلى مراحل الغريبة بطريقة يمكن التنبؤ بها. وعلى الرغم من إمكانية واضحة لمثل هذا النهج المتكامل لتنظيم التجمع الغروية عن طريق مدد الكيمياء، هذه التخصصات نادرا ما ربطه لتكييف خواص المواد الغروية mesostructured 17،18.

منصة صلبة من الغرويات supramolecular يجب أن تتوفر ثلاثة شروط رئيسية. أولا، ينبغي أن يتم اقتران شاردة supramolecular تحت ظروف معتدلة لمنع التدهور. ثانيا، قوات السطحية في separatiإضافات أكبر من الاتصال المباشر يجب أن تهيمن عليها زخارف المربوطة، مما يعني أن الغرويات غير المصقول أن ما يقرب من التفاعل بشكل حصري عبر التفاعلات استبعاد الحجم. لذلك، يجب أن تكون مصممة الخصائص الفيزيائية والكيميائية للالغرويات لقمع التفاعلات الأخرى الكامنة في النظم الغروية، مثل فان دير فال أو القوات كهرباء. ثالثا، يجب توصيف تسمح لإسناد لا لبس فيه الجمعية إلى وجود الأنصاف supramolecular. لتلبية هذه الشروط الثلاثة، وقد تم تطوير توليفة من خطوتين قوية من الغرويات supramolecular (الشكل 1A). في خطوة أولى، مسعور جسيمات السيليكا functionalized NVOC مستعدة للتشتت في الهكسان الحلقي. مجموعة NVOC يمكن المشقوق بسهولة، مما أسفر عن الجسيمات functionalized أمين. وتفاعل عالية من الأمينات يمكن مباشرة بعد functionalization مع شاردة supramolecular المطلوب باستخدام مجموعة واسعة من ظروف التفاعل خفيفة. هنا، نحن العلاقات العامةepare الغرويات supramolecular من functionalization من الخرز السيليكا مع الكحول ستياريلي والبنزين-1،3،5-tricarboxamide (BTA) مشتق 20. الكحول ستياريلي يلعب عدة أدوار هامة: أنه يجعل أليف العضو الغرويات ويدخل قصيرة المدى النفور الفراغية التي تساعد على الحد من التفاعل غير محددة بين الغرويات 21،22. يتم تخفيض قوى فان دير فال أكثر بسبب المباراة وثيقة بين معامل الانكسار من الغرويات والمذيبات 23. يتم إنشاء قصيرة المدى قوات سطح جذابة للضوء وthermoresponsive بإدماج س -nitrobenzyl محمية الاتفاقات التجارية الثنائية 20 يا -nitrobenzyl شاردة هي جماعة الصورة شطورة الذي يمنع تشكيل روابط هيدروجينية بين الاتفاقات التجارية الثنائية المجاورة عندما تدمج على الاميدات في discotics (الشكل 1B). على photocleavage التي كتبها ضوء الأشعة فوق البنفسجية، وBTA في حل غير قادرين على التعرف والتفاعل مع جزيئات BTA متطابقة من خلال ح 3 أضعافمجموعة السندات ydrogen، مع قوة ملزمة ذلك بقوة في درجة الحرارة تعتمد 17. منذ فان دير فال الجذب هي الحد الأدنى لستياريلي المغلفة جزيئات السيليكا في الهكسان الحلقي وكذلك الخفيفة ودرجة الحرارة مستقلة، يجب أن يكون التجمع الغروية احظ المحفزات متجاوبة BTA بوساطة.

يوضح هذا الفيديو مفصل كيفية توليف وتوصيف الغرويات supramolecular وكيفية دراسة على التجميع الذاتي على الأشعة فوق البنفسجية التشعيع بواسطة المجهر متحد البؤر. وبالإضافة إلى ذلك، بسيط بروتوكول تحليل الصور للتمييز singlets لالغروية من الغرويات تتجمع ولتحديد كمية المواد الغروية في مجموعات يقال. براعة استراتيجية الاصطناعية يسمح بسهولة تختلف حجم الجسيمات، والتغطية السطحية وكذلك شاردة ملزمة قدم، والذي يفتح آفاقا جديدة لتطوير عائلة كبيرة من اللبنات الغروية عن المواد المتقدمة mesostructured.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. توليف الأساسية قذيفة السيليكا الجسيمات

ملاحظة: تم تجميع جزيئات السيليكا وفقا للإجراءات التالية، والتي تقوم على أسلوب ستوبر 24،25.

  1. تجميع البذور السيليكا الفلورسنت
    1. حل 105 ملغ (0.27 ملمول) من فلوريسئين-ثيوسيانات في 5 مل من الايثانول.
    2. إضافة 100 ميكرولتر من (3-أمينو) triethoxysilane (APTES، 0.43 ملمول) إلى الحل السابق.
    3. يصوتن الحل خلال 5 دقائق والسماح لها رد فعل بين عشية وضحاها في ظل جو الأرجون في درجة حرارة الغرفة مع التحريك. يتم استخدام مجمع APTES-functionalized صبغ بغير طهور.
    4. في 1 لتر مستديرة أسفل مزيج قارورة 2.5 مل من APTES-functionalized صبغ مع 25 مل من الأمونيا (25٪ في الماء) و 250 مل من الايثانول.
    5. إضافة 10 مل من tetraethylorthosilicate (TEOS) تحت الغضروف المفصلي من خليط التفاعل السابق مع مساعدة من whil الزجاج ماصةه واثارة مع محرك مغناطيسي.
    6. وبالمثل، بعد 5 ساعة، إضافة 1.75 مل من آخر TEOS ويقلب الخليط بين عشية وضحاها في ظل جو الأرجون.
    7. صب التشتت إلى عدة 45 مل أنابيب.
    8. أنابيب الطرد المركزي (350 x ج، 30 دقيقة)، وإزالة طاف وإضافة 30 مل من الايثانول النقي في كل أنبوب. يصوتن التفرق جديدة لمدة 3 دقائق، وأجهزة الطرد المركزي مرة أخرى لإزالة طاف. كرر هذه الخطوات الغسيل 3 مرات.
    9. الحفاظ على البذور الفلورسنت في الايثانول في تركيز من حوالي 13.6 ملغ / مل وفي الظلام (تجنب التعرض للضوء).
    10. إعداد البذور غير الفلورسنت باتباع نفس الإجراء حذف إضافة صبغة الفلورسنت.
      ملاحظة: بعد هذا الإجراء، يتم الحصول على بذور حوالي 100 نانومتر في دائرة نصف قطرها.
  2. تخليق جزيئات السيليكا الأساسية قذيفة
    1. ملء 1 لتر دورق كروي مع 51 مل من الايثانول و 17 مل من الماء منزوع الأيونات، 3.4 مل من الأمونيا (25٪ في الماء) و 4مل من تشتت البذور (54.4 ملغ من بذور الفلورسنت تقريبا).
    2. ملء حقنة بلاستيكية مع 5 مل من TEOS و 10 مل من الايثانول.
    3. ملء حقنة بلاستيكية ثانية مع 1.34 مل من الأمونيا (25٪ في الماء)، 3.4 مل من الماء منزوع الأيونات و 10.25 مل من الايثانول.
    4. ربط كل من الحقن إلى القارورة ذهابا وأسفل مع أنابيب بلاستيكية.
    5. تجهيز قارورة مع تدفق الأرجون ومحرك مغناطيسي. مدخل الأرجون يجب أن يكون بجانب مخرج الحقنة الثانية لتجنب الاتصال بين غازات الأمونيا من قطرات TEOS لمنع التنوي الثانوي.
    6. إضافة محتوى كل من الحقن في نفس الوقت في 1.7 مل / ساعة باستخدام مضخات تحوي مع التحريك الخليط. ضمان الحصول على السقوط قطرات حرة لتجنب الانزلاق على الجدران والتنوي بالتالي الثانوي.
    7. وقف إضافة بعد 7 ساعات للحصول الجسيمات الأساسية قذيفة من حوالي 300 نانومتر في دائرة نصف قطرها.
    8. صب محتويات القارورة إلى عدة 45 مل أنابيب.
    9. أنابيب الطرد المركزي (350 x ج، 30 دقيقة)، وإزالة طاف وإضافة 30 مل من الايثانول النقي في كل أنبوب. يصوتن تشتت الجديد لمدة 3 دقائق، وأجهزة الطرد المركزي مرة أخرى لإزالة طاف. كرر هذه الخطوات الغسيل 3 مرات.
    10. إبقاء الجزيئات الأساسية قذيفة في الإيثانول وفي الظلام (تجنب التعرض للضوء).
    11. تحضير جسيمات السيليكا غير الفلورسنت باتباع نفس الإجراء ولكن باستخدام البذور غير الفلورسنت.

2. Functionalization من السيليكا الغروية

  1. توليف الغرويات-functionalized NVOC
    1. تفريق 10 ملغ من جزيئات السيليكا الأساسية قذيفة في 1 مل من الايثانول مع 12 ملغ (0.03 ملمول) من جزيء NVOC-C11-OH و 31 ملغم (0.11 ملمول) من الكحول ستياريلي في 50 مل قارورة جولة القاع (مما أدى في 20/80 NVOC C11 OH-/ ستياريلي نسبة المولي الكحول).
    2. يصوتن الخليط لمدة 10 دقيقة لضمان أن جميع الجزيئات الذائبة وكانت الجسيمات الدهانات جيداrsed.
    3. إضافة إلى خليط شريط مغناطيسي وتتبخر الايثانول مع وجود تدفق مستمر من الأرجون في درجة حرارة الغرفة. قبل المتابعة، تأكد من أنه لا يوجد الإيثانول اليسار، وإلا فإنه يمكن أن تتفاعل مع المجموعات silanol من الجسيمات. للتحقق ما إذا كان الإيثانول يبخر تولي اهتماما تماما لدرجة حرارة الجزء السفلي من القارورة. إذا كان يشعر بارد، لا تبخرت الايثانول تماما حتى الآن.
    4. تسخين قارورة تصل إلى 180 درجة مئوية لمدة 6 ساعات مع التحريك المستمر وتحت دفق مستمر من الأرجون 22.
    5. السماح للقارورة يبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
    6. إضافة 3 مل من CHCl 3 في قارورة ويصوتن لمدة 5 دقائق (أو حتى يتم حل جميع المحتوى الصلب أو تفرقوا).
    7. الطرد المركزي تشتت (2600 x ج، 4 دقيقة)، وإزالة طاف وإضافة CHCl الطازج 3. يصوتن تشتت الجديد لمدة 3 دقائق، وأجهزة الطرد المركزي مرة أخرى لإزالة طاف. كرر هذه الخطوات الغسيل 6 مرات. تجفيف الجسيمات عند 70 درجة مئوية في الخلاء بين عشية وضحاها وتخزينها في مجفف.
  2. توليف BTA-الغرويات
    1. تفريق 10 ملغ من الجسيمات functionalized مع نسبة 20/80 الرحى الكحول NVOC-C11-OH / ستياريلي في 3 مل من CHCl 3.
    2. أشرق تشتت في الأشعة فوق البنفسجية الفرن (λ الحد الأقصى = 354 نانومتر) لمدة 1 ساعة ليلتصق مجموعة NVOC. تأكد من أن deprotection غير متجانسة على سطح الجزيئات عن طريق اثارة تشتت بلطف مع محرك مغناطيسي بينما deprotecting. هذه تعطي الجسيمات functionalized أمين (الشكل 1A).
    3. حل 9 ملغ من مشتقات البنزين-1،3،5-tricarboxamide (BTA، 0.01 ملمول)، 8.7 ميكرولتر من N، N -diisopropylethylamine (DIPEA، 0.05 ملمول) و 5.2 ملغ من (benzotriazol-1-yloxy) hexafluorophosphate tripyrrolidinophosphonium ( PyBOP، 0.01 ملمول) في 1 مل من CHCl 3.
    4. إضافة إلى حل ع functionalized amine-المادة التشتت ويقلب بين عشية وضحاها في درجة حرارة الغرفة وتحت جو الأرجون.
    5. الطرد المركزي تشتت (2600 x ج، 4 دقيقة)، وإزالة طاف وإضافة 3 مل من CHCl الطازج 3. يصوتن تشتت الجديد لمدة 3 دقائق، وأجهزة الطرد المركزي مرة أخرى لإزالة طاف. كرر هذه الخطوات الغسيل 6 مرات.
    6. تجفيف الجسيمات عند 70 درجة مئوية في الخلاء لمدة 48 ساعة وتخزينها في مجفف.

3. قياسات التشتت ثابت الخفيفة (SLS)

ملاحظة: استخدام جزيئات غير الفلورسنت، لأن جوهر الفلورسنت تمتص الضوء من نفس الموجة مثل ضوء الليزر الحادث المعدات تشتت الضوء التقليدية.

  1. Functionalize 10 ملغ من جزيئات السيليكا غير الفلورسنت مع الكحول ستياريلي فقط (لا NVOC-C11-OH) باتباع الإجراء هو موضح في القسم 2.1.
  2. إعداد 500 ميكرولتر من تشتت 0.033 ملغ / مل من جزيئات غير functionalized في الماء وواحدة أخرى من 2 ملغ / مل من الجزيئات المغلفة الكحول ستياريلي في الهكسان الحلقي.
  3. يصوتن على حد سواء التفرق لمدة 20 دقيقة على الأقل لضمان أن الجسيمات ينتشر بشكل جيد.
  4. قياس كثافة المنتشرة في كل من التفرق، والمذيبات ومذيب إشارة من 30 درجة إلى 120 درجة في الخطوات من 5 درجات.
  5. رسم كثافة العينة (أنا العينة) بوصفها وظيفة من ف
    (المعادلة 1) ف =ن الخطيئة المذيبات / 2) / λ س
    مع θ زاوية التشتت، معامل انكسار ن المذيب المذيبات والطول الموجي لليزر λ س.
  6. احتواء البيانات للمعادلة التالية باستخدام برنامج (على سبيل المثال، المنشأ)
    (المعادلة 2) أستطيع تذوق = CP (ريال قطري)
    حيث C هو ثابت وشكل عاملا P (QR) تعطى من قبل
    (المعادلة 3) <IMG بديل = "المعادلة 3" SRC = "/ ملفات / ftp_upload / 53934 / 53934eq3.jpg" />

    حيث متوسط ​​نصف قطر الغرويات كروية هو R.
  7. استخراج R من نوبات لكل التشتت.
  8. حساب نسبة رايلي (R θ)، وهو مقياس مطلق لشدة الضوء المتناثرة، وفقا للمعادلة التالية، لكل θ.
    (المعادلة 4) المعادلة 4

    مع كثافة العينة، والمذيبات والإشارة، وعينة، والمذيبات وأنا الرجوع على التوالي، معامل الانكسار من المذيبات ومذيب إشارة ن ن والمرجعية، في المقابل، ونسبة رايلي من الإشارة إشارة R. هنا استخدام التولوين كمرجع، ان هذه المياه ن = 1.332، ن التولوين = 1.497، ن الهكسان الحلقي = 1.426؛ R التولوين = 2.74x10 -3 م -1 26.
  9. حساب متوسط ​​معامل الانكسار من الغرويات الغرويات) من R θ والمعادلة 5.
    (المعادلة 5) المعادلة 5

    مع عدد الجسيمات في حجم حجم الجسيمات الجسيمات ضد قدمها الجسيمات ت = 4/3 πR وبافتراض أن عامل هيكل ق (ف) ~ 1، والذي هو الحد من جسيمات غير متفاعلة.

4. الكمي لعدد من مواقع Active لكل الجسيمات

ملاحظة: استخدام جزيئات صغيرة من 13 نانومتر في دائرة نصف قطرها (مع وجود أكبر سطح لنسبة -حجم).

  1. Functionalize الجسيمات الصغيرة المتاحة تجاريا مع نسبة 20/80 الرحى من NVOC-C11-OH / ستياريلي الكحول التالية للإجراءات المنصوص عليها في القسم 2.1.
  2. تفريق 20 ملغ من جزيئات صغيرة، functionalized في 1 مل CHCl 3 وأشرق تشتت في الأشعة فوق البنفسجية الفرن (λ الحد الأقصى = 354 نانومتر) لمدة 1 ساعة ليلتصق مجموعة NVOC. تحريك تشتت بلطف مع شريط مغناطيسي بينما deprotecting. في هذه الطريقة والغرويات لا الرواسب ويبقى سطحها تتعرض لضوء الأشعة فوق البنفسجية، وبالتالي ضمان deprotection متجانسة.
  3. تدور باستمرار الجسيمات functionalized أمين الناتج (3400 x ج، 10 دقيقة) وإزالة طاف.
  4. تجفيف الجسيمات عند 70 درجة مئوية لمدة 2 ساعة.
  5. حل 0.50 ملغ من succinimidyl 3- (2-pyridyldithio) بروبيونات (SPDP، 0.0016 ملمول) في 200 ميكرولتر من ثنائي ميثيل الفورماميد (DMF).
  6. إضافة الحل SPDP إلى 20 ملغ من الجسيمات ودوامة-functionalized أمين المجففةنظام لمدة 30 دقيقة. في هذا الوقت، وكان رد فعل كل الأمينات الأولية المتاحة على الغرويات مع SPDP.
  7. غسل الجسيمات مع 1 مل من DMF لمدة 6 مرات (أو حتى لم يتم الكشف عن خالية SPDP في طاف بواسطة التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية فيس في λ = 375 نانومتر). في خطوة الغسيل الماضية في محاولة لإزالة أكبر قدر من طاف وقت ممكن.
  8. حل 0.53 ملغ من dithiothreitol (DTT، 0.0034 ملمول) في 50 ميكرولتر من DMF. إضافة الحل DTT إلى جزيئات ودوامة التشتت لمدة 30 دقيقة. في هذا الوقت المشقوق المجموعة البيريدين-2-thione.
  9. تحديد الامتصاصية من البيريدين-2-thione الحرة المحررة في طاف في λ = 293 نانومتر مع microvolume أشعة فوق البنفسجية فيس معمل.
  10. بناء منحنى المعايرة لتحديد ɛ معامل الانقراض (~ 12.1x10 3 M -1 سم -1) من البيريدين-2-thione في DMF عن طريق قياس الامتصاصية من سلسلة التخفيف من كميات معروفة مختلفة من SPDP مع وجود فائض من DTT .
  11. C p2t، الذي هو المشقوق من الجزيئات باستخدام قانون لامبرت-البيرة:
    (المعادلة 6) عبس = C p2t ε ل
    مع التركيز المولي من البيريدين-2-thione C p2t، وɛ معامل الانقراض وطول المسار لتر.
  12. احسب عدد المواقع المفعلة (الأمينات) في الجسيمات مع المعادلة التالية
    (المعادلة 7) المعادلة 7
    مع كتلة الجسيمات واحد M الجسيمات وهذا هو M الجسيمات = 4/3 3πR ρ، مع ρ = 1.295 جم / سم ومجموع كتلة المرجح لجزيئات M مجموعه (20 ملغ) وإجمالي مجموع المجلد الخامس (50 ميكرولتر). تفترض هذه المعادلة أن كل ما هو متاحالأمينات تتفاعل مع SPDP وDTT يقلل كل جزيئات SPDP تعلق الجزيئات.

5. مراقب الجمعية الغروية التي كتبها متحد البؤر المجهري

ملاحظة: جزيئات استخدام الأساسية قذيفة السيليكا (مع نواة الفلورسنت وقذيفة غير الفلورسنت).

  1. إعداد 400 ميكرولتر من تشتت 0.1٪ بالوزن من الجسيمات functionalized BTA في الهكسان الحلقي ويصوتن العينة لمدة 20 دقيقة.
  2. أشرق قارورة العينة في الفرن الأشعة فوق البنفسجية (λ الحد الأقصى = 354 نانومتر) ليلتصق قبالة س -nitrobenzyl مجموعة من BTA. خذ 25 مكل في أوقات مختلفة من الإشعاع، على سبيل المثال من 0 إلى 30 دقيقة، لمراقبة عملية التجميع.
  3. وضع قسامات مختلفة على الشرائح الزجاجية المختلفة بمساعدة فاصل وإغلاق غرف مع انزلاق الغطاء (حجم الغرفة هو 13 مم × الارتفاع 0.12 مم). بعد إغلاق الغرفة، تحويل انزلاق الغطاء رأسا على عقب للسماح للجسيمات الرواسب وadsorب على الزجاج، مما يسهل التصوير.
  4. أخذ عدة صور من كل عينة مع المجهر متحد البؤر في أقرب وقت ممكن بعد إعداد العينات في كل مرة التشعيع.

تحليل 6. صورة

  1. الكمي لعدد من singlets لمع يماغيج
    ملاحظة: جميع الأوامر المستخدمة لكتابة السيناريو الموضحة في دليل يماغيج:
    http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/user-guide.pdf
    1. تمهيد الصور مبائر لإزالة بكسل معزولة من الحواف وملء الثقوب الصغيرة تشغيل وظيفة "السلس".
    2. وبالنظر إلى أن فقط النوى هي الفلورسنت، وتمدد المناطق مشرق حتى حافة الجزيئات التي تنتمي إلى نفس اتصال العنقودية ودمج الجسيمات. القيام بذلك باستخدام "تمدد" التصفية. مع الجسيمات مع ما يقرب من 180 نانومتر سمك القشرة، والصور مع قرار من 0.02 ميكرون / بكسل، خطوتين تمدد كافية.
    3. تحويل الصورفي صورة ثنائية تشغيل وظيفة "جعل الثنائية".
    4. تعيين المقياس عن طريق تشغيل أداة "" تعيين مقياس ... "، وبعد المسافة = 1 المعروف = 0.02 بكسل = 1 وحدة = أم" "للصور التي اتخذت مع قرار من 0.02 ميكرون / بكسل على سبيل المثال.
    5. تطبيق حجم عتبة التمييز الضوضاء والجزيئات خارج نطاق التركيز من الجزيئات في نطاق التركيز. على سبيل المثال، مع الصور التي التقطت مع قرار من 0.02 ميكرون / بكسل، جميع المناطق وقضت أصغر من 0.2 بكسل بها. القيام بذلك باستخدام "تحليل الجزيئات ... الأمر"، "حجم = 0.2 إنفينيتي".
    6. خلق صورة all.jpg وملف all.txt مع حجم كل المناطق مشرق في الصورة (مجموعات وsinglets ل) باستخدام الأوامر "" النتائج "، _all.txt" "و" "JPEG"، "كل شيء" ".
    7. نفترض المناطق أن جميع مشرق بين 0.2 و 0.7 بكسل في الحجم مع وجود دائرية (دائرية = 4 π مساحة / محيط 2) بين 0.7 و 1.0 لsinglets لتشغيل الأمر "تحليل الجزيئات ..."، "دائرية = 0،7-1،0".
    8. خلق صورة singlets.jpg وملف singlets.txt مع المعلومات من جميع المناطق الساطعة التي singlets لعن طريق استخدام الأوامر "" النتائج "، _singlets.txt" "و" "JPEG"، "singlets ل" ".
  2. معالجة المعلومات مع ماتلاب
    1. قراءة ملف txt القميص وحساب متوسط ​​حجم القميص في الصورة (A القميص).
    2. استخدام متوسط ​​حجم القميص لحساب عدد الجسيمات لكل كتلة (A القميص صدرة = 2A، A الثلاثي = 3A القميص ...) وعدد من الجسيمات في صورة من ملف all.txt الآخرين.
    3. حساب جزء من الجزيئات في singlets لفي كل مرة تعرض: singlets لF = singlets لعدد / مجموع الجسيمات
    4. حساب جزء من الحلل، ثلاثة توائم، الخ: و الحلل = 2 * عدد من الحلل / مجموع الجسيمات، الخ

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

وبالنظر إلى أن إجراء من خطوتين المستخدمة لتجميع الغرويات supramolecular (الشكل 1A)، والأزواج وBTA- المشتقات (الشكل 1B) في الخطوة الثانية في درجة حرارة الغرفة وفي ظروف رد فعل معتدل، ويكفل استقرارها.

الشكل 1
الشكل 1. مخطط تركيب الغرويات supramolecular. أ) اقتران من الكحول ستياريلي ومحمية NVOC سلسلة الألكيل إلى الغروية السيليكا، تليها deprotection أمين على التشعيع بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية في اقتران الأشعة فوق البنفسجية الفرن واللاحق للجزيء. ب) هيكل BTA من البنزين-1 ، 3،5 tricarboxamide (BTA) مشتق المستخدمة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

السيليكا = 1.391 و n السيليكا @ ستياريلي الكحول = 1.436 (الشكل 2). هذا يبين بوضوح أن functionalization سطح له تأثير على معامل الانكسار من الغرويات. التركيب الكيميائي للأحادي الطبقة من ستياريلي الكحول الغرويات المغلفة وBTA-الغرويات يشبه إلى حد كبير منذ الكسر المولي من BTA هو في معظم 0.2. ولذلك، فإننا نفترض أن معامل الانكسار للBTA-الغرويات بالقرب ن السيليكا @ ستياريلي الكحول = 1.436.

الشكل 2
الشكل 2. قياس تشتت الضوء ساكنة الغروية السيليكا. شدة الضوء المتناثرة بوصفها وظيفة من θ زاوية كشف ل A B) المغلفة الكحول ستياريلي في الهكسان الحلقي. الخطوط المتقطعة هي نوبات لنقاط البيانات التجريبية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

باستخدام نظام رد فعل هو مبين في الشكل (3)، والجسيمات الصغيرة functionalized مع 20/80 NVOC-C11-OH / ستياريلي المولي الكحول نتيجة النسبة في 1 أمين في 46.4 نانومتر 2 على سطحها. يمكن بدوره أن يرتبط هذا العدد إلى عدد من الأنصاف supramolecular التي يمكن أن يقترن، التي نشير إليها باسم multivalency من الجسيمات.

الشكل (3)
يتبع الشكل 3. تقييم كمية من المواقع النشطة في الإجراءات الجسيمات. لتحديد المبلغالأمينات في الجسيمات: وكان رد فعل الغرويات-functionalized أمين مع SPDP. الآخرة، وأضاف التلفزيون الرقمي الأرضي إلى نظام ليلتصق خارج المجموعة البيريدين-2-thione، والتي يمكن الكشف عنها بواسطة photospectrometry في دورته امتصاص أقصى λ الحد الأقصى = 293 نانومتر في DMF. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

في الصور متحد البؤر، أكثر من الغرويات supramolecular من التشتت قبل التعرض للأشعة فوق البنفسجية هي singlets ل(الشكل 4، أعلى). ومن المثير للاهتمام، على التشعيع، لوحظ حدوث تطور من الدولة القميص للدولة عنقودية (الشكل 4 وسط وأسفل). ويستخدم تحليل الصور لمراقبة التجميع بطريقة أكثر الكمية. ويلاحظ وجود انخفاض حاد في عدد singlets لمن 80٪ الى 9٪ على الأشعة فوق البنفسجية أشعة ضمن أول 5دقيقة.

الشكل (4)
الإجراء الرقم معالجة 4. صورة. متحد البؤر الأصلي الصور المجهري، صور ثنائية ومنطقة singlets لللعينات deprotected ل(أعلى) 0 دقيقة، (وسط) 15 ثانية و (القاع) 5 دقائق. ويمثل الشريط على نطاق و10 ميكرون. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

عندما الهكسان الحلقي، مع معامل الانكسار من 1،426، ويستخدم كمذيب لتفريق BTA-الغروية، التفاعلات فان دير فال ضعيفة للغاية، حيث أن مؤشرات الانكسار الغرويات والمذيبات هي نفسها تقريبا. لاحظ أن تركيز الغرويات functionalized المستخدمة في التجارب SLS في الهكسان الحلقي هو أعلى بكثير بالمقارنة مع الغروية السيليكا العارية في الماء. وهذا أمر ضروري للحصول على نثر قوية بما فيه الكفاية بسبب التباين المنخفض كما يقابل مؤشرات الانكسار تقريبا. تم الكشف عن كميات ضئيلة من المياه في عينات الهكسان الحلقي على الفور، ولو بشكل غير مباشر، من خلال تجميع لا يستهان به بسبب القوى الشعرية. ولذلك، فإنه من الأهمية بمكان لضمان أن الغرويات خالية من المياه خلال جميع الخطوات التوليفية التي تجفيفها في الخلاء لفترات طويلة من الزمن كما هو موضح في البروتوكول.

وبالنظر إلى أن الطريقة المستخدمة لقياس الأمينات يحلل كمية من البيريدين-2-thionالبريد المشقوق من الجسيمات، وتلتف التحف بسبب تشتت الجزيئات التي يمكن أن تواجه استخدام تقنيات أخرى مثل الرنين المغناطيسي. على افتراض كثافة سطح متساوية للجزيئات الصغيرة والكبيرة، وكثافة أمين الكشف عن جزيئات صغيرة يتوافق مع ما يقرب من 24350 الأمينات في الغرويات كبيرة من 300 نانومتر في دائرة نصف قطرها. ومن المثير للاهتمام، والنهج قدم يسمح لتنظيم multivalency من الغرويات supramolecular ببساطة عن طريق تغيير NVOC-C11-OH / نسبة ستياريلي المولي الكحول أثناء الخطوة functionalization الأولى. هذا التباين في multivalency يمكن زيادة كمية بنفس الإجراء أمين الكمي.

تشتت الناجح لالغرويات في singlets لقبل تفعيل الضوء، التي لاحظها المجهري متحد البؤر، ويتماشى مع ضعيف جدا فان دير فال التفاعلات ويذكر الهيدروجين الرابطة في الهكسان الحلقي قبل photocleavage من مجموعة س -nitrobenzyl واقية. وبالتالي، للصور التي يسببها تجمعويمكن أن يعزى بسهولة إلى الأنصاف supramolecular. هذا أمر بالغ الأهمية ونحن نهدف إلى توجيه التجميع عن طريق قوات supramolecular. انشقاق س -nitrobenzyl مجموعة من ضوء الأشعة فوق البنفسجية يسمح بالفعل للالاتفاقات التجارية الثنائية ترتكز على الغرويات مختلفة للتفاعل، وبالتالي تعزيز الغروية التجميع الذاتي وهو ما أكدته تشكيل مجموعات.

في الختام، لقد أثبتت طريقة واضحة لزوجين BTA مشتقات على جسيمات السيليكا في الطريقة التي تسيطر عليها. ويحكم سلوك الغرويات supramolecular مما أدى بنجاح التفاعلات التجاذب بين الجزيئات المطعمة السطح، وهي الجزيئات تفاعلات الهيدروجين الرابطة. يمكن بسهولة أن تمتد هذه المنهجية لتجميع مجموعة واسعة من الغرويات supramolecular مختلفة زينت مع أنواع أخرى من الأنصاف supramolecular. وبالتالي، فإن بروتوكول الموصوفة هنا يمهد الطريق لتطوير عائلة جديدة من لبنات البناء لتشكيل الغروية mesostructuredالمواد.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgements

المؤلفون تقر المنظمة الهولندية للبحث العلمي (NWO ECHO-STIP غرانت 717.013.005، NWO فيدي غرانت 723.014.006) للدعم المالي.

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