Sintesi e caratterizzazione di supramolecolari colloidi

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

Materiali colloidali Mesostructured trovano diffusa applicazione nel campo della scienza e della tecnologia, come sistemi modello per studi fondamentali su materiali atomici e molecolari 1,2, come materiali fotonici 3,4, come sistemi di drug delivery 5,6, come rivestimenti 7 e in litografia per patterning superficie 8,9. Dal momento che i colloidi liofobi sono materiali metastabili che alla fine aggregano in modo irreversibile a causa delle onnipresente di van der Waals, la loro manipolazione in strutture target specifici è notoriamente difficile. Numerose strategie sono state sviluppate per controllare colloidale autoassemblaggio compreso l'uso di additivi per sintonizzare le elettrostatici 10,11 o deplezione interazioni 12,13, o trigger esterni come magnetici 14 o elettrici 15 campi. Un sofisticato strategia alternativa per ottenere il controllo sulla struttura, la dinamica e la meccanica di questi sistemi è la loro funzionalizzazione ingegnoh molecole che interagiscono attraverso forze specifiche e direzionali. Chimica supramolecolare offre una barra degli strumenti completa di piccole molecole che presentano, direzionale site-specific e le interazioni ancora reversibili forti, che possono essere modulati in forza da polarità solvente, la temperatura e la luce 16. Poiché le loro proprietà sono state ampiamente studiate in massa e in soluzione, queste molecole sono candidati attraenti per strutturare materiali morbidi in fasi esotici in modo prevedibile. Nonostante l'evidente potenziale di tale approccio integrato per orchestrare il montaggio colloidale via chimica supramolecolare, queste discipline hanno raramente interfacciato per personalizzare le proprietà dei materiali colloidali mesostructured 17,18.

Una solida piattaforma di colloidi supramolecolari deve soddisfare tre requisiti principali. In primo luogo, l'accoppiamento della porzione supramolecolare deve essere effettuato sotto lieve-condizioni per prevenire il degrado. In secondo luogo, le forze di superficie a Separations più grande di contatto diretto deve prevalere i motivi legati, il che significa che i colloidi non rivestiti dovrebbero quasi interagire esclusivamente tramite interazioni-volume escluso. Pertanto, le proprietà fisico-chimiche dei colloidi dovrebbero essere adattati per sopprimere altre interazioni insiti nei sistemi colloidali, come van der Waals o forze elettrostatiche. In terzo luogo, la caratterizzazione dovrebbe consentire una attribuzione univoca del gruppo alla presenza delle porzioni supramolecolari. Per rispondere a queste tre condizioni, una robusta sintesi in due fasi di colloidi supramolecolari è stato sviluppato (Figura 1a). In una prima fase, particelle di silice NVOC-funzionalizzati idrofobici sono pronti per la dispersione in cicloesano. Il gruppo NVOC può essere facilmente scisso, producendo particelle di ammine-funzionalizzati. L'elevata reattività delle ammine permette semplice post-funzionalizzazione con la frazione supramolecolare desiderato con una vasta gamma di condizioni di reazione blande. Qui, abbiamo PRepare colloidi supramolecolari per funzionalizzazione di perline di silice con alcool stearilico e il benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derivata 20. L'alcol stearilico svolge diversi ruoli importanti: rende il organofile colloidi e introduce a corto raggio repulsioni sterici che aiuta a ridurre l'interazione aspecifica tra i colloidi 21,22. van der Waals sono ulteriormente ridotti a causa della stretta corrispondenza tra l'indice di rifrazione dei colloidi e il solvente 23. A corto raggio attraente forze di superficie di luce e thermoresponsive vengono generati per incorporazione di O -nitrobenzyl protetta BTAs 20. O -nitrobenzyl frazione è un gruppo di foto-cleavable che blocca la formazione di legami idrogeno tra BTAs adiacenti quando incorporato sulle amidi nei discotici (Figura 1b). Su photocleavage da luce UV, la BTA in soluzione è in grado di riconoscere e di interagire con molecole identiche BTA attraverso un 3-fold harray di legame ydrogen, con una forza di legame che è fortemente dipendente dalla temperatura 17. Dal momento che il van der Waals attrazioni sono minimi per particelle di silice rivestite stearilico in cicloesano così come luce e alla temperatura indipendenti, il gruppo colloidale stimoli-reattiva osservato deve essere BTA-mediata.

Questo video dimostra come dettagliato di sintetizzare e caratterizzare colloidi supramolecolari e come studiare la loro auto-assemblaggio su UV-irradiazione mediante microscopia confocale. Inoltre, un semplice protocollo di analisi di immagine per distinguere singlets colloidali da colloidi cluster e determinare la quantità di colloidi per cluster viene segnalato. La versatilità della strategia sintetica permette di variare facilmente la dimensione delle particelle, la copertura superficie così come la porzione di legame introdotto, che apre nuove strade per lo sviluppo di una grande famiglia di blocchi colloidali per materiali avanzati mesostructured.

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Protocol

1. Sintesi di core-shell Silice Particelle

Nota: particelle di silice sono sintetizzati secondo la seguente procedura, che si basa sul metodo Stöber 24,25.

  1. Sintesi di semi di silice fluorescenti
    1. Sciogliere 105 mg (0,27 mmoli) di fluoresceina isotiocianato in 5 ml di etanolo.
    2. Aggiungere 100 ml di (3-amminopropil) triethoxysilane (APTES, 0,43 mmol) alla soluzione precedente.
    3. Sonicare soluzione durante 5 min e lasciare reagire per una notte sotto atmosfera di argon a temperatura ambiente sotto agitazione. Il complesso APTES dye-funzionalizzati viene usato senza purificazione.
    4. In un 1 L a fondo rotondo mix matraccio 2,5 ml delle APTES colorante funzionalizzata con 25 ml di ammoniaca (25% in acqua) e 250 ml di etanolo.
    5. Aggiungere 10 ml di tetraetilortosilicato (TEOS) sotto il menisco della miscela di reazione precedente con l'aiuto di una pipetta di vetro while agitazione con un agitatore magnetico.
    6. Analogamente, dopo 5 ore, aggiungere un altro 1,75 ml di TEOS e agitare la miscela per una notte sotto atmosfera di argon.
    7. Versare la dispersione in più di 45 ml tubi.
    8. Centrifugare le provette (350 XG, 30 min), rimuovere il surnatante e aggiungere 30 ml di etanolo fresco in ogni tubo. Sonicare le nuove dispersioni per 3 minuti, e centrifugare di nuovo per rimuovere il surnatante. Ripetere questi passaggi di lavaggio 3 volte.
    9. Mantenere i semi fluorescenti in etanolo in una concentrazione di circa 13,6 mg / ml e al buio (evitare l'esposizione alla luce).
    10. Preparare semi non fluorescenti seguendo la stessa procedura omettendo l'aggiunta del colorante fluorescente.
      Nota: A seguito di questa procedura, i semi di circa 100 nm di raggio si ottengono.
  2. Sintesi di particelle di silice core-shell
    1. Riempire un pallone da 1 L con 51 ml di etanolo, 17 ml di acqua deionizzata, 3,4 ml di ammoniaca (25% in acqua) e 4ml della dispersione seme (54,4 mg di semi fluorescenti circa).
    2. Riempire una siringa di plastica con 5 ml di TEOS e 10 ml di etanolo.
    3. Riempire una siringa di plastica con 1,34 ml di ammoniaca (25% in acqua), 3,4 ml di acqua deionizzata e 10,25 ml di etanolo.
    4. Collegare entrambi siringhe al pallone a fondo tondo con tubi di plastica.
    5. Dotare il pallone con un flusso di argon e un agitatore magnetico. L'ingresso argon deve essere vicino alla presa della seconda siringa per evitare il contatto tra i gas di ammoniaca dalle goccioline TEOS per evitare nucleazione secondaria.
    6. Aggiungere il contenuto di entrambe le siringhe contemporaneamente a 1,7 ml / hr utilizzando pompe peristaltiche agitando la miscela. Assicurarsi di ottenere caduta libera gocce per evitare di scivolare sulle pareti e nucleazione quindi secondaria.
    7. Interrompere l'aggiunta dopo 7 ore per ottenere particelle core-shell di circa 300 nm in raggi.
    8. Versare il contenuto del pallone in più di 45 ml provette.
    9. Centrifugare le provette (350 XG, 30 min), rimuovere il surnatante e aggiungere 30 ml di etanolo fresco in ogni tubo. Sonicare nuova dispersione per 3 min, e centrifugare nuovamente per rimuovere il surnatante. Ripetere questi passaggi di lavaggio 3 volte.
    10. Mantenere le particelle core-shell in etanolo e al buio (evitare l'esposizione alla luce).
    11. Preparare particelle di silice non fluorescenti seguendo la stessa procedura, ma utilizzando i semi non fluorescenti.

2. Funzionalizzazione di silice colloidi

  1. Sintesi di colloidi NVOC-funzionalizzati
    1. Disperse 10 mg di particelle di silice core-shell in 1 ml di etanolo assieme con 12 mg (0,03 mmol) della molecola NVOC-C11-OH e 31 mg (0,11 mmoli) di alcol stearilico in 50 ml pallone a fondo rotondo (risultante in 20/80 NVOC-C11-OH / stearil rapporto molare alcool).
    2. Sonicare la miscela per 10 minuti per garantire che tutte le molecole si dissolvono e le particelle sono ben Vernicersed.
    3. Aggiungere alla miscela una barra agitatore magnetico e si evapora l'etanolo con un flusso costante di argon a temperatura ambiente. Prima di procedere accertarsi che non vi sia etanolo sinistra, altrimenti potrebbe reagire con i gruppi silanolici delle particelle. Per verificare se l'etanolo è completamente evaporato prestare attenzione alla temperatura del fondo del pallone. Se ci si sente freddo, l'etanolo non è ancora del tutto evaporato.
    4. Riscaldare il pallone fino a 180 ° C per 6 ore sotto continua agitazione e sotto un flusso costante di argon 22.
    5. Lasciare la muffola raffreddare a temperatura ambiente.
    6. Aggiungere 3 ml di CHCl 3 nel pallone e ultrasuoni per 5 minuti (o fino a quando tutto il contenuto solido è stato disciolto o disperso).
    7. Centrifuga la dispersione (2.600 xg, 4 min), rimuovere il surnatante e aggiungere CHCl fresco 3. Sonicare nuova dispersione per 3 min, e centrifugare nuovamente per rimuovere il surnatante. Ripetere questi passaggi di lavaggio 6 volte. Asciugare le particelle a 70 ° C in vuoto per una notte e memorizzarli in un essiccatore.
  2. Sintesi di BTA-colloidi
    1. Disperse 10 mg di particelle funzionalizzate con un rapporto molare 20/80 di alcool NVOC-C11-OH / stearil in 3 ml di CHCl 3.
    2. Irradiare la dispersione in un UV-forno (λ max = 354 nm) per 1 ora a fendere il gruppo NVOC. Assicurarsi che la deprotezione è omogenea sulla superficie delle particelle agitando la dispersione delicatamente con un agitatore magnetico mentre deprotezione. Questo produce le particelle ammina-funzionalizzato (Figura 1a).
    3. Sciogliere 9 mg del derivato del benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA, 0,01 mmoli), 8,7 ml di N, N -diisopropylethylamine (DIPEA, 0,05 mmoli) e 5,2 mg di (benzotriazol-1-ilossi) tripyrrolidinophosphonium esafluorofosfato ( PyBOP, 0.01 mmol) in 1 ml di CHCl 3.
    4. Aggiungere la soluzione al quali ammine p funzionalizzatoarticolo dispersione e mescolare notte a temperatura ambiente e sotto atmosfera di argon.
    5. Centrifuga la dispersione (2.600 xg, 4 min), rimuovere il surnatante e aggiungere 3 ml di CHCl fresco 3. Sonicare nuova dispersione per 3 min, e centrifugare nuovamente per rimuovere il surnatante. Ripetere questi passaggi di lavaggio 6 volte.
    6. Asciugare le particelle a 70 ° C sotto vuoto per 48 ore e memorizzarli in un essiccatore.

3. statico leggeri Misure Scattering (SLS)

Nota: utilizzare particelle non fluorescenti, poiché il nucleo fluorescente assorbe la luce della stessa lunghezza d'onda della luce laser incidente di apparecchiature dispersione della luce convenzionale.

  1. Funzionalizzare 10 mg di particelle di silice non fluorescenti con alcool stearilico solo (senza NVOC-C11-OH) seguendo la procedura descritta nella sezione 2.1.
  2. Preparare 500 ml di una dispersione di 0,033 mg / ml di particelle non-funzionalizzata in acqua ed unaltro di 2 mg / ml dei stearilico particelle alcol rivestite in cicloesano.
  3. Sonicare entrambe dispersioni per almeno 20 minuti per assicurare che le particelle sono ben disperse.
  4. Misurare l'intensità sparso di due dispersioni, i solventi e il solvente di riferimento da 30 ° a 120 ° in incrementi di 5 °.
  5. Tracciare l'intensità del campione (campione I) come funzione di q
    (Equazione 1) q =n sin solvente / 2) / λ o
    con il θ angolo di diffusione, l'indice di rifrazione n del solvente solvente e la lunghezza d'onda del laser λ o.
  6. Montare i dati alla seguente equazione utilizzando il software (per esempio, origine)
    (Equazione 2) I campione = CP (QR)
    dove C è una costante e fattore di forma P (QR) è dato da
    (Equazione 3) <img alt = "Equazione 3" src = "/ files / ftp_upload / 53934 / 53934eq3.jpg" />

    in cui il raggio medio dei colloidi sferiche è R.
  7. Estrarre R dalle misure per ogni dispersione.
  8. Calcolare il rapporto Rayleigh (R θ), che è una misura assoluta per l'intensità della luce diffusa, secondo la seguente equazione, per ogni θ.
    (Equazione 4) Equazione 4

    con l'intensità del campione, il solvente e il riferimento, I SAMPLE, I SOLVENTE e riferisco rispettivamente l'indice di rifrazione del solvente e il riferimento n solvente e n riferimento, corrispondentemente, e la Ratio Rayleigh del riferimento riferimento R. Qui utilizzare toluene come riferimento, Tale che n = 1.332 acqua, n toluene = 1.497, n = 1.426 cicloesano; R toluene = 2.74x10 -3 m -1 26.
  9. Calcolare l'indice medio di rifrazione dei colloidi (n colloidi) da R θ e Equazione 5.
    (Equazione 5) Equazione 5

    con il numero di particelle per volume N, il volume di una particella v particelle in v particelle = 4/3 πR 3, e supponendo che il fattore di struttura S (q) ~ 1, che è il limite di particelle non interagenti.

4. Quantificazione del numero di siti attivi per particella

Nota: utilizzare piccole particelle di 13 nm di raggio (con una più ampia superficie diRapporto -volume).

  1. Funzionalizzare piccole particelle disponibili in commercio con un rapporto 20/80 molare NVOC-C11-OH / alcool stearilico seguendo la procedura descritta nella sezione 2.1.
  2. Disperdere 20 mg di piccole particelle funzionalizzate in 1 ml di CHCl 3 e irradiare la dispersione in un UV-forno (λ max = 354 nm) per 1 ora a fendere il gruppo NVOC. Mescolare la dispersione delicatamente con una barra agitatore magnetico mentre deprotezione. In questo modo i colloidi non sedimentano e la loro superficie rimane esposta alla luce UV, assicurando così deprotezione omogenea.
  3. Spin giù le particelle di ammine-funzionalizzati risultanti (3.400 xg, 10 min) e rimuovere il surnatante.
  4. Essiccare le particelle a 70 ° C per 2 ore.
  5. Sciogliere 0,50 mg di succinimidil 3- (2-piridilditio) propionato (SPDP, 0,0016 mmoli) in 200 ml di dimetilformammide (DMF).
  6. Aggiungere la soluzione SPDP al 20 mg delle particelle ammina-funzionalizzati secchi e vorticeSistema per 30 min. Entro questo tempo, tutti ammine primarie disponibili sui colloidi hanno reagito con il SPDP.
  7. Lavare le particelle di 1 ml di DMF per 6 volte (o fino a quando non SPDP connessione viene rilevata nel surnatante mediante spettroscopia UV-Vis a λ = 375 nm). Nell'ultima fase di lavaggio cercare di rimuovere il più surnatante possibile.
  8. Sciogliere 0,53 mg di ditiotreitolo (DTT, 0,0034 mmoli) in 50 ml di DMF. Aggiungere la soluzione DTT alle particelle e agitare la dispersione per 30 min. Entro questo tempo il gruppo piridin-2-tione viene aperto.
  9. Determinare l'assorbanza della libera piridina-2-thione liberata nel surnatante a λ = 293 nm con una microvolumi UV-Vis spettrofotometro.
  10. Costruire una curva di calibrazione per determinare il coefficiente di estinzione ɛ (~ 12.1x10 3 M -1 cm -1) della piridina-2-tione in DMF misurando l'assorbanza di una serie di diluizioni di diverse quantità note di SPDP con un eccesso di DTT .
  11. C P2T, che viene scisso dalle particelle utilizzando la legge di Lambert-Beer:
    (Equazione 6) Abs = C P2T ε l
    con la concentrazione molare di piridina-2-tione C P2T, il ɛ coefficiente di estinzione e la lunghezza del percorso l.
  12. Calcolare il numero di siti attivi (ammine) per particella con la seguente equazione
    (Equazione 7) equazione 7
    con la massa di una particella M particelle cioè M particelle = 4 / 3πR 3 ρ, con ρ = 1.295 g / cm 3, la massa ponderato totale di particelle M totale (20 mg) e il volume totale V totale (50 microlitri). Questa equazione presuppone che tutti disponibiliammine reagiscono con l'SPDP e DTT riduce tutte le molecole spdp attaccate alle particelle.

5. Monitor Assemblea colloidale per Microscopia confocale

Nota: le particelle Usa core-shell di silice (con un nucleo fluorescente ed un guscio non fluorescente).

  1. Preparare 400 ml di una dispersione di 0,1% in peso di particelle BTA-funzionalizzati in cicloesano e sonicare il campione per 20 min.
  2. Irradiare la fiala del campione nel forno UV (λ max = 354 nm) per fendere fuori dal gruppo o -nitrobenzyl della BTA. Prendere 25 microlitri aliquote in diversi momenti della irraggiamento, per esempio da 0 a 30 minuti, per monitorare il processo di clustering.
  3. Posizionare le diverse aliquote su diversi vetrini con l'aiuto di un distanziatore e chiudere le camere con un vetrino (dimensione della camera è di 13 mm di diametro × altezza 0,12 millimetri). Dopo la chiusura della camera, girare la polizza di copertura testa in giù per lasciare che le particelle di sedimenti e adsorb sul vetro, che facilita l'imaging.
  4. Prendere diverse immagini di ciascun campione con il microscopio confocale appena possibile dopo la preparazione del campione per ogni tempo di irradiazione.

Analisi 6. Immagine

  1. La quantificazione del numero di canottiere con ImageJ
    Nota: Tutti i comandi utilizzati per scrivere la sceneggiatura sono descritte nel manuale ImageJ:
    http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/user-guide.pdf
    1. Smooth le immagini confocale per rimuovere pixel isolati dai bordi e riempire piccoli fori che eseguono la funzione "Smooth".
    2. Dato che solo i nuclei sono fluorescenti, dilatare le aree luminose finché il bordo delle particelle che appartengono allo stesso tatto cluster e particelle fondono. Fate questo utilizzando il filtro "Dilata". Con particelle con spessore del guscio di circa 180 nm, e le immagini con una risoluzione di 0,02 micron / pixel, a due passi dilatazione sono sufficienti.
    3. Convertire le immaginiin un quadro binario in esecuzione la funzione "Crea binario".
    4. Impostare la scala eseguendo lo strumento "" Set Scala ... ", la distanza = 1 noto = 0.02 pixel = 1 unità = um" "per le immagini scattate con una risoluzione di 0,02 micron / pixel per esempio.
    5. Applicare una dimensione di soglia per discriminare il rumore e le particelle out-of-focus da particelle in-of-focus. Per esempio, con le immagini scattate con una risoluzione di 0,02 micron / pixel, tutte le aree più piccolo di 0.2 pixel sono escluse. Fatelo utilizzando il comando "Analizza particelle ...", "size = 0,2-Infinito".
    6. Creare un'immagine all.jpg e un file ALL.TXT con la dimensione di tutte le aree luminose nell'immagine (cluster e canottiere) utilizzando i comandi "" risultati ", _all.txt" "e" "JPEG", "tutto" ".
    7. Si supponga aree che tutte luminose tra 0,2 e 0,7 pixel in termini di dimensioni e con una circolarità (circolarità = 4 π Area / Perimeter 2) tra 0,7 e 1,0 sonocanottiere che eseguono il comando "Analizzare le particelle ...", "circolarità = 0,7-1,0".
    8. Creare un'immagine singlets.jpg e un file singlets.txt con le informazioni di tutte le aree luminose che sono canottiere utilizzando i comandi "" risultati ", _singlets.txt" "e" "JPEG", "canottiere" ".
  2. Elaborare le informazioni con Matlab
    1. Leggere il file txt singoletto e calcolare la dimensione media di un singoletto per picture (A singoletto).
    2. Utilizzare la dimensione media di un singoletto per calcolare il numero di particelle per cluster (A singoletto doppietto = 2A, A = tripletto 3A singoletto ...) e il numero totale di particelle nella tabella dell'altro file ALL.TXT.
    3. Calcolare la frazione di particelle in canottiere per ogni tempo di esposizione: singlets f = canottiere numero totale di particelle /
    4. Calcolare la frazione di doppiette, triplette, etc.: F doppietti = 2 * numero di doppiette / particelle totali, etc.

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Representative Results

Dato che la procedura in due fasi utilizzato per sintetizzare i colloidi supramolecolari (Figura 1a), accoppia il BTA- derivati ​​(Figura 1b) in una seconda fase a temperatura ambiente e in condizioni di lieve reazione, la sua stabilità è garantita.

Figura 1
Figura 1. Schema della sintesi di colloidi supramolecolari. A) Accoppiamento della alcool stearilico e la catena alchilica NVOC protetto ai colloidi silice, seguita da ammina deprotezione su irradiamento con luce UV in un accoppiamento UV forno e successiva della molecola. B) Struttura BTA del benzene-1 , 3,5-tricarboxamide (BTA) derivato utilizzato. cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

silice = 1.391 e n silice @ alcool stearilico = 1.436 (Figura 2). Questo mostra chiaramente che funzionalizzazione superficiale ha un impatto sulla rifrazione dei colloidi. La composizione chimica del monostrato di colloidi rivestiti alcol stearilico e le BTA-colloidi è molto simile poiché la frazione molare di BTA è al massimo 0,2. Pertanto, si assume che l'indice di rifrazione del BTA-colloidi è vicino a n silice @ alcool stearilico = 1.436.

figura 2
Figura 2. Misure di diffusione della luce statiche di colloidi silice. Intensità della luce diffusa in funzione del θ angolo di rilevamento per A B) alcool stearilico rivestite in cicloesano. Le linee tratteggiate sono le gomme per i punti dati sperimentali. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Utilizzando lo schema di reazione mostrato nella Figura 3, piccole particelle funzionalizzate con un 20/80 NVOC-C11-OH / alcool stearilico molare risultato rapporto in 1 ammina per 46,4 nm 2 sulla loro superficie. Questo numero può essere a sua volta correlata al numero di frazioni supramolecolari accoppiabili, che noi definiamo come multivalenza delle particelle.

Figura 3
Figura 3. Valutazione della quantità di siti attivi per particella. Procedura seguita per determinare la quantitàdi ammine per particella: colloidi ammina-funzionalizzati vengono fatte reagire con SPDP. D'ora in avanti, DTT è aggiunto al sistema di fendere fuori dal gruppo piridina-2-tione, che può essere rilevata da photospectrometry al suo massimo assorbimento λ max = 293 nm in DMF. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Nelle immagini confocali, la maggior parte dei colloidi supramolecolari della dispersione prima irradiazione con luce UV sono singlets (Figura 4, in alto). È interessante notare, dopo l'irradiazione, un'evoluzione dallo stato di singoletto allo stato cluster viene osservato (Figura 4 centro e in basso). L'analisi delle immagini viene utilizzato per monitorare l'aggregazione in maniera più quantitativa. Una forte riduzione del numero di singlets da 80% al 9% è osservato dopo UV-irradiazione entro il primo 5minuti.

Figura 4
Procedura Figura 4. elaborazione immagine. Immagini di microscopia confocale originale, immagini binarie e la zona di canottiere per i campioni deprotetti per (sopra) 0 min, (al centro) e 15 sec (in basso) 5 min. La barra di scala rappresenta 10 micron. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Discussion

Quando cicloesano, con un indice di rifrazione di 1,426, è usato come solvente per disperdere le BTA-colloidi, interazioni van der Waals sono molto deboli, poiché gli indici di rifrazione di colloidi e solvente sono quasi uguali. Si noti che la concentrazione di colloidi funzionalizzate utilizzati per gli esperimenti SLS in cicloesano è molto più elevato rispetto ai colloidi silice nudi in acqua. Ciò è necessario per ottenere una sufficientemente forte dispersione a causa del basso contrasto come gli indici di rifrazione sono quasi abbinati. Tracce di acqua nei campioni cicloesano vengono immediatamente rilevati, sia pure indirettamente, il clustering non trascurabile a causa di forze capillari. Pertanto, è della massima importanza garantire che i colloidi sono privi di acqua durante tutte le fasi di sintesi di loro essiccazione sotto vuoto per lunghi periodi di tempo, come descritto nel protocollo.

Dato che il metodo utilizzato per quantificare le ammine analizza la quantità di piridina-2-Thione spaccati dalle particelle, elude artefatti dovuti alla dispersione delle particelle che possono essere affrontate con altre tecniche come NMR. Supponendo uguale densità superficiale per piccole e grandi particelle, la densità ammina rilevato per le piccole particelle corrisponde a circa 24.350 ammine per grandi colloidi di 300 nm in raggi. È interessante notare che l'approccio introdotto permette di regolare la multivalenza dei colloidi supramolecolari semplicemente cambiando il NVOC-C11-OH / rapporto molare alcool stearilico durante la prima fase di funzionalizzazione. Tale variazione di multivalenza può essere ulteriormente quantificato secondo la stessa procedura ammina quantificazione.

La dispersione di successo dei colloidi in canottiere prima dell'attivazione luce, osservata al microscopio confocale, è in linea con molto debole di van der Waals e trascurabile di idrogeno-bonding in cicloesano prima photocleavage del gruppo di protezione o -nitrobenzyl. Quindi, il clustering fotoindottopuò essere facilmente attribuito alle frazioni supramolecolari. Questo è fondamentale in quanto ci proponiamo di dirigere il clustering tramite forze supramolecolari. Scissione del gruppo o -nitrobenzyl dalla luce UV consente infatti di BTAs ancorate su diversi colloidi di interagire, di conseguenza promuovendo colloidale auto-assemblaggio come confermato dalla formazione di cluster.

In conclusione, abbiamo dimostrato un metodo semplice per coppia BTA-derivati ​​su particelle di silice in modo controllato. Il comportamento dei colloidi supramolecolari derivanti è governato con successo dalle interazioni attrattive tra le molecole di superficie-innestate, vale a dire intermolecolari interazioni di idrogeno-legame. Questa metodologia può essere facilmente esteso per sintetizzare una vasta gamma di colloidi supramolecolari decorati con altri tipi di porzioni supramolecolari. Quindi, il protocollo descritto nel presente documento apre la strada per lo sviluppo di una nuova famiglia di blocchi di costruzione per formare colloidale mesostructuredmateriali.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgements

Gli autori riconoscono l'Organizzazione olandese per la ricerca scientifica (NWO ECHO-STIP di Grant 717.013.005, NWO VIDI Concessione 723.014.006) per il sostegno finanziario.

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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