Síntese e Caracterização de Supramoleculares Colloids

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

Materiais coloidais Mesostructured encontrar ampla aplicação em ciência e tecnologia, como sistemas modelo para estudos fundamentais sobre materiais atômicos e moleculares 1,2, como materiais fotônicos 3,4, como sistemas de entrega de drogas 5,6, como revestimentos 7 e em litografia para padronização de superfície 8,9. Desde colóides liof�ica são materiais metaestáveis ​​que eventualmente se agregam irreversivelmente devido às onipresente de van der Waals, sua manipulação em estruturas-alvo específicos é notoriamente difícil. Numerosas estratégias têm sido desenvolvidas para controlar a auto-montagem coloidal incluindo o uso de aditivos para sintonizar os eletrostáticos 10,11 ou exaustão interações 12,13, ou gatilhos externos, tais como magnético 14 ou elétricos 15 campos. Uma estratégia alternativa sofisticada para alcançar o controle sobre a estrutura, dinâmica e mecânica desses sistemas é a sua sagacidade funcionalizaçãoh moléculas que interagem através de forças específicas e direcional. Química supramolecular oferece uma caixa de ferramentas abrangente de pequenas moléculas que exibem específica do local, direccional e ainda as interacções reversíveis fortes, que podem ser moduladas em força pela polaridade do solvente, temperatura e luz 16. Uma vez que as suas propriedades têm sido estudados extensivamente em grandes quantidades e na solução, estas moléculas são candidatos atractivos para estruturar materiais macios em fases exóticas de uma forma previsível. Apesar do potencial evidente de uma tal abordagem integrada para orquestrar montagem coloidal via química supramolecular, essas disciplinas raramente interface para adequar as propriedades dos materiais coloidais mesostructured 17,18.

Uma plataforma sólida de colóides supramoleculares precisa atender a três requisitos principais. Em primeiro lugar, o acoplamento da unidade supramolecular deve ser feita sob condições de ligeira para evitar a degradação. Em segundo lugar, as forças de superfície em separations maior do que o contato direto deve ser dominada pelos motivos amarrados, o que significa que os colóides não revestidos deverá quase interagir exclusivamente via interações de volume excluído. Portanto, as propriedades físico-químicas dos colóides deve ser adaptado para suprimir outras interacções inerentes aos sistemas coloidais, tais como de van der Waals ou forças electrostáticas. Em terceiro lugar, caracterização deve permitir uma atribuição inequívoca do conjunto à presença das unidades supramoleculares. Para atender a essas três pré-requisitos, uma síntese de duas etapas robusto de colóides supramoleculares foi desenvolvido (Figura 1a). Num primeiro passo, as partículas de sílica funcionalizada-Nvoc hidrofóbicos são preparados por dispersão em ciclo-hexano. O grupo NVOC pode ser facilmente clivado, obtendo-se partículas funcionalizadas com amina. A alta reactividade de aminas simples permite pós-funcionalização com a unidade supramolecular desejado utilizando uma ampla gama de condições de reacção suaves. Aqui, nós prepare colóides supramoleculares por funcionalização dos grânulos de sílica com álcool estearílico e um benzeno-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derivado de 20. O álcool esteárico desempenha vários papéis importantes: ele faz o organof�ica colóides e introduz de curto alcance repulsões estéricas o que ajuda a reduzir a interação não específica entre colóides 21,22. van der Waals são ainda mais reduzidos devido à estreita correspondência entre o índice de refração dos colóides e o solvente 23. De curto alcance atraentes forças superficiais de luz e thermoresponsive são gerados por incorporação de o-nitrobenzilo protegido BTAs 20. O-nitrobenzilo radical é um grupo foto-cliváveis ​​que bloqueia a formação de ligações de hidrogénio entre BTAs adjacentes, quando incorporado nas amidas nas discotics (Figura 1B). Após a fotoclivagem por luz UV, o BTA em solução é capaz de reconhecer e interagir com moléculas de BTA idênticos através de uma dobra 3-hvariedade de títulos ydrogen, com uma força de ligação que é fortemente dependente 17 temperatura. Uma vez que a van der Waals atrações são mínimas para partículas de sílica estearilo revestido em ciclo-hexano, bem como luz e de temperatura independente, o conjunto coloidal estímulos responsivos observado deve ser BTA-mediada.

Este vídeo demonstra como detalhado para sintetizar e caracterizar colóides supramoleculares e como estudar a sua auto-montagem mediante irradiação UV por meio de microscopia confocal. Além disso, um protocolo de análise de imagem simples para distinguir singletos coloidais de colóides em cluster e determinar a quantidade de colóides por clusters é relatados. A versatilidade da estratégia sintética permite facilmente variar de tamanho de partícula, a cobertura de superfície, bem como a porção de ligação introduzido, o que abre novos caminhos para o desenvolvimento de uma grande família de blocos de construção coloidais para materiais avançados mesostructured.

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Protocol

1. Síntese de núcleo-invólucro partículas de sílica

Nota: as partículas de sílica são sintetizados de acordo com o procedimento seguinte, que é baseado no método de Stöber 24,25.

  1. Síntese de sementes de sílica fluorescentes
    1. Dissolve-se 105 mg (0,27 mmol) de isotiocianato de fluoresceína em 5 ml de etanol.
    2. Adicionar 100 ul de (3-aminopropil) trietoxissilano (APTES, 0,43 mmol) à solução anterior.
    3. Sonicar a solução durante 5 min e deixá-lo reagir durante a noite sob uma atmosfera de árgon à temperatura ambiente enquanto se agitava. O complexo APTES funcionalizado com corante é usado sem purificação.
    4. Em uma de 1 L de fundo redondo com mistura balão de 2,5 ml de APTES os funcionalizado com corante com 25 mL de amoníaco (25% em água) e 250 ml de etanol.
    5. Adicionar 10 ml de ortossilicato de tetraetilo (TEOS) sob o menisco da mistura reaccional anterior com a ajuda de uma pipeta de vidro while agitação com um agitador magnético.
    6. De igual modo, depois de 5 h, adicionar mais 1,75 mL de TEOS e agita-se a mistura durante a noite sob uma atmosfera de árgon.
    7. Verter a dispersão em vários tubos de 45 ml.
    8. Centrifugar os tubos (350 xg, 30 min), remover o sobrenadante e adicionar 30 ml de etanol fresco em cada tubo. Sonicar as novas dispersões durante 3 minutos, e centrifugar de novo para remover o sobrenadante. Repita essas etapas de lavagem 3 vezes.
    9. Manter as sementes fluorescentes em etanol numa concentração de cerca de 13,6 mg / ml e no escuro (evitar a exposição à luz).
    10. Prepare sementes não fluorescentes seguindo o mesmo processo omitindo a adição do corante fluorescente.
      Nota: Seguindo este procedimento, são obtidas as sementes de cerca de 100 nm de raio.
  2. Síntese de partículas de sílica core-shell
    1. Encher um 1 L balão de fundo redondo com 51 ml de etanol, 17 ml de água desionizada, 3,4 ml de amónia (25% em água) e 4ml da dispersão de sementes (54,4 mg de sementes fluorescentes aproximadamente).
    2. Encher uma seringa de plástico com 5 mL de TEOS e 10 ml de etanol.
    3. Encha uma segunda seringa de plástico com 1,34 ml de amoníaco (25% em água), 3,4 ml de água desionizada e 10,25 ml de etanol.
    4. Ligar as duas seringas para o balão de fundo redondo com tubos de plástico.
    5. Equipar o balão com um fluxo de árgon e um agitador magnético. A entrada de árgon tem de ser ao lado da saída da segunda seringa, para evitar o contacto entre os gases de amoníaco a partir das gotas de TEOS para evitar a nucleação secundária.
    6. Adicionar o conteúdo de ambas as seringas, ao mesmo tempo em 1,7 ml / h, usando bombas peristálticas, enquanto se agitava a mistura. Certifique-se de obter gotas em queda livre para evitar deslizar nas paredes e nucleação, portanto, secundária.
    7. Parar a adição depois de 7 horas para se obter partículas com núcleo e camadas de aproximadamente 300 nm de raio.
    8. Verter o conteúdo do balão em vários tubos de 45 ml.
    9. Centrifugar os tubos (350 xg, 30 min), remover o sobrenadante e adicionar 30 ml de etanol fresco em cada tubo. Sonicar a nova dispersão durante 3 min, e centrifuga-se novamente para eliminar o sobrenadante. Repita essas etapas de lavagem 3 vezes.
    10. Manter as partículas com núcleo e camadas em etanol e no escuro (evitar a exposição à luz).
    11. Preparar partículas de sílica não fluorescentes seguindo o mesmo procedimento, mas utilizando as sementes não fluorescentes.

2. A funcionalização da sílica Colloids

  1. Síntese dos colóides funcionalizada-Nvoc
    1. Dispersa-se 10 mg de partículas de sílica com núcleo e camadas em 1 ml de etanol, juntamente com 12 mg (0,03 mmol) de a molécula NVOC-C11-OH e 31 mg (0,11 mmol) de álcool de estearilo em um frasco de 50 ml de fundo redondo (resultante em C11-OH NVOC-razão 20/80 / álcool estearílico molar).
    2. Sonicar a mistura durante 10 minutos para assegurar que todas as moléculas são dissolvidos e as partículas são bem dispersed.
    3. Adicionar à mistura de uma barra de agitação magnética e evapora-se o etanol com uma corrente constante de árgon à temperatura ambiente. Antes de prosseguir, assegurar que não fica etanol, caso contrário, poderia reagir com os grupos silanol das partículas. Para verificar se o etanol é evaporado completamente prestar atenção à temperatura do fundo do frasco. Se ele se sente frio, o etanol ainda não está completamente evaporado.
    4. Aquecer o balão até 180 ° C durante 6 horas, sob agitação contínua e sob uma corrente constante de árgon 22.
    5. Deixe o balão arrefecer até à temperatura ambiente.
    6. Adicionar 3 ml de CHCI3 para o balão e sonicado durante 5 minutos (ou até que todo o teor de sólidos foi dissolvida ou dispersa).
    7. Centrifugar a dispersão (2600 x g, 4 minutos), remover o sobrenadante e adicionar CHCl 3 fresco. Sonicar a nova dispersão durante 3 min, e centrifuga-se novamente para eliminar o sobrenadante. Repita essas etapas de lavagem 6 vezes. Seque as partículas a 70 ° C em vácuo durante a noite e armazená-los num exsicador.
  2. Síntese de BTA-colóides
    1. Dispersa-se 10 mg de partículas funcionalizadas com uma razão molar de 20/80 de álcool NVOC-C11-OH / estearilo em 3 ml de CHCI3.
    2. Irradiar a dispersão em um forno de UV (λ max = 354 nm) durante 1 h para clivar o grupo NVOC. Certifique-se de que a desprotecção é homogénea na superfície das partículas por agitação da dispersão suavemente com um agitador magnético durante a desprotecção. Isto produz as partículas funcionalizadas com amina (Figura 1A).
    3. Dissolve-se 9 mg do derivado de benzeno-1,3,5-tricarboxamide (BTA, 0,01 mmol), 8,7 ul de N, N-diisopropiletilamina (DIPEA, 0,05 mmol) e 5,2 mg de hexafluorofosfato de (benzotriazol-1-iloxi) tripirrolidinofosfónio hexafluorofosfato ( PyBOP, 0,01 mmol) em 1 ml de CHCl3.
    4. Adicionar a solução à P funcionalizado aminasArtigo dispersão e agita-se durante a noite à temperatura ambiente e sob uma atmosfera de árgon.
    5. Centrifugar a dispersão (2600 x g, 4 minutos), remover o sobrenadante e adicionar 3 ml de CHCl 3 fresco. Sonicar a nova dispersão durante 3 min, e centrifuga-se novamente para eliminar o sobrenadante. Repita essas etapas de lavagem 6 vezes.
    6. Secam-se as partículas a 70 ° C in vácuo durante 48 h e armazená-los num exsicador.

3. estática de dispersão da luz Medidas (SLS)

Nota: Utilize partículas não fluorescentes, uma vez que o núcleo fluorescente absorve a luz do mesmo comprimento de onda da luz laser incidente de equipamentos de dispersão de luz convencional.

  1. Funcionalizar 10 mg de partículas de sílica não fluorescentes com álcool estearílico apenas (sem NVOC-C11-OH) seguindo o procedimento descrito na secção 2.1.
  2. Preparar 500 ul de uma dispersão de 0,033 mg / ml de partículas não-funcionalizado em água e umum outro de 2 mg / ml de estearilo as partículas revestidas com o álcool em ciclo-hexano.
  3. Sonicar ambas as dispersões durante pelo menos 20 minutos para garantir que as partículas são bem dispersa.
  4. Medir a intensidade dispersa de ambas as dispersões, os solventes e o solvente de referência de 30 ° a 120 ° em incrementos de 5 °.
  5. Traça-se a intensidade da amostra (amostra I) como uma função de q
    (Equação 1) Q = N sin 4π solvente / 2) / O λ
    θ com o ângulo de espalhamento, o Índice de refracção do solvente n solvente e o comprimento de onda do laser de λ S.
  6. Ajustar os dados com a seguinte equação usando o software (por exemplo, origem)
    (Equação 2) Eu provo = CP (QR)
    onde C é uma constante e o factor de forma P (Qr) é dada pela
    (Equação 3) <img alt = "Equação 3" src = "/ files / ftp_upload / 53934 / 53934eq3.jpg" />

    em que o raio médio dos colóides esféricas é R.
  7. Extrair r do se encaixa para cada dispersão.
  8. Calcular a relação de Rayleigh (R θ), que é uma medida absoluta para a intensidade da luz dispersa, de acordo com a seguinte equação, para cada θ.
    (Equação 4) equação 4

    com a intensidade da amostra, o solvente e a referência, I provar, eu solvente e eu referência, respectivamente, o índice de refracção do solvente e do solvente de referência n e n de referência, correspondentemente, ea relação de Rayleigh da referência de referência R. Aqui usa tolueno como uma referência, De tal modo que n água = 1,332, n = 1.497 tolueno, n ciclohexano = 1.426; R tolueno = 2.74x10 -3 m -1 26.
  9. Calcular o índice de refração média dos colóides (n colóides) a partir de R θ e Equação 5.
    (Equação 5) equação 5

    com o número de partículas por unidade de volume de N, o volume de uma partícula v partícula dada por v partícula = 4/3 πR 3, e assumindo que o factor de estrutura S (Q) ~ 1, que é o limite de partículas não interactuantes.

4. Quantificação do número de sítios ativos por partícula

Nota: Use pequenas partículas de 13 nm de raio (com uma maior superfície para-proporção de volume).

  1. Funcionalizar pequenas partículas disponíveis comercialmente com uma proporção molar de 20/80 NVOC-C11-OH / álcool de estearilo, seguindo o procedimento descrito na secção 2.1.
  2. Dispersa-se 20 mg de partículas pequenas, funcionalizados em 1 ml de CHCl3 e irradiar a dispersão em um forno de UV (λ max = 354 nm) durante 1 h para clivar o grupo NVOC. Agita-se a dispersão delicadamente com uma barra de agitação magnética, enquanto a desprotecção. Desta maneira, os colóides não sedimentar e a sua superfície permanece exposta à luz UV, assegurando, consequentemente, a desprotecção homogénea.
  3. Girar as partículas funcionalizadas com amina resultante (3.400 xg, 10 min) e remover o sobrenadante.
  4. Secam-se as partículas a 70 ° C durante 2 h.
  5. Dissolve-se 0,50 mg de succinimidil-3- (2-piridiltio) propionato (SPDP, 0,0016 mmol) em 200 mL de dimetilformamida (DMF).
  6. Adicionar a solução de SPDP a 20 mg das partículas secas funcionalizado com amina e o vórticesistema durante 30 minutos. Dentro deste tempo, todas as aminas primárias disponíveis sobre os colóides de ter reagido com o SPDP.
  7. Lavam-se as partículas com 1 ml de DMF para 6 vezes (ou até que nenhum SPDP livre é detectada no sobrenadante por espectrometria de UV-Vis a λ = 375 nm). No último passo de lavagem tentar remover tanto sobrenadante quanto possível.
  8. Dissolve-se 0,53 mg de ditiotreitol (DTT, 0,0034 mmol) em 50 ul de DMF. Adicionar a solução de DTT até as partículas da dispersão e agitar com vortex durante 30 min. Dentro deste tempo o grupo piridina-2-tiona é clivada.
  9. Determinar a absorvância do piridina-2-tiona livre libertada no sobrenadante a λ = 293 nm com um microvolume UV-Vis.
  10. Preparar uma curva de calibração para determinar o coeficiente de extinção ɛ (~ 12.1x10 3 M -1 cm -1) do piridina-2-tiona em DMF através da medição da absorvância de uma série de diluições de diferentes quantidades conhecidas de SPDP com um excesso de DTT .
  11. C P2T, que é clivada a partir das partículas usando a lei de Lambert-Beer:
    (Equação 6) Abs = C P2T ε l
    com a concentração molar de piridina-2-tiona C P2T, o ɛ coeficiente de extinção e o comprimento do percurso l.
  12. Calcular o número de locais activos (aminas) por partículas com a seguinte equação
    (Equação 7) equação 7
    com a massa de uma partícula H partícula que é M partícula = 4/3 3πR ρ, com ρ = 1,295 g / cm 3, a massa total de partículas ponderado total M (20 mg) e o total do volume total de V (50 ul). Esta equação assume que todos disponíveisaminas reagem com o SPDP e o DTT reduz todas as moléculas de SPDP ligado às partículas.

5. Monitorar Assembleia coloidal por microscopia confocal

Nota: partículas Use core-shell de sílica (com um núcleo fluorescente e um shell não fluorescente).

  1. Preparar 400 ul de uma dispersão de 0,1% em peso de partículas de BTA-funcionalizados em ciclo-hexano e sonicar a amostra durante 20 min.
  2. Irradiar o frasco da amostra no forno UV (λ max = 354 nm) para clivar o grupo o-nitrobenzilo do BTA. -Se 25 mL alíquotas em diferentes tempos de irradiação, por exemplo, de 0 até 30 minutos, para monitorizar o processo de agrupamento.
  3. Coloque as diferentes aliquotas em diferentes lâminas de vidro com a ajuda de um espaçador e fechar as câmaras com uma lamela (tamanho da câmara é de 13 mm de diâmetro x altura 0,12 milímetros). Depois de fechar a câmara, rode a tampa de deslizamento de cabeça para baixo para permitir que as partículas de sedimentos e adsorb sobre o vidro, o que facilita a criação de imagens.
  4. Aqui várias imagens de cada amostra com o microscópio confocal, o mais rapidamente possível após a preparação da amostra para cada tempo de irradiação.

Análise 6. Imagem

  1. A quantificação do número de singletos com ImageJ
    Nota: Todos os comandos usados ​​para escrever o roteiro são descritos no manual ImageJ:
    http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/user-guide.pdf
    1. Suavizar as imagens confocal para remover pixels isolados a partir das bordas e preencher pequenos buracos que executam a função "Smooth".
    2. Dado que apenas os núcleos são fluorescentes, dilatar as áreas brilhantes até que a borda das partículas que pertencem ao mesmo toque aglomerado e partículas fundem. Faça isso usando o filtro "Semelhança". Com partículas com espessura da casca cerca de 180 nm, e imagens com uma resolução de 0,02 mm / pixel, a dois passos de dilatação são suficientes.
    3. Converter as imagensem uma imagem binária de executar a função "Faça binário".
    4. Defina a escala, executando a função "" Escala definir ... ", distância = 1 conhecida = 0,02 pixel = 1 unidade = um" "para fotografias tiradas com uma resolução de 0,02 mm / pixel por exemplo.
    5. Aplicar um tamanho limite para discriminar ruído e partículas fora de foco a partir de partículas in-de-foco. Por exemplo, com fotografias tiradas com uma resolução de 0,02 mm / pixel, todas as áreas menores que 0,2 pixels são descartadas. Faça isso usando o comando, "size = 0,2-Infinito" "Analisar partículas ...".
    6. Criar uma imagem all.jpg e um arquivo all.txt com o tamanho de todas as áreas brilhantes na imagem (clusters e camisolas interiores) usando os comandos "" resultados ", _all.txt" "e" "JPEG", "todos" ".
    7. Suponha áreas que todos brilhantes entre 0,2 e 0,7 pixels em tamanho e com uma circularidade (circularidade = 4 π área / perímetro 2) entre 0,7 e 1,0 sãosingletos executando o comando "Analisar partículas ...", "circularidade = 0,7-1,0".
    8. Criar uma imagem singlets.jpg e um arquivo singlets.txt com as informações de todas as áreas brilhantes que são interiores, utilizando os comandos "" resultados ", _singlets.txt" "e" "JPEG", "interiores" ".
  2. Processar a informação com Matlab
    1. Leia o arquivo .txt singlet e calcular o tamanho médio de uma camisola por fotografia (A camisola).
    2. Usar o tamanho médio de um singuleto a calcular o número de partículas por o conjunto (A = singuleto dupleto 2A, 3A Uma tripleto = singuleto ...) e o número total de partículas na imagem do outro ficheiro all.txt.
    3. Calcula-se a fracção de partículas em singuletos para cada tempo de exposição: f = singuletos singuletos / Número total de partículas
    4. Calcula-se a fracção de dupletos, tripletos, etc: F dobletes = 2 * Número de dobletes total das partículas /, etc.

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Representative Results

Dado que o processo de dois passos utilizados para sintetizar os colóides supramoleculares (Figura 1A), acopla a BTA- derivados (Figura 1B) em uma segunda etapa, à temperatura ambiente e em condições de reacção suaves, a sua estabilidade é assegurada.

figura 1
Figura 1. Esquema da síntese de colóides supramoleculares. A) O acoplamento do álcool de estearilo e a cadeia de alquilo protegido-NVOC para os colóides de sílica, seguido de desprotecção da amina sob irradiação por luz UV num acoplamento de UV-forno e posterior do B) Estrutura do benzeno-1 BTA molécula. , 3,5-tricarboxamide (BTA) derivado utilizado. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

sílica = 1,391 e n sílica @ álcool estearílico = 1,436 (Figura 2). Isto mostra claramente que a funcionalização de superfície tem um impacto sobre o índice de refracção dos colóides. A composição química da monocamada de álcool de estearilo e os colóides revestidos BTA-colóides é altamente semelhante uma vez que a fracção molar de BTA é no máximo 0,2. Portanto, vamos supor que o índice de refração do BTA-colóides está perto de n sílica @ álcool estearílico = 1.436.

Figura 2
Figura 2. medições de dispersão de luz estática de colóides de sílica. A intensidade da luz dispersa em função do ângulo de detecção θ para A B) álcool estearílico-revestidas em ciclo-hexano. As linhas tracejadas são os acessos aos pontos de dados experimentais. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Usando o esquema reaccional mostrado na Figura 3, as pequenas partículas funcionalizadas com um / resultado proporção 20/80 NVOC-C11-OH álcool estearílico molar em uma amina por 46,4 nm 2 na sua superfície. Este número pode por sua vez ser correlacionada com o número de unidades supramoleculares que podem ser acoplados, a que nos referimos como a multivalência das partículas.

Figura 3
Figura 3. Avaliação da quantidade de sítios ativos por partícula. Procedimento seguido para determinar a quantidadede aminas por partícula: colóides funcionalizado com amina são feitos reagir com SPDP. Daqui por diante, DTT é adicionada ao sistema para clivar o grupo piridina-2-tiona, que pode ser detectado por photospectrometry na sua absorção máxima λ max = 293 nm, no seio de DMF. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Nas imagens confocais, a maior parte dos colóides supramoleculares da dispersão antes da irradiação com luz UV são singuletos (Figura 4, em cima). Curiosamente, após irradiação, uma evolução do estado singleto para o estado agrupado é observado (Figura 4 médio e inferior). A análise das imagens é usada para controlar a agregação de uma forma mais quantitativa. Uma diminuição acentuada do número de singletos a partir de 80% para 9% pode ser observada após a irradiação UV durante o primeiro 5minutos.

Figura 4
Figura 4. procedimento de processamento de imagem. As imagens de microscopia confocal original, imagens binárias e a área de singletos para amostras desprotegidos para (topo) 0 min, (do meio) e 15 seg (inferior) 5 min. A barra de escala representa 10 um. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

Quando ciclo-hexano, com um índice de refracção de 1,426, é utilizado como um solvente para dispersar os BTA-colóides, interacções de van der Waals são muito fracos, uma vez que os índices de refracção dos colóides e solvente são quase as mesmas. Note-se que a concentração de colóides funcionalizados usados ​​para as experiências de SLS em ciclo-hexano é muito mais elevado em comparação com os colóides de sílica descalços em água. Isto é necessário para se obter uma dispersão suficientemente forte devido ao baixo contraste como os índices de refracção são quase correspondente. vestígios de água nas amostras de ciclo-hexano são detectadas imediatamente, ainda que indirectamente, pelo agrupamento não negligenciável, devido às forças capilares. Por conseguinte, é de extrema importância para garantir que os colóides são livres de água, durante todas as etapas de síntese secando-se sob vácuo durante longos períodos de tempo como descrito no protocolo.

Dado que o método utilizado para quantificar as aminas analisa a quantidade de piridina-2-tionae clivada a partir das partículas, que contorna artefactos devido à dispersão das partículas que podem ser enfrentados usando outras técnicas, tais como RMN. Assumindo igual densidade de superfície para partículas pequenas e grandes, a densidade amina detectado para as pequenas partículas corresponde a cerca de 24.350 aminas por grandes colóides de 300 nm em raio. Curiosamente, a abordagem introduzido permite regular a multivalência de os colóides supramoleculares simplesmente alterando a proporção NVOC-C11-OH / álcool estearílico molar durante o primeiro passo de funcionalização. Tal variação na multivalência pode ainda ser quantificado pelo mesmo procedimento amina quantificação.

A dispersão bem sucedida dos colóides em singuletos antes da activação de luz, observado por microscopia confocal, está em linha com muito fraco de van der Waals e ligações de hidrogénio negligenciável em ciclo-hexano antes de fotoclivagem do grupo o-nitrobenzilo de protecção. Assim, o agrupamento foto-induzidopodem ser facilmente atribuídas às porções supramoleculares. Isto é crucial, pois queremos dirigir agrupamento via forças supramoleculares. A clivagem do grupo o-nitrobenzilo por luz UV, de facto permite BTAs ancoradas em diferentes colóides para interagir, por conseguinte, promover a auto-montagem coloidal tal como confirmado pela formação de aglomerados.

Em conclusão, nós demonstramos um método simples de par de BTA-derivados sobre partículas de sílica de uma maneira controlada. O comportamento dos colóides supramoleculares resultantes é regulada com êxito pelas interacções atractivas entre as moléculas enxertadas de superfície, as interacções de ligação de hidrogênio ou seja intermoleculares. Esta metodologia pode ser facilmente estendido para sintetizar uma vasta gama de diferentes colóides supramoleculares decorados com outros tipos de unidades supramoleculares. Assim, o protocolo aqui descrito abre o caminho para o desenvolvimento de uma nova família de blocos de construção para formar coloidal mesostructuredmateriais.

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Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgements

Os autores reconhecem A Organização Holandesa para Pesquisa Científica (NWO ECHO-STIP Grant 717.013.005, NWO VIDI Grant 723.014.006) pelo apoio financeiro.

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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