Síntesis y caracterización de supramoleculares Coloides

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

Materiales coloidales mesoestructurados encuentra una amplia aplicación en la ciencia y la tecnología, como sistemas modelo para estudios fundamentales sobre los materiales atómicos y moleculares de 1,2, como materiales fotónicos 3,4, como sistemas de administración de fármacos 5,6, como revestimientos 7 y en la litografía para el patrón de superficie 8,9. Desde coloides liófobos son materiales metaestables que con el tiempo se agregan de forma irreversible debido a las interacciones de van der Waals omnipresente, su manipulación en las estructuras diana específicas es notoriamente difícil. Numerosas estrategias se han desarrollado para controlar el autoensamblaje coloidal incluyendo el uso de aditivos para sintonizar los electrostáticas 10,11 o 12,13 agotamiento de las interacciones, o desencadenantes externos tales como magnéticos o eléctricos 14 15 campos. Una estrategia alternativa sofisticada para lograr el control sobre la estructura, la dinámica y la mecánica de estos sistemas es su ingenio funcionalizaciónh moléculas que interactúan a través de fuerzas específicas y direccionales. La química supramolecular ofrece una caja de herramientas completa de pequeñas moléculas que exhiben específica del sitio, direccional y las interacciones fuertes aún reversibles, que pueden ser modulados por la fuerza en la polaridad del disolvente, la temperatura y la luz 16. Desde sus propiedades se han estudiado ampliamente a granel y en solución, estas moléculas son candidatos atractivos para estructurar materiales blandos en fases exóticas de una manera predecible. A pesar de la clara potencial de un enfoque integrado para orquestar el montaje coloidal a través de la química supramolecular, estas disciplinas rara vez han interconectado para adaptar las propiedades de los materiales coloidales mesoestructurados 17,18.

Una sólida plataforma de coloides supramoleculares debe cumplir tres requisitos principales. En primer lugar, el acoplamiento del resto supramolecular debe hacerse bajo suaves condiciones para evitar la degradación. En segundo lugar, las fuerzas de superficie en separaticomplementos más grande que el contacto directo debe estar dominado por los motivos atados, lo que significa que los coloides sin revestimiento casi exclusivamente a través de interacciones interactuar volumen excluido. Por lo tanto, las propiedades físico-químicas de los coloides deben adaptarse a suprimir otras interacciones inherentes a los sistemas coloidales, tales como van der Waals o fuerzas electrostáticas. En tercer lugar, la caracterización debe permitir una atribución inequívoca de la asamblea a la presencia de los restos supramoleculares. Para cumplir estos tres requisitos, una síntesis de dos etapas robusta de coloides supramoleculares fue desarrollado (Figura 1a). En una primera etapa, las partículas de sílice funcionalizado con NVOC hidrófobos están preparados para la dispersión en ciclohexano. El grupo NVOC puede escindirse fácilmente, produciendo partículas de amina-funcionalizado. La alta reactividad de las aminas permite post-funcionalización directa con el resto supramolecular deseado utilizando una amplia gama de condiciones de reacción suaves. Aquí, PRepare coloides supramoleculares por funcionalización de perlas de sílice con alcohol estearílico y un benceno-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derivado 20. El alcohol estearílico desempeña varias funciones importantes: hace que el organofılica coloides e introduce repulsiones estéricas de corto alcance que ayuda a reducir la interacción específica entre coloides 21,22. las fuerzas de van der Waals se reducen aún más debido a la estrecha relación entre el índice de refracción de los coloides y el disolvente 23. De corto alcance atractivas las fuerzas de superficie de luz y termosensibles se generan mediante la incorporación de o-nitrobencilo protegida BTA 20. O nitrobencilo resto es una foto de grupo escindible que bloquea la formación de enlaces de hidrógeno entre BTA adyacentes cuando se incorporan en las amidas en las discotics (Figura 1b). Tras la fotoescisión por luz UV, la BTA en solución es capaz de reconocer e interactuar con moléculas idénticas a través de un BTA 3 veces hmatriz de bonos ydrogen, con una fuerza de unión que es fuertemente dependiente de la temperatura 17. Dado que los van der Waals son mínimos para las partículas de sílice recubiertas estearílico en ciclohexano, así como luz y la temperatura independiente, el conjunto de estímulos coloidal sensible observado debe ser mediada por la BTA.

Este video demuestra detallada cómo sintetizar y caracterizar los coloides supramoleculares y la forma de estudiar su autoensamblaje a irradiación UV por microscopía confocal. Además, un simple protocolo de análisis de imágenes para distinguir singletes coloidales de coloides agrupados y para determinar la cantidad de coloides por agrupaciones se informa. La versatilidad de la estrategia sintética permite variar fácilmente el tamaño de partícula, la cobertura de la superficie, así como el resto de unión introducido, lo que abre nuevas vías para el desarrollo de una gran familia de bloques de construcción coloidales de materiales avanzados mesoestructurados.

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Protocol

1. Síntesis de núcleo-corteza partículas de sílice

Nota: Las partículas de sílice se sintetizan de acuerdo con el siguiente procedimiento, que se basa en el método de Stöber 24,25.

  1. Síntesis de las semillas de sílice fluorescentes
    1. Disolver 105 mg (0,27 mmol) de isotiocianato de fluoresceína en 5 ml de etanol.
    2. Añadir 100 l de (3-aminopropil) trietoxisilano (APTES, 0,43 mmol) a la solución anterior.
    3. Sonicar la solución durante 5 min y se deja reaccionar durante la noche bajo una atmósfera de argón a temperatura ambiente mientras se agitaba. El complejo APTES colorante funcionalizado se usó sin purificación.
    4. En un 1 L de fondo redondo mezcla matraz 2,5 ml de las APTES colorante funcionalizado con 25 ml de amoniaco (25% en agua) y 250 ml de etanol.
    5. Añadir 10 ml de ortosilicato de tetraetilo (TEOS) bajo el menisco de la mezcla de reacción anterior con la ayuda de una pipeta de vidrio while agitaba con un agitador magnético.
    6. Del mismo modo, después de 5 h, añadir otro 1,75 ml de TEOS y se agita la mezcla durante la noche bajo una atmósfera de argón.
    7. Verter la dispersión en varias 45 ml tubos.
    8. Centrifugar los tubos (350 xg, 30 min), eliminar el sobrenadante y añadir 30 ml de etanol nuevo en cada tubo. Sonicar las nuevas dispersiones de 3 min, y se centrifuga de nuevo para eliminar el sobrenadante. Repita estos pasos de lavado 3 veces.
    9. Mantener las semillas fluorescentes en etanol en una concentración de aproximadamente 13,6 mg / ml y en la oscuridad (evitar la exposición a la luz).
    10. Preparar semillas no fluorescentes siguiendo el mismo procedimiento omitiendo la adición del colorante fluorescente.
      Nota: Siguiendo este procedimiento, se obtienen semillas de alrededor de 100 nm de radio.
  2. Síntesis de partículas de sílice core-shell
    1. Llenar un 1 L matraz de fondo redondo con 51 ml de etanol, 17 ml de agua desionizada, 3,4 ml de amoníaco (25% en agua) y 4ml de la dispersión de semillas (54,4 mg de semillas fluorescentes aproximadamente).
    2. Llene una jeringa de plástico con 5 ml de TEOS y 10 ml de etanol.
    3. Llene una segunda jeringa de plástico con 1,34 ml de amoniaco (25% en agua), 3,4 ml de agua desionizada y 10,25 ml de etanol.
    4. Una los dos jeringas en el matraz de fondo redondo con un tubo de plástico.
    5. Equipar el matraz con un flujo de argón y un agitador magnético. La entrada de argón tiene que estar al lado de la salida de la segunda jeringa para evitar el contacto entre los gases de amoníaco a partir de las gotitas de TEOS para evitar la nucleación secundaria.
    6. Añadir el contenido de ambas jeringas al mismo tiempo a 1.7 ml / hr utilizando bombas peristálticas mientras se agitaba la mezcla. Asegúrese de obtener las gotitas que caen libres para evitar que se desliza en las paredes y, por tanto, la nucleación secundaria.
    7. Detener la adición después de 7 h para obtener partículas de núcleo-envuelta de aproximadamente 300 nm de radio.
    8. Verter el contenido del matraz en varias 45 ml tubos.
    9. Centrifugar los tubos (350 xg, 30 min), eliminar el sobrenadante y añadir 30 ml de etanol nuevo en cada tubo. Sonicar la nueva dispersión de 3 min, y se centrifuga de nuevo para eliminar el sobrenadante. Repita estos pasos de lavado 3 veces.
    10. Mantener las partículas de núcleo-envuelta en etanol y en la oscuridad (evitar la exposición a la luz).
    11. Preparar partículas de sílice no fluorescentes siguiendo el mismo procedimiento pero utilizando las semillas no fluorescentes.

2. La funcionalización de sílice Coloides

  1. Síntesis de coloides NVOC funcionalizado
    1. Dispersar 10 mg de partículas de sílice de núcleo-corteza en 1 ml de etanol junto con 12 mg (0,03 mmol) de la molécula de NVOC-C11-OH y 31 mg (0,11 mmol) de alcohol estearílico en un matraz de 50 ml de fondo redondo (resultante en un OH NVOC-C11-relación de 20/80 / alcohol estearílico molar).
    2. Sonicar la mezcla durante 10 minutos para asegurar que todas las moléculas se disuelven y las partículas están bien dispeRSED.
    3. Añadir a la mezcla de una barra de agitador magnético y se evapora el etanol con un flujo constante de argón a temperatura ambiente. Antes de continuar, asegúrese de que no hay etanol izquierda, si no que podría reaccionar con los grupos silanol de las partículas. Para comprobar si el etanol se evapora por completo prestar atención a la temperatura del fondo del matraz. Si se siente frío, el etanol no está todavía completamente evaporó.
    4. Calentar el matraz hasta 180 ° C durante 6 horas con agitación continua y bajo un flujo constante de argón 22.
    5. Deje que el matraz se enfríe a temperatura ambiente.
    6. Añadir 3 ml de CHCl 3 en el matraz y sonicar durante 5 min (o hasta que todo el contenido de sólidos se ha disuelto o dispersado).
    7. Se centrifuga la dispersión (2.600 xg, 4 min), eliminar el sobrenadante y añadir CHCl 3 fresco. Sonicar la nueva dispersión de 3 min, y se centrifuga de nuevo para eliminar el sobrenadante. Repita estos pasos de lavado 6 veces. Se secan las partículas a 70 ° C en vacío durante la noche y almacenarlos en un desecador.
  2. Síntesis de BTA-coloides
    1. Dispersar 10 mg de partículas funcionalizadas con una relación de 20/80 en moles de alcohol NVOC-C11-OH / estearílico en 3 ml de CHCl 3.
    2. Irradiar la dispersión en un UV-horno (λ max = 354 nm) durante 1 hora para escindir el grupo NVOC. Asegúrese de que la desprotección es homogénea en la superficie de las partículas por agitación de la dispersión suavemente con un agitador magnético, mientras que la desprotección. Esto produce las partículas de amina funcionalizada (Figura 1A).
    3. Disolver 9 mg del derivado de benceno-1,3,5-tricarboxamide (BTA, 0,01 mmol), 8,7 l de N, N-diisopropiletilamina (DIPEA, 0,05 mmol) y 5,2 mg de (benzotriazol-1-iloxi) tripirrolidinofosfonio hexafluorofosfato ( PyBOP, 0,01 mmol) en 1 ml de CHCl3.
    4. Añadir la solución de la amina p funcionalizadoartículo dispersión y se agita durante la noche a temperatura ambiente y bajo una atmósfera de argón.
    5. Se centrifuga la dispersión (2.600 xg, 4 min), eliminar el sobrenadante y añadir 3 ml de CHCl 3 fresco. Sonicar la nueva dispersión de 3 min, y se centrifuga de nuevo para eliminar el sobrenadante. Repita estos pasos de lavado 6 veces.
    6. Se secan las partículas a 70 ° C en vacío durante 48 horas y almacenarlos en un desecador.

3. Las mediciones de dispersión de luz estática (SLS)

Nota: Use partículas no fluorescentes, ya que el núcleo fluorescente absorbe la luz de la misma onda que la luz láser incidente de equipos de dispersión de luz convencional.

  1. Funcionalizar 10 mg de partículas de sílice no fluorescentes con el alcohol estearílico solamente (sin NVOC-C11-OH) siguiendo el procedimiento descrito en la sección 2.1.
  2. Preparar 500 l de una dispersión de 0,033 mg / ml de partículas no funcionalizado en agua y unaotra de 2 mg / ml de las partículas con el alcohol estearílico recubierto en ciclohexano.
  3. Sonicar dos dispersiones durante por lo menos 20 minutos para asegurar que las partículas se dispersan bien.
  4. Medir la intensidad dispersada de ambas dispersiones, los disolventes y el disolvente de referencia de 30 ° a 120 ° en pasos de 5 °.
  5. Trazar la intensidad de la muestra (muestra I) como una función de q
    (Ecuación 1) q =n sin disolvente / 2) / λ o
    con el θ ángulo de dispersión, el índice de refracción del disolvente n disolvente y la longitud de onda λ de la láser o.
  6. Ajustar los datos a la siguiente ecuación usando software (por ejemplo, Origen)
    (Ecuación 2) Muestreo la CP = (QR)
    donde C es una constante y el factor de forma P (qR) está dada por
    (Ecuación 3) <img alt = "Ecuación 3" src = "/ files / ftp_upload / 53934 / 53934eq3.jpg" />

    en el que el radio medio de los coloides esféricas es R.
  7. Extracto de R a partir de los ajustes para cada dispersión.
  8. Calcular la proporción Rayleigh (R θ), que es una medida absoluta de la intensidad de la luz dispersada, de acuerdo con la siguiente ecuación, para cada θ.
    (Ecuación 4) Ecuación 4

    con la intensidad de la muestra, el disolvente y la referencia, que muestra, disolvente I y de referencia, respectivamente, el índice de refracción del disolvente y el disolvente de referencia n y n de referencia, de forma correspondiente, y la relación de Rayleigh de la referencia R de referencia. Aquí usar tolueno como referencia, De modo que n = agua 1.332, n = 1.497 tolueno, ciclohexano n = 1.426; R tolueno = 2.74x10 -3 m-1 26.
  9. Calcular el índice de refracción promedio de los coloides (coloides n) de θ R y la ecuación 5.
    (Ecuación 5) Ecuación 5

    con el número de partículas por volumen de N, el volumen de una partícula v partícula dada por v de partículas = 4/3 πR 3, y suponiendo que el factor de estructura S (q) ~ 1, que es el límite de las partículas que no interactúan.

4. Cuantificación del número de sitios activos por partícula

Nota: Use pequeñas partículas de 13 nm de radio (con una mayor superficie a-relación de volumen).

  1. Funcionalizar pequeñas partículas comercialmente disponibles con una relación de 20/80 en moles de NVOC-C11-OH / estearil alcohol siguiendo el procedimiento descrito en la Sección 2.1.
  2. Dispersar 20 mg de las partículas pequeñas, funcionalizados en 1 ml CHCl 3 y irradiar la dispersión en un UV-horno (λ max = 354 nm) durante 1 hora para escindir el grupo NVOC. Se agita la dispersión suavemente con una barra agitadora magnética, mientras que la desprotección. De esta manera, los coloides no se sedimentan y su superficie queda expuesta a la luz UV, garantizando así la desprotección homogénea.
  3. Centrifugar las partículas resultantes de amina funcionalizado (3.400 xg, 10 min) y eliminar el sobrenadante.
  4. Se secan las partículas a 70 ° C durante 2 hr.
  5. Disolver 0,50 mg de succinimidil 3- (2-piridilditio) propionato (SPDP, 0,0016 mmol) en 200 l de dimetilformamida (DMF).
  6. Añadir la solución de SPDP a la 20 mg de las partículas de amina funcionalizado secos y la vórticesistema de 30 min. Dentro de este tiempo, todas las aminas primarias disponibles en los coloides han reaccionado con el SPDP.
  7. Se lavan las partículas con 1 ml de DMF para 6 veces (o hasta que no SPDP libre se detecta en el sobrenadante mediante espectroscopía UV-Vis a λ = 375 nm). En la última etapa de lavado tratar de eliminar la mayor cantidad posible sobrenadante.
  8. Disolver 0,53 mg de ditiotreitol (DTT, 0,0034 mmol) en 50 l de DMF. Añadir la solución de DTT a las partículas y agitar la dispersión durante 30 minutos. Dentro de este tiempo se escinde el grupo piridina-2-tiona.
  9. Determinar la absorbencia de la libre piridina-2-tiona liberada en el sobrenadante a λ = 293 nm con un microvolumen UV-Vis espectrofotómetro.
  10. Construir una curva de calibración para determinar el coeficiente de extinción ɛ (~ 12.1x10 3 M -1 cm -1) de la piridina-2-tiona en DMF mediante la medición de la absorbancia de una serie de diluciones de diferentes cantidades conocidas de SPDP con un exceso de la TDT .
  11. C P2T, que se escinde de las partículas utilizando la ley de Lambert-Beer:
    (Ecuación 6) Abs = C p2t ε l
    con la concentración molar de piridina-2-tiona C P2T, el coeficiente de extinción ɛ y la longitud de la trayectoria l.
  12. Calcular el número de sitios activos (aminas) por partícula con la siguiente ecuación
    (Ecuación 7) Ecuación 7
    con la masa de una partícula de partículas M es decir partículas M = 4/3 3πR ρ, con ρ = 1,295 g / cm3, la masa total ponderada de partículas total M (20 mg) y el total del volumen total V (50 l). Esta ecuación supone que todos disponiblesaminas reaccionan con el SPDP y el TDT reduce todas las moléculas de SPDP unidos a las partículas.

5. Montaje del monitor coloidal por microscopía confocal

Nota: partículas de sílice Uso core-shell (con un núcleo fluorescente y una cáscara no fluorescente).

  1. Preparar 400 l de una dispersión de 0,1% en peso de partículas funcionalizadas-BTA en ciclohexano y sonicar la muestra durante 20 min.
  2. Irradiar el frasco de la muestra en el horno UV (λ max = 354 nm) para escindir el grupo nitrobencilo o de la BTA. Tomar 25 ml de alícuotas a diferentes tiempos de irradiación, por ejemplo de 0 hasta 30 min, para supervisar el proceso de agrupamiento.
  3. Colocar las diferentes alícuotas en diferentes láminas de vidrio con la ayuda de un espaciador y cerrar las cámaras con una hoja de cubierta (tamaño de la cámara es de 13 mm de diámetro x 0,12 mm de altura). Después de cerrar la cámara, gire la hoja de la cubierta al revés para que las partículas de sedimento y adsorb sobre el vidrio, lo que facilita la formación de imágenes.
  4. Tome varias imágenes de cada muestra con el microscopio confocal tan pronto como sea posible después de la preparación de la muestra para cada tiempo de irradiación.

Análisis 6. Imagen

  1. La cuantificación del número de singletes con ImageJ
    Nota: Todos los comandos que se utilizan para escribir el guión, se describen en el manual de ImageJ:
    http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/user-guide.pdf
    1. Suavizar las imágenes confocal para eliminar píxeles aislados a partir de los bordes y rellenar pequeños orificios que ejecutan la función "Smooth".
    2. Dado que sólo los núcleos son fluorescentes, dilatar las áreas brillantes hasta que el borde de las partículas que pertenecen al mismo grupo de contacto y las partículas se funden. Para ello, utilice el filtro "Dilatar". Con partículas con grosor de la cáscara de aproximadamente 180 nm, y las imágenes con una resolución de 0,02 m / píxel, a dos pasos de dilatación son suficientes.
    3. Convertir las imágenesen una imagen binaria se ejecuta la función "Hacer binario".
    4. Establecer la escala mediante la ejecución de la función "" para fijar la escala ... ", distancia = 1 = 0,02 conocido píxel = 1 unidad = um" "para las fotografías tomadas con una resolución de 0,02 m / píxel por ejemplo.
    5. Aplicar un tamaño umbral para discriminar el ruido y las partículas fuera de foco a partir de partículas en desenfocadas. Por ejemplo, con imágenes tomadas con una resolución de 0,02 m / píxel, todas las áreas más pequeñas de 0,2 píxeles se descartan. Para ello, utilice el comando "Analizar partículas ...", "size = 0,2-Infinito".
    6. Crear una imagen y un archivo all.jpg all.txt con el tamaño de todas las áreas brillantes de la imagen (clusters y singletes) mediante el uso de los comandos "de" Resultados ", _all.txt" "y" "JPEG", "todos" ".
    7. Supongamos áreas que todos brillantes entre 0,2 y 0,7 píxeles de tamaño y con una circularidad (circularidad = 4 π área / perímetro 2) entre 0,7 y 1,0 sonsingletes que ejecutan el comando "Analizar partículas ...", "circularidad = 0,7-1,0".
    8. Crear una imagen y un archivo singlets.jpg singlets.txt con la información de todas las áreas brillantes que son singletes mediante el uso de los comandos "" Resultados ", _singlets.txt" "y" "", "interiores" JPEG ".
  2. Procesar la información con Matlab
    1. Lea el archivo .txt singlete y calcular el tamaño medio de un singlete por imagen (A singlete).
    2. Utilice el tamaño medio de un singlete para calcular el número de partículas por grupo (A = singlete doblete 2A, 3A Un triplete = singlete ...) y el número total de partículas en la imagen del otro archivo all.txt.
    3. Calcular la fracción de partículas en interiores para cada tiempo de exposición: singletes f = singletes número / partículas totales
    4. Calcular la fracción de dobletes, tripletes, etc.: F dobletes = 2 * Número de dobletes / partículas totales, etc.

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Representative Results

Dado que el procedimiento de dos etapas usado para sintetizar los coloides supramoleculares (figura 1A), acopla el BTA- derivados (Figura 1B) en una segunda etapa a temperatura ambiente y en condiciones de reacción suaves, se asegura su estabilidad.

Figura 1
Figura 1. Esquema de la síntesis de coloides supramoleculares. A) El acoplamiento del alcohol estearílico y la cadena de alquilo NVOC-protegido a los coloides de sílice, seguido de desprotección de amina tras la irradiación por luz UV en un acoplamiento de UV-horno y posterior de la B) Estructura BTA molécula. Del benceno-1 , 3,5-tricarboxamide (BTA) derivado utilizado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

sílice y sílice @ n = 1.436 alcohol estearílico (Figura 2). Esto muestra claramente que funcionalización de la superficie tiene un impacto en el índice de refracción de los coloides. La composición química de la monocapa de coloides recubiertos alcohol estearílico y los BTA-coloides es muy similar ya que la fracción molar de BTA es a lo sumo 0,2. Por lo tanto, se supone que el índice de refracción de los BTA-coloides está cerca de sílice @ n = 1.436 alcohol estearílico.

Figura 2
Figura 2. Las mediciones de dispersión de luz estática de coloides de sílice. La intensidad de la luz dispersada como una función del ángulo θ de detección para una B) con recubrimiento de alcohol estearílico en ciclohexano. Las líneas discontinuas son los ajustes a los puntos de datos experimentales. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Usando el esquema de reacción mostrado en la Figura 3, las partículas pequeñas funcionalizado con un / alcohol molar resultado relación estearílico 20/80 NVOC-C11-OH en 1 amina por 46,4 nm 2 en su superficie. Este número puede a su vez ser correlacionada con el número de restos supramoleculares que se pueden acoplar, lo que nos referimos como la polivalencia de las partículas.

figura 3
Figura 3. Evaluación de la cantidad de sitios activos por partícula. Procedimiento seguido para determinar la cantidadde aminas por partícula: coloides funcionalizada con amina se hacen reaccionar con SPDP. De aquí en adelante, la TDT se añade al sistema para escindir el grupo piridina-2-tiona, que puede ser detectado por photospectrometry en su máxima absorción λ max = 293 nm en DMF. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

En las imágenes confocales, la mayoría de los coloides supramoleculares de la dispersión antes de la irradiación con luz UV son singletes (Figura 4, arriba). Curiosamente, tras la irradiación, una evolución desde el estado singlete al estado agrupado se observó (Figura 4 e intermedio). El análisis de imágenes se utiliza para controlar la agregación de una manera más cuantitativa. Un fuerte descenso en el número de singletes de 80% a 9% se observa en la irradiación UV en los primeros 5minutos.

Figura 4
Procedimiento de la Figura 4. procesamiento de imágenes. Imágenes de microscopía confocal original, imágenes binarias y el área de singletes para muestras desprotegidos para (arriba) 0 min, (medio) 15 sec y (parte inferior) 5 min. La barra de escala representa 10 micras. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Cuando ciclohexano, con un índice de refracción de 1,426, se usa como un disolvente para dispersar los BTA-coloides, interacciones de van der Waals son muy débiles, ya que los índices de refracción de los coloides y disolvente son casi los mismos. Tenga en cuenta que la concentración de coloides funcionalizados utilizados para los experimentos de SLS en ciclohexano es mucho más alta en comparación con los coloides de sílice desnudos en agua. Esto es necesario para obtener una dispersión suficientemente fuerte debido al bajo contraste como los índices de refracción son casi coinciden. pequeñas cantidades de agua en las muestras de ciclohexano se detectan de inmediato, aunque sea indirectamente, por la agrupación no despreciable debido a las fuerzas capilares. Por lo tanto, es de suma importancia para asegurar que los coloides son libres de agua durante todas las etapas de síntesis por secado en vacío durante largos períodos de tiempo como se describe en el protocolo.

Dado que el método utilizado para cuantificar las aminas analiza la cantidad de piridina-2-tionae escindió de las partículas, se evita artefactos debido a la dispersión de las partículas que se pueden enfrentar el uso de otras técnicas tales como NMR. Suponiendo que la densidad superficial igual para las partículas pequeñas y grandes, la densidad amina detectado por las pequeñas partículas corresponde a aproximadamente 24.350 aminas por grandes coloides de 300 nm de radio. Curiosamente, el enfoque introducido permite regular la multivalencia de los coloides supramoleculares simplemente cambiando el OH NVOC-C11-relación molar alcohol estearílico / durante la primera etapa de funcionalización. Tal variación en la multivalencia se puede cuantificar aún más por el mismo procedimiento de cuantificación de amina.

La dispersión exitosa de los coloides en interiores antes de la activación de luz, observado por microscopía confocal, está en línea con muy débiles de Van der Waals y enlaces de hidrógeno insignificante en ciclohexano antes de la fotoescisión del grupo nitrobencilo o protectora. Por lo tanto, la agrupación foto-inducidapuede atribuirse fácilmente a los restos supramoleculares. Esto es crucial, ya que nuestro objetivo es dirigir la agrupación a través de las fuerzas supramoleculares. La escisión del grupo nitrobencilo o con luz UV de hecho permite la BTA anclados en diferentes coloides para interactuar, por lo tanto, la promoción de autoensamblaje coloidal según lo confirmado por la formación de clusters.

En conclusión, hemos demostrado un método sencillo para acoplar BTA-derivados sobre partículas de sílice de una manera controlada. El comportamiento de los coloides resultantes supramoleculares se rige con éxito por las interacciones atractivas entre moléculas injertadas en la superficie, a saber intermoleculares interacciones de enlaces de hidrógeno. Esta metodología puede ser fácilmente extendida para sintetizar una amplia gama de diferentes coloides supramoleculares decoradas con otros tipos de restos supramoleculares. Por lo tanto, el protocolo descrito en el presente documento allana el camino para el desarrollo de una nueva familia de bloques de construcción para formar coloidal mesoestructuradosmateriales.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgements

Los autores reconocen la Organización Holandesa para la Investigación Científica (NWO ECHO-CTPI subvención 717.013.005, NWO VIDI subvención 723.014.006) por el apoyo financiero.

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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