Supramoleküler Kolloidlerin Sentezi ve Karakterizasyonu

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

Mesostructured kolloidal malzemeler yüzey desenlendirme için kaplama 7 olarak ve litografi, ilaç taşıyıcı sistemleri 5,6 olarak, fotonik malzemeler 3,4 olarak, atomik ve moleküler malzemeler 1,2 üzerinde temel çalışmalar için model sistemler olarak, bilim ve teknolojide yaygın uygulama alanı bulur 8,9. liyofob kolloidler sonunda nedeniyle her zaman her yerde Van der Waals etkileşimleri geri dönüşümsüz bir araya yarı dengeli malzeme olduğu için, belirli bir hedef yapıları içine manipülasyon çok zordur. Çok sayıda strateji ayarlamak için katkı maddelerinin kullanılması, elektrostatik 10,11 ya da tükenme etkileşimleri 12,13, ya da bu tür bir manyetik 14 veya elektrik 15 alanları dış tetikleyiciler içeren kolloidal kendini montaj kontrol etmek için geliştirilmiştir. Sofistike bir alternatif strateji yapısı üzerinde kontrolü sağlamak için, bu sistemlerin dinamikleri ve mekanik onların işlevsellik zekâözel ve yön güçleri ile etkileşim h molekülleri. Moleküler kimya çözücünün polaritesi, sıcaklık ve ışık 16 ile gücü modüle edilebilir site-spesifik, yön ve güçlü ama geri çevrilebilir etkileşimlerin sergileyen küçük moleküller, bir kapsamlı araç sunmaktadır. özellikleri toplu olarak ve çözelti, yaygın olarak incelenmiştir için, bu moleküllerin, bir tahmin edilebilir bir şekilde, egzotik evreye yumuşak malzemeler aşağıdaki yapı için cazip adaylardır. Supramoleküler kimya yoluyla kolloidal derleme düzenlemek için böyle bir entegre yaklaşımın açık potansiyeline rağmen, bu disiplinler nadiren mesostructured kolloidal malzemelerin 17,18 özelliklerini uyarlamak için arabirim var.

supramoleküler kolloidlerin katı bir platform üç ana gereklerini yerine getirmek zorundadır. Birincisi, supramoleküler kısmın bağlantı bozulmasını önlemek için hafif koşullar altında yapılmalıdır. separati de İkincisi, yüzey kuvvetlerions doğrudan temas daha büyük kaplanmamış kolloidler neredeyse münhasıran hariç hacimli etkileşimleri yoluyla etkileşim gerektiği anlamına gelir gergin motifleri, hakim olmalıdır. Bu nedenle, koloitlerin fiziko-kimyasal özellikleri örneğin van der Waals veya elektrostatik kuvvetler gibi koloidal sistemlerin, doğasında diğer etkileşimleri bastırmak için uygun olmalıdır. Üçüncüsü, karakterizasyonu supramoleküler kısımların varlığı meclisin kesin bir atıf için izin vermelidir. Bu üç önkoşulları karşılamak için, supramoleküler kolloidlerin sağlam iki aşamalı sentezi (Şekil 1a) geliştirildi. Bir ilk adımda, hidrofobik NVOC işlevselleştirilmiş silis parçacıkları, sikloheksan içinde dispersiyon için hazırlanmıştır. NVOC grup kolayca amin işlevselleştirilmiş parçacıkları hasıl yarılabilir. aminlerin yüksek tepkime ılımlı reaksiyon koşulları geniş bir yelpazede kullanarak istediğiniz supramoleküler kısımla basit post-fonksiyonelleşmesine sağlar. Bu yazıda, prstearil alkol ve bir benzen-1,3,5-tricarboxamide (BTA) 20 türevi ile silis boncuklar fonksiyonelleştirilmesi ile supramoleküler kolloidler epare. Stearil alkol birkaç önemli roller oynamaktadır: Bu kolloidler organofolik yapar ve kolloidler 21,22 arasında spesifik olmayan etkileşimi azaltmak için yardımcı kısa menzilli sterik iğrenmeyle tanıtır. Van der Waals kuvvetleri daha nedeniyle koloitlerin kırılma endeksi ve çözücü 23 arasındaki yakın maçın azaltılır. Işık ve thermoresponsive kısa menzilli çekici yüzey kuvvetleri BTAS 20 korumalı o nitrobenzil eklenmesi ile oluşturulur. O nitrobenzil kısmı engelleyen discotics içinde amidlerin üzerinde kurulmuş bitişik BTAS arasındaki hidrojen bağlarının oluşumu bir foto-klivaj grup (Şekil 1b). UV ışığı ile ışıkla yarılma üzerine çözelti içinde BTA 3 kat ile h tanır ve aynı BTA molekülleri ile etkileşim mümkün değildirgüçlü sıcaklığı 17 bağlı olan bir bağlanma kuvveti ydrogen bağ dizisi. Van der Waals yana gözde mekan stearil kaplanmış silika, sikloheksan içindeki parçacıkların da ışık ve sıcaklık bağımsız olduğunca az, gözlenen uyaranlara yanıt veren kolloidal düzeneği BTA-aracılı olması gerekir.

Bu ayrıntılı video konfokal mikroskobu ile UV ışınlaması üzerine kendi öz derleme incelemek için sentez ve supramoleküler kolloidleri karakterize ve nasıl nasıl gösterir. Buna ek olarak, basit bir görüntü analiz protokolü kümelenmiş kolloidler kolloidal singlet ayırmak ve raporlanır kümelerin her kolloid miktarını belirlemek için. Sentetik stratejinin çok yönlülük izin verir kolayca partikül büyüklüğü, yüzey kaplama yanı sıra mesostructured gelişmiş malzemeler için kolloidal yapı taşları büyük bir ailenin gelişmesi için yeni yollar açılıyor tanıtıldı bağlayıcı kısım değişebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Çekirdek kabuğu Silika Parçacıkların 1. Sentezi

Not: Silika parçacıkları Stöber yöntem 24,25 göre aşağıdaki prosedüre göre sentezlenir.

  1. Floresan silika tohumları sentezi
    1. floresein-izotiyosiyanat 5 ml etanol içinde 105 mg (0.27 mmol) çözündürülür.
    2. Önceki solüsyona (3-aminopropil) trietoksisilan (APTES, 0.43 mmol), 100 ul ekle.
    3. 5 dakika boyunca çözelti sonikasyon ve karıştırılırken oda sıcaklığında bir argon atmosferi altında bir gece boyunca reaksiyona sağlar. boya işlevselleştirilmiş APTES kompleksi arıtılmadan kullanılır.
    4. 1 L'lik yuvarlak dipli bir reaksiyon kabı karışımı 25 ml amonyak (su içinde% 25) ve 250 ml etanol ile boya işlevselleştirilmiş APTES 2.5 mL.
    5. bir cam pipet whil yardımı ile bir önceki reaksiyon karışımının menisküs altında Tetraetil Ortosilikat (TEOS) 10 ml ilave edilirE, bir manyetik karıştırıcı ile karıştırılarak.
    6. Benzer bir şekilde, 5 saat sonra, TEOS bir 1.75 ml ilave edilir ve bir argon atmosferi altında bir gece boyunca karıştırın.
    7. mi 45 birçok tüplere dispersiyon dökün.
    8. boruları (350 xg, 30 dak) santrifüj, supernatant çıkarın ve her bir tüp içinde, taze 30 ml etanol ekleyin. süpernatant kaldırmak için tekrar yeni 3 dakika dağılımlarını ve santrifüj sonikasyon. Bu yıkama 3 kez adımları tekrarlayın.
    9. ml ila yaklaşık 13.6 mg / lik bir konsantrasyonda ve (ışığa maruz kalmasını önlemek karanlık) etanol içinde flüoresan tohum tutun.
    10. floresan boya ilavesi olmaksızın aynı prosedür takip floresan olmayan tohum hazırlayın.
      Not: bu prosedür izlenerek, yarıçap ile ilgili olarak 100 nm tohum elde edilir.
  2. Çekirdek-kabuk-silis parçacıklarının sentezi
    1. etanol içinde 51 ml deiyonize su 17 ml amonyak 3.4 ml (su içinde% 25) ve 4 ile 1 L'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye Dolgutohum dağılım ml (floresan tohumu 54.4 mg yaklaşık tutar).
    2. etanol 5 TEOS ve 10 ml plastik bir şırınga doldurun.
    3. amonyak 1.34 ml (su içinde% 25), 3,4 ml deiyonize su ve etanol içinde 10.25 ml, ikinci bir plastik şırınga doldurun.
    4. plastik boru yuvarlak dipli bir şişeye, her iki şırınga bağlayın.
    5. Bir argon akımı ve manyetik bir karıştırıcı ile bir şişe temin etmek. argon girişi sekonder çekirdeklenme önlemek için TEOS damlacıklardan amonyak gazı ile temasını önlemek için, ikinci enjektör çıkışında yanında olmak zorundadır.
    6. Karışım karıştırılırken peristaltik pompalar kullanılarak 1.7 ml / saat, aynı anda her iki şırınga içeriğini ekleyin. duvarlar ve dolayısıyla ikincil çekirdeklenme üzerinde kayma önlemek için serbest düşme damlacıkları elde etmek için emin olun.
    7. çapında yaklaşık olarak 300 nm çekirdek-kabuk partiküller elde etmek 7 saat sonra, ilave durdurun.
    8. ml 45 birkaç tüplere şişenin içeriğini dökün.
    9. boruları (350 xg, 30 dak) santrifüj, supernatant çıkarın ve her bir tüp içinde, taze 30 ml etanol ekleyin. süpernatant kaldırmak için tekrar yeni 3 dakika dağılımını ve santrifüj sonikasyon. Bu yıkama 3 kez adımları tekrarlayın.
    10. Etanol çekirdek-kabuk parçacıkları tutmak ve karanlıkta (ışığa maruz kalmasını önlemek).
    11. floresan olmayan silika parçacıkları aynı prosedür izlenerek, ancak floresan olmayan tohumlar kullanılarak hazırlanmıştır.

Silika Kolloidlerin 2. işlevselleştirilmesi

  1. NVOC işlevselleştirilmiş kolloidler sentezi
    1. birlikte yuvarlak tabanlı bir şişeye, 50 ml stearil alkol NVOC-C11-OH, molekülün 12 mg (0.03 mmol) ve 31 mg (0.11 mmol) (elde edilen etanol, 1 ml çekirdek-kabuk silis parçacıklarının 10 mg dispers bir 20/80 NVOC-C11-OH / stearil alkol mol oranı).
    2. 10 dakika bütün molekül çözülmüş ve partiküller de dağılma olarak sağlamak için karışım sonikasyonrsed.
    3. Karışıma, bir manyetik karıştırıcı çubuğu ilave edin ve oda sıcaklığında bir argon akışı ile etanol buharlaştırılır. İşleme başlamadan önce, aksi takdirde parçacıklar silanol grupları ile reaksiyona girebilmektedir, kalan, etanol olduğundan emin olun. Etanol tamamen şişenin dibine sıcaklığına ödeme dikkat buharlaştırılarak olup olmadığını kontrol etmek. soğuk hissederse, etanol henüz tamamen buharlaşmış değil.
    4. Sürekli karıştırma altında ve bir argon 22 bir akışı altında, 6 saat boyunca 180 ° C'ye kadar bir şişeye ısıtın.
    5. Şişe oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin.
    6. 5 dakika boyunca (ya da tüm katı içeriği çözülmüş ya da dağılmış kadar) şişeye sonikasyon olarak CHCI3 3 ml ekleyin.
    7. Santrifüj dağılım (2600 xg, 4 dk), süpernatant kaldırmak ve taze CHCl3 ekleyin. süpernatant kaldırmak için tekrar yeni 3 dakika dağılımını ve santrifüj sonikasyon. Bu yıkama 6 kez adımları tekrarlayın. Gece boyunca vakum altında 70 ° C'de kuru partiküller ve bir desikatör saklayın.
  2. BTA-kolloid sentezi
    1. CHCI3 3 ml NVOC-C11-OH / stearil alkol 20/80 mol oranı ile işlevselleştirilmiş parçacıkların 10 mg dağıtılır.
    2. NVOC grubunun yanlması için 1 saat boyunca UV ile fırın (λ maks = 354 nm) bir dispersiyon ışın tedavisi. Korumanın kaldırılması koruyucu gruptan arındırmak sırasında manyetik bir karıştırıcı ile yavaşça dispersiyonu karıştırma ile parçacıklarının yüzeyi üzerinde homojen olduğundan emin olun. Bu amin, işlevselleştirilmiş partikülleri (Şekil 1a) elde edilir.
    3. (Benzen-1,3,5-tricarboxamide türevinin, 9 mg (BTA, 0.01 mmol), N, 8.7 ul, N-diizopropiletilamin (DIPEA, 0.05 mmol) ve (benzotriyazol-1-iloksi) tripirolidinofosfonyum heksaflorofosfat 5.2 mg çözülür PyBOP, CHCI3 1 ml 0.01 mmol) eklenmiştir.
    4. amin- işlevselleştirilmiş p çözüm ekleyinve ürün dispersiyonu oda sıcaklığında ve bir argon atmosferi altında bir gece boyunca karıştırıldı.
    5. Santrifüj dağılım (2600 xg, 4 dk), süpernatant kaldırmak ve taze CHCI3 3 ml ekleyin. süpernatant kaldırmak için tekrar yeni 3 dakika dağılımını ve santrifüj sonikasyon. Bu yıkama 6 kez adımları tekrarlayın.
    6. 48 saat boyunca vakum içinde 70 ° C 'de kuru partiküller ve bir desikatör saklayın.

3. Statik Işık Saçılma Ölçümler (SLS)

Not: Kullanım floresan olmayan parçacıklar, floresan çekirdek geleneksel ışık saçılması ekipman olay lazer ışığı ile aynı dalga boyundaki ışığı absorbe beri.

  1. stearil alkol ile yalnızca (NVOC-C11-OH) Bölüm 2.1'de tarif edilen prosedür izlenerek floresan olmayan silis parçacıklarının 10 mg işlerlik.
  2. su ve olmayan işlevselleştirilmiş parçacıkların 0.033 mg / ml'lik bir dağılım, 500 ul hazırlanmasısikloheksan içinde stearil alkol kaplı partiküllerin, 2 mg / ml diğeri.
  3. Partiküller disperse olmasını sağlamak için, en az 20 dakika süreyle, hem dispersiyonlar sonikasyon.
  4. Her iki dispersiyonların dağılmış yoğunluğu, çözücü, 5 ° 'lik adımlarla 30 ° ila 120 ° arasında bir referans çözücü ölçün.
  5. Q bir fonksiyonu olarak Numune (I örnek) yoğunluğunu Konu
    (Denklem 1) q =n çözücü sin / 2) / λ o
    yayılma açısı İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin ile çözücünün N çözücünün kırılma indeksi ve lazer λ o dalga boyu.
  6. Yazılımını kullanarak aşağıdaki eşitliğe veri sığdırmak (örneğin, Origin)
    (Denklem 2) = CP (QR) örnek
    C tarafından verilen sabit ve form faktörü P (QR) olduğu
    (Denklem 3) <img alt = "Denklem 3" src = "/ files / ftp_upload / 53934 / 53934eq3.jpg" />

    burada küresel kolloidlerin ortalama yarıçapı R.
  7. Her dağılma uyan gelen R ayıklayın.
  8. Her İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin için, aşağıdaki denkleme göre, saçılan ışığın yoğunluğu için mutlak bir ölçüsüdür Rayleigh oranı (R θ) hesaplayın.
    (Denklem 4) denklem 4

    Numunenin yoğunluğu, çözücü madde ve referans, I Solven örnek ve ben sırasıyla referans çözücü kırılma indeksi ve buna referans n çözücü ve n referans ve referans R referans Rayleigh oranı. Burada referans olarak tolüen kullanmak, Örneğin n su = 1,332, n toluen = 1,497, n siklohekzan = 1,426 olduğu, R toluen = 2.74x10 -3 m -1 26.
  9. R İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin ve Denklem 5'ten kolloitlerin (n kolloidlerin) ortalama kırılma indeksi hesaplayın.
    (Denklem 5) Denklem 5

    hacim N, v parçacık tarafından verilen parçacık v parçacığın hacmi başına partiküllerin sayısı = 4/3 πR 3 ve varsayarak dışı etkileşim parçacıkların sınırı yapı faktörü S (q) ~ 1.

Parçacık başına Aktif Siteleri Sayısı 4. sayısallaştırılması

Not: Yüzey daha büyük bir ile yarıçapı 13 nm kullanılması küçük parçacıklar (-Birim oran).

  1. / Stearil alkol, Bölüm 2.1'de tarif edilen prosedür takip NVOC-C11-OH 20/80 mol oranı ile, küçük ticari olarak temin edilebilen parçacıkları işlerlik.
  2. 1 mi CHCI3 içinde küçük işlevselleştirilmiş parçacıkların 20 mg dağılması ve NVOC grubunun yanlması için 1 saat boyunca UV ile fırın (λ maks = 354 nm) 'de bir dispersiyon ışın tedavisi. korumasının kaldırılması bir manyetik karıştırıcı çubuk ile hafifçe dispersiyon karıştırın. Bu şekilde, kolloidler tortu yoktur ve yüzey bu nedenle homojen bir deproteksiyonu sağlanması UV ışığına maruz kalır.
  3. Ortaya çıkan amin-fonksiyonlu parçacıklar aşağı Spin (3400 xg, 10 dakika) ve süpernatant kaldırmak.
  4. 2 saat boyunca 70 ° C 'de kuru partiküller.
  5. süksinimidil 3- (2-piridilditiyo) propiyonat dimetilformamid 200 ul (SPDP, 0.0016 mmol), (DMF) 0.50 mg çözülür.
  6. kurutuldu amin fonksiyonlu partikülleri ve girdap 20 mg SPDP çözeltisi ekleyin30 dakika için sistem. Bu süre içinde, kolloitlerin tüm mevcut primer aminler SPDP ile tepki gösterdi.
  7. 6 kez 1 ml DMF içinde sahip partiküller yıkayın (ya da serbest SPDP λ = 375 nm UV-Vis spektroskopisi yoluyla süpernatan içinde tespit edilene kadar). Son yıkama aşamasında mümkün olduğunca süpernatant kaldırmak için çalışın.
  8. DMF, 50 ul ditiotreitol 0.53 mg (DTT, 0.0034 mmol) içinde çözülür. parçacıklara DTT çözeltisi ilave edin ve 30 dakika boyunca dağılım girdap. Bu süre içinde piridin-2-tion grubu ayrılır.
  9. Bir microvolume UV-Vis ile λ = 293 nm üstte yüzen madde içindeki serbest kalan serbest piridin-2-tion absorbansı belirler.
  10. DTT bir fazlası ile SPDP, bilinen farklı miktarlarda bir seyreltme serisi absorbansı ölçülerek DMF içinde piridin-2-tion ekstinksiyon katsayısı ɛ (~ 12.1x10 3 M-1 cm-1) belirlemek için bir kalibrasyon eğrisi inşa .
  11. P2T, konsantrasyonu hesaplanır:
    (Denklem 6) Abs = C P2T ε l
    piridin-2-tion P2T molar konsantrasyonuna, yok olma katsayısı ɛ ve yol uzunluğu L ile.
  12. aşağıdaki denklem ile parçacık başına aktif yerleri (aminler) sayısını hesaplayın
    (Denklem 7) Denklem 7
    Bir partikül M tanecik kütlesi bu ρ = 1.295 ile = 4 / 3πR 3 ρ M partikül g / cm3, partiküller M Toplam (20 mg) ve toplam hacim V, toplam (50 ul), toplam kütle ağırlıklı. Bu denklem, tüm varsayaraminler SPDP ile reaksiyona ve DTT parçacıklarına bağlı tüm SPDP molekülleri azaltır.

Konfokal Mikroskopi 5. Monitör Kolloidal Meclisi

Not: Kullanım çekirdek-kabuk parçacıkları silika (bir fluoresan çekirdek ve bir floresan olmayan kabuk).

  1. sikloheksan içinde BTA-işlevselleştirilmiş parçacıkların% 0.1 oranında bir dispersiyon 400 ul hazırlayın ve 20 dakika örnek sonikasyon.
  2. BTA o nitrobenzil grubunu kapalı yarmak için UV fırında örnek flakon (λ max = 354 nm) ışın tedavisi. kümelenme işlemini izlemek için, 0 30 dakikaya kadar, örneğin ışınlama farklı zamanlarda 25 ul alikotları al.
  3. (Kamara boyutu 0.12 mm yüksekliğinde × 13 mm çaplı olan) ayırıcı yardımıyla farklı cam slaytlar farklı alikotları koyun ve bir kapak kayma ile odaları kapatın. odasına kapattıktan sonra, partiküller sediman ve adsor izin ters kapak kayma çevirmekgörüntüleme kolaylaştırır cam üzerine b.
  4. Her radyasyon kez numune hazırlama sonra mümkün olan en kısa sürede konfokal mikroskop ile her bir numunenin birkaç görüntü al.

6. Görüntü Analizi

  1. ImageJ ile tekli grubu sayısının nicelleştirilmesi
    Not: ImageJ kılavuzunda açıklanan senaryo yazmaya kullanılan tüm komutlar:
    http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/user-guide.pdf
    1. kenarlarından izole piksel kaldırmak ve "Smooth" fonksiyonu çalışan küçük delikleri doldurmak için konfokal görüntüleri pürüzsüz.
    2. Sadece çekirdek flüoresan olduğu göz önüne alındığında, aynı küme dokunma ait olup parçacıklar birleştirme parçacıkların kenarına kadar parlak alanlar dilate. "Genişlet" filtre kullanarak yapın. 0.02 mm / piksel çözünürlüğe sahip yaklaşık 180 nm kabuk kalınlığı ile parçacıklar ve resimlerle, iki dilatasyon adımlar yeterlidir.
    3. dönüştürme görüntüleri"Make ikili" fonksiyonu çalıştıran bir ikili resmin içine.
    4. Örneğin 0.02 mm / piksel çözünürlükte çekilen resimler için aracı "" Set Ölçeği ... ", mesafe = 1 bilinen = 0.02 piksel = 1 birim = um" "çalıştırarak ölçeği ayarlayın.
    5. in-of-odak parçacıklarından gürültü ve out-of-focus parçacıklarını ayırmak için bir eşik boyutunu uygulayın. resimler 0.02 mm / piksel çözünürlükte çekilen ile Örneğin, tüm alanlarda daha küçük 0.2 piksel dışladı. kullanarak bu "analiz parçacıklar ...", "size = 0.2 Infinity" komutunu yapın.
    6. Bir all.jpg görüntü ve görüntü (kümeler ve tekli) komutları "" sonuç "seçeneğini kullanarak, tüm parlak alanların boyutu ile bir all.txt dosyası, _all.txt" "ve" "JPEG oluşturma", "bütün" ".
    7. 0,7 ila 1,0 olan (4 π Alan / Çevre 2 = dairesellik) boyutunda ve bir dairesellik ile 0.2 ve 0.7 piksel arasındaki tüm parlak alanlar varsayalımkomutunu çalıştırarak mayoları "parçacıklar Analiz ...", "dairesellik = 0.7-1.0".
    8. Bir singlets.jpg görüntü ve komutları "" sonuçları ", _singlets.txt" "ve" "JPEG", "singletlerini" "seçeneğini kullanarak, tekli tüm parlak alanların bilgileri içeren bir singlets.txt dosyası oluşturun.
  2. Matlab ile bilgi işleme
    1. Tekli .txt dosyasını okuyun ve resim başına bir tekli (A tekli) ortalama boyutunu hesaplamak.
    2. Küme başına parçacıkların sayısını (A çiftler = 2A gömleğe, bir üçlü = 3A tekli ...) ve diğer all.txt dosyasından resim parçacıkların toplam sayısını hesaplamak için tekli ortalama büyüklüğü kullanın.
    3. F singletlerin = sayı singletlerin / toplam parçacıklar: Her pozlama süresi için singletlerin parçacıkların bölümünü hesaplamak
    4. Çiftli, üçlü, vb bölümünü hesaplamak: Ikili = 2 * çiftlerin sayısı / toplam parçacıklar, vb f

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Oda sıcaklığında ve yumuşak reaksiyon şartlarında ikinci bir aşamada supramoleküler kolloidler (Şekil 1a), çiftler BTA- türevleri (Şekil 1b) sentezlemek için kullanılan iki-aşamalı bir prosedür, stabilitesi sağlanmış olduğu göz önüne alındığında.

Şekil 1
Supramoleküler kolloidler sentezinin 1. Düzeni Şekil. Benzen-1 BTA molekülü. B) aşağıdaki yapıyı bir UV fırın ve daha sonraki bağlanma UV ışığı ile ışınlama sırasında amin korumasının kaldırılması, ardından stearil alkol ve silika partiküllerine NVOC korunan alkil zincirinin A) birleştirilmesi, , 3,5-tricarboxamide (BTA) türevi kullanılır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

silika = 1,391 ve n silis @ stearil alkol = 1,436 (Şekil 2) bulabilirsiniz. Bu açıkça yüzey fonksiyonlandırmalar kolloidler kırılma indeksi üzerinde bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. stearil alkol kaplı kolloidler ve BTA-Kolloidlerin tek tabaka kimyasal bileşimi BTA molar fraksiyon 0.2 en olduğundan son derece benzerdir. Bu nedenle, BTA-kolloidlerin kırılma indisi n, silis @ stearil alkol = 1.436 yakın olduğu varsayılmaktadır.

şekil 2
Silika kolloidler Şekil 2. Statik ışık saçılımı ölçümleri. A algılama açısı θ'nın bir fonksiyonu olarak dağınık ışık yoğunluğu B) stearil alkol kaplı parçacıklar. Kesik çizgiler deneysel veri noktalarına uyan bulunmaktadır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3'te gösterilen reaksiyon şeması kullanılarak küçük parçacıklar yüzey üzerine 46,4 nm cm2 başına 1 amin bir 20/80 NVOC-C11-OH / stearil alkol mol oranı sonucu ile işlevlendirilmektedir. Bu numara da parçacıklarda çok-değerliğine şu şekilde ifade birleştirilebilir supramoleküler kısımların, sayısı ile korele edilebilir.

Şekil 3,
Parçacık. Usul başına aktif sitelerin miktarı Şekil 3. Değerlendirme miktarını belirlemek için takipparçacık başına aminlerin: amin işlevselleştirilmiş kolloidler SPDP ile reaksiyona sokulur. Bundan sonra, DTT DMF emilim maksimum λ max = 293 nm'de photospectrometry tarafından tespit edilebilir piridin-2-tion grubu, kapalı yarmak için sisteme eklenir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Konfokal görüntü olarak, UV ışığı ile ışınlama öncesi dispersiyon supramoleküler koloitlerin çoğunun tekli (Şekil 4, üst) vardır. İlginç bir şekilde, ışıma üzerine kümelenmiş duruma tekli durumdan bir evrim (Şekil 4, orta ve alt) gözlenir. Görüntü analizi daha nicel bir şekilde toplanmasını izlemek için kullanılır. % 9 ila 80 aşağı% singletlerin sayısında keskin bir azalma ilk 5 olan UV radyasyona tabi görülmektedirdakika.

Şekil 4,
Şekil 4. Görüntü işleme prosedürü. Orijinal konfokal mikroskobu görüntüleri, ikili görüntüler ve (üst) 0 dakika (orta) 15 sn ve (alt) 5 dakika süreyle korumasız hale örnekler için singletlerin alanı. Ölçek çubuğu 10 mikron temsil etmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

1.426 arasında bir kırılma indisi ile veya BTA-koloitlerin dağıtmak için bir çözücü olarak kullanılması durumunda, sikloheksan, Van der Waals etkileşimleri kolloidlerin kırılma indeksleri için, çok zayıf ve çözücü neredeyse aynıdır. sikloheksan içinde SLS deneyler için kullanılan fonksiyonalize koloitler konsantrasyonu suda çıplak silika partiküllerine kıyasla çok daha yüksek olduğuna dikkat edin. kırılma indisleri neredeyse uyumlu olarak bu durum düşük kontrast yeterince güçlü bir saçılma elde etmek için gereklidir. sikloheksan örneklerinde eser miktarda su hemen kılcal kuvvetlere göz ardı edilemeyecek kümelenme ile, dolaylı da olsa, tespit edilir. Bu nedenle, kolloidler protokolde tarif edildiği gibi uzun süre boyunca vakumda kurutulmasıyla bütün sentez adımları sırasında suyun serbest olmasını sağlamak için büyük önem taşımaktadır.

aminler ölçmek için kullanılan yöntem, piridin-2-tiyon miktarını analiz göz önüne alındığındaparçacıkların ayrıldı e, bunun nedeni NMR gibi diğer teknikler kullanılarak karşı karşıya olabilir parçacıkların saçılması için eserler circumvents. küçük ve büyük partikülleri eşit yüzey yoğunluğuna varsayarak, küçük parçacıklar için tespit edilen amin yoğunluğu yarıçapı 300 nm büyük koloitler başına yaklaşık 24,350 aminlere karşılık gelir. İlginçtir, tanıtılan yaklaşım sadece ilk işlevsellik adımı sırasında NVOC-C11-OH / steril alkol mol oranı değiştirilerek supramoleküler kolloidlerin çok valanslığı düzenlemek için izin verir. çok-değerliğine böyle değişimi ayrıca aynı amin miktar prosedürle belirlenebilir.

Konfokal mikroskopi ile gözlemlenmiştir ışık aktivasyonundan önce tekliler kolloid başarılı dispersiyon, çok zayıf van der Waals etkileşimleri ve önceki koruma O nitrobenzil grubunun ışıkla yarılma sikloheksan içinde önemsiz bir hidrojen bağı ile uyumludur. Bu nedenle, fotoğraf kaynaklı kümelenmekolayca supramolecular kısımların isnat edilebilir. Biz supramolecular güçleri aracılığıyla kümeleme doğrudan amacı olarak bu çok önemlidir. UV ışığı ile O nitrobenzil grubunun ayrılması, gerçekten de kümeleri oluşumu ile teyit edildiği gibi, dolayısıyla kolloidal kendine birleşmesini teşvik ederek, etkileşim farklı koloitler üzerine sabitlenirken BTAS sağlar.

Sonuç olarak, kontrol edilen bir şekilde, silika parçacıkları üzerine çift BTA-türevleri için basit bir yöntem gösterilmiştir. Elde edilen supramoleküler kolloidlerin davranışı başarılı yüzey aşılanmış moleküllerinin, yani moleküller arası hidrojen bağlayıcı etkileşimler arasındaki çekici etkileşimleri tarafından yönetilir. Bu metodoloji, hali hazırda supramoleküler kısımların diğer tip edilmiş farklı supramoleküler kolloidlerin geniş bir sentezlemek üzere genişletilebilir. Bu nedenle, burada tarif edilen bir protokol mesostructured koloidal oluşturulması için yapı taşları yeni bir ailesinin geliştirilmesi yolunu açmaktadırMalzemeler.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgements

Yazarlar mali destek için Bilimsel araştırma için Hollanda Örgütü (NWO ECHO-STIP Grant 717.013.005, NWO VIDI Grant 723.014.006) kabul.

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