JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

وتنص غير أثار-البلمرة هطول نهج النماذج قابلة للتكرار السريع لتركيب المحفزات الحساسة بولي (N -isopropylacrylamide) microgels من توزيع حجم الضيق. في هذا التوليف البروتوكول، وقد أثبت ضوء توصيف نثر واحدة تتبع الجسيمات مضان من هذه microgels في إعداد المجهر واسعة المجال.

Abstract

المحفزات التي تراعي بولي (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels دينا مختلف التطبيقات العملية المستقبلية ويستخدم في البحوث الأساسية. في هذا العمل، ونحن نستخدم جسيم واحد تتبع microgels PNIPAM fluorescently المسمى كنموذج لحجم ضبط microgel عن طريق إجراء هطول البلمرة السريع غير أثار. هذا النهج هو مناسب تماما لالنماذج التراكيب رد فعل الجديدة والظروف أو التطبيقات التي لا تتطلب كميات كبيرة من المنتجات. وفيما يلي تفصيل التوليف Microgel، وحجم الجسيمات وتحديد هيكل التي كتبها ثابتة وديناميكية تشتت الضوء في البروتوكول. وتبين أن إضافة comonomers وظيفي يمكن أن يكون لها تأثير كبير على التنوي الجسيمات والهيكل. تتبع جسيم واحد من مضان المجهر واسعة المجال يسمح لإجراء تحقيق في نشر microgels التتبع وصفت في مصفوفة مركزة من microgels غير المسمى، ونظام لم يتم التحقيق بسهولة من قبلوسائل أخرى مثل تشتت الضوء الديناميكي.

Introduction

جذبت المحفزات التي تراعي بولي (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels 1،2 باهتمام مستمر على مدى العقدين الماضيين بسبب إمكاناتهم في مختلف التطبيقات الذكية. وتشمل حالات الاستخدام أظهرت مثبتات للتحويل مستحلب 3-8، microlenses 9 ركائز الثقافة خلية لخلية حصاد السهل 10،11، وناقلات الذكية لانخفاض المركبات ذات الوزن الجزيئي وغيرها من الطب الحيوي يستخدم 12. من وجهة نظر البحوث الأساسية للعرض وقد أثبتت هذه الجسيمات أن تكون مفيدة للتحقيق في موضوعات مثل التفاعلات الغروية 13-15 والتفاعلات البوليمر المذيبات 16-18.

الاستخدام الناجح للmicrogels PNIPAM ومشتقاتها في أي تطبيق معين عادة ما يتطلب المعرفة على حجم الجسيمات يعني وعرض توزيع حجم الجسيمات. لتفسير الصحيح للنتائج التجريبية التي تنطوي على PNIPAM الصغيرةالمواد الهلامية، وهيكل الجسيمات، التي يمكن أن تتأثر comonomers وظيفية، يجب أن يكون معروفا. ثابتة وديناميكية تشتت الضوء (DLS وسلس، على التوالي) هي مناسبة فريدة للحصول على هذه المعلومات لأن هذه الأساليب هي سريعة وسهلة نسبيا للاستخدام. وانها تحقق خصائص الجسيمات غير جراحية في البيئة الأصلية الخاصة بهم (التشتت). دائرة الأراضي والمساحة وSLS أيضا بجمع البيانات من عدد كبير من الجزيئات تجنب التحيز الناشئة عن أحجام عينة صغيرة، نموذجية لأساليب الفحص المجهري. ولذلك، فإن الهدف الأول من هذا العمل هو تقديم الممارسات الجيدة فيما يتعلق تشتت الضوء للممارسين جديد لتوصيف الغروية.

عادة، ويتم ترسيب البلمرة في نطاق المختبر وإيجاد ظروف التفاعل المناسبة لخصائص الجسيمات محددة يمكن أن يكون شاقة وتتطلب الكثير من التكرار من التوليف. وعلى النقيض من التوليف دفعة كبيرة، غير أثار البلمرة هطول 19،20 هي عالإجراء APID الذي دفعات من مختلف تكوين المواد المتفاعلة يمكن بلمرة جزيئات ذات العوائد في وقت واحد من توزيع حجم الضيق. البلمرة في وقت واحد يقلل من التباين التجريبية وإخراج كبيرة يعني أن ظروف التفاعل الصحيحة يمكن العثور بسرعة لرفع مستوى رد الفعل. وبالتالي، هدفنا الثاني هو للتدليل على فائدة غير أثار البلمرة هطول الأمطار في النماذج والتطبيقات التي لا تتطلب كمية كبيرة من المنتج.

جوانب مختلفة من التوليف وتوصيف معا في المثال تطبيق فلوري المسمى microgels PNIPAM في مجال البحوث التفاعل الغروية. هنا نستخدم عالية الدقة تتبع جسيم واحد للتحقيق في نشر microgels التتبع وصفت في تشتت microgels مصفوفة ليس لها علامة على نطاق وتركيز مصفوفة واسعة وحل تأثير قفص في تشتت الغروية المركزة. المجهر مضان واسعة المجال تناسب جيد FOص هذا الغرض لأنها يمكن أن تميز سلوك معين من جزيئات قليلة التتبع بين عدد كبير من الأنواع المصفوفة قد تكون مختلفة. هذا هو على النقيض من التقنيات مثل دائرة الأراضي والمساحة، SLS والريولوجيا، التي تقيس خصائص متوسط ​​مجموعة من أنظمة، وبالتالي لا يمكن حل سلوك عدد قليل من الجسيمات التحقيق في منظومة واسعة. وعلاوة على ذلك، في هذا المثال معينة لا يمكن أن تستخدم أساليب تشتت الضوء التقليدية أيضا بسبب تركيز الجسيمات عالية، الأمر الذي يؤدي إلى تشتت متعددة القوي إبطال أي تحليل قياسي. استخدام التجهيز الآلي للبيانات والأساليب الإحصائية تمكين تحليل السلوك العام للنظام أيضا لتتبع جسيم واحد، عندما بلغ متوسط ​​على أحجام عينة كبيرة.

Protocol

1. Microgel التجميعي

ملاحظة: -isopropylacrylamide N (NIPAM) تم بلورته من ن الهكسان. استخدمت الكواشف الأخرى كما وردت.

  1. تجميع الدفعة التقليدي للبولي (NIPAM) Microgels مصفوفة
    1. حل 1.8 غرام NIPAM و 24 ملغم N، N '-bisacrylamide (BIS) في 245 مل تصفيتها (0.2 ميكرون مجدد السليلوز (RC) غشاء فلتر) وضعف المياه المقطرة في 500 مل ثلاث الرقبة قارورة أسفل جولة مجهزة المكثف الراجع، النمام والحاجز المطاطي.
    2. إدراج مقياس الحرارة وإبرة 120 مم للمدخلات النيتروجين من خلال الحاجز.
    3. الحرارة الحل إلى 60 درجة مئوية، مع التحريك. ينزع الأكسجين الحل عن طريق تطهير مع النيتروجين لمدة 40 دقيقة.
    4. في وقت واحد يعد حل البادئ من 155 ملغ بيرسلفات البوتاسيوم (شرطة كوسوفو) في 5 مل تصفية الماء المقطر المزدوج وفقاعة الحل مع النيتروجين لإزالة الأكسجين.
    5. نقل كاملة 5 مل شرطة كوسوفو الصورةolution في حقنة النيتروجين غسلها مجهزة إبرة 120 ملم.
    6. رفع إبرة النيتروجين فوق مستوى الحل في قارورة ثلاثة الرقبة وإضافة محلول شرطة كوسوفو بسرعة من خلال الحاجز المطاطي في المفاعل.
    7. السماح للبلمرة المضي قدما لمدة 1 ساعة تحت تدفق النيتروجين والتحريك البطيء عند 60 درجة مئوية.
    8. استخدام القمع ورقة الترشيح بوخنر لتصفية محلول التفاعل الحار من أجل التخلص من المجاميع الكبيرة. السماح للتشتت ليبرد.
    9. الطرد المركزي وredisperse تشتت ثلاث مرات لمدة 40 دقيقة على 257000 x ج وأخيرا redisperse الرواسب في الحد الأدنى من كمية قابلة للحياة من الماء المقطر مزدوجة. عادة هذا هو 2-4 مل.
    10. يجفد تشتت لتخزين.
  2. غير أثار-توليف للبولي (NIPAM) Microgels Fluorescently إعتبر
    1. تزن 257.7 NIPAM ملغ، 3.5 ملغ بنك التسويات الدولية، و 1.5 ملغ methacryloxyethyl thiocarbamoyl رودامين ب (صبغة) في وعاء زجاجي وإضافة 10 مل من التقطير المزدوج تصفيتهاإد المياه.
    2. Ultrasonicate الحل صبغ مونومر لمدة 15 دقيقة إلى حل الصبغة في الماء.
    3. إعداد نفس الحل دون الصبغة في وعاء زجاجي منفصلة.
    4. إعداد التخفيفات مختلفة من حل مونومر مع الصبغة باستخدام حل مونومر بدون صبغ للحصول على سلسلة تركيز مع تركيز الصبغة المختلفة. في هذا العمل، واستخدام الصبغة في نطاق تركيز 0،02-،1 مليمول / لتر.
    5. حل 8.4 ملغ شرطة كوسوفو في 10 مل تصفية الماء المقطر المزدوج من أجل الحصول على حل البادئ.
    6. نقل 0.5 مل من سلسلة تركيز و 0.5 مل من محلول شرطة كوسوفو لاختبار أنابيب بقطر 10 مم للحصول على حلول رد فعل النهائية وختم لهم مع الحاجز المطاطي.
    7. تسخين حمام الزيت في وعاء زجاج مزدوج الجدران متصلة دائري التدفئة إلى 63 درجة مئوية.
    8. Deoxygenize الحلول رد فعل من جانب تطهير مع النيتروجين من خلال 120 الإبر ملم لمدة 20 دقيقة.
    9. إدراج الأنابيب إلى بالعربيةloating منصة وتزج منصة في حمام الزيت المسخن مسبقا. ضبط درجة الحرارة إلى 60 درجة مئوية. ارتفاع درجة الحرارة في البداية في الحمام ضرورية كما بارد الحلول درجة حرارة الغرفة أسفل الحمام. لارتفاع الدقة حجم الجسيمات ضبط التحكم في درجة الحرارة خلال رد الفعل الأولي يجب أن تكون صارمة، وعادة ± 0.1 درجة مئوية.
    10. دع رد فعل المضي قدما لوقت مناسب. عادة 1 ساعة بما فيه الكفاية.
    11. نقل أنابيب رد فعل سريعا إلى الفرن على 60 درجة مئوية، ووضع قطرة واحدة من تشتت الساخن إلى 10 مل تصفية الماء المقطر مزدوج مسخن على حجم PNIPAM درجة الحرارة المرحلة الانتقالية (VPTT، 32 -34 ° C) 1، لتوصيف DLS في الدولة المنهارة.
    12. ترك بقية من التفرق يبرد إلى درجة حرارة الغرفة ونقلها إلى أنابيب الطرد المركزي.
    13. أجهزة الطرد المركزي في حل ثلاث مرات لمدة 40 دقيقة على 257000 x ج وتمييع microgels أخيرا في 2 مل تصفيتها مزدوج الماء المقطر FOاستخدام ص كجسيمات التتبع.

2. ضوء التشتت توصيف

  1. تحديد الهيدروديناميكية الشعاع في دولة منهارة من الإنارة الديناميكي نثر
    1. غسل cuvettes والأواني الزجاجية مع بخار الأسيتون.
    2. الحرارة 10 مل من المصفاة (على سبيل المثال، 200 نانومتر أو أصغر مرشح RC) الماء المقطر المزدوج على PNIPAM VPTT.
    3. نقل قطرة من تشتت الساخن إلى الماء المصفى باستخدام إبرة ما قبل ساخنة (0.9 × 40 ملم) وحقنة (1 مل).
    4. تهدئة DLS مقياس الزوايا حمام مباراة المؤشر إلى 50 درجة مئوية، ونقل العينة إلى الصك دون السماح ليبرد.
    5. العثور على أكبر زاوية التشتت حيث كثافة المنتشرة كافية للحصول على correlogram عن طريق إجراء قياسات الاختبار.
      1. إدراج عينة كوفيت (10 مم أنبوب قطره الزجاج مع 1 مل من تشتت الجسيمات). نقل ذراع كاشف لزاوية نثر صغيرة (هنا 30 °).
      2. تحقق من ملف شعاع FOص نثر متعددة: لا توهج حول شعاع الأساسي، لا نثر متعددة، الخ تحقق من صحة نطاق العد هو مناسبة لقياس بأقل زاوية التشتت (تقريبا بين 30 و 600 هرتز، وأعلى الزاوية اليمنى من نافذة البرنامج.)
      3. نقل الذراع مقياس الزوايا لأعلى زاوية التشتت (اختيار 120 ° هنا). تأكد من أن معدل العد لا يزال مرتفعا بما يكفي لقياس (بين كيلوهرتز 30 و 600). إذا كانت كثافة منخفضة جدا، حرك ذراع لخفض نثر زاوية.
    6. تحقق شعاع البصر من خلال الزجاج حمام التولوين بأقل زاوية التشتت، إذا لوحظ توهج حول شعاع الحادث نثر متعددة تأخذ مكان. في هذه الحالة، والحد من كثافة الليزر أو استخدام تخفيف العالي.
    7. الحصول على 20 correlograms بين الحد الأدنى والحد الأقصى لزاوية التشتت (على سبيل المثال، 30 ° - 140 °) مع الحد الأدنى من الوقت الاستحواذ على 60 ثانية. زيادة اكتساب الوقت لضعف كثافة زوايا تشتت كبيرةاذا كان ضروري.
  2. تحليل بيانات 37
    1. حساب نثر المقادير متجه لزاوية التشتت وفقا ل figure-protocol-7122 حيث n هو معامل الانكسار من تشتت، figure-protocol-7232 الطول الموجي لليزر في فراغ و figure-protocol-7329 زاوية التشتت.
    2. في حالة يوفر البرنامج قياس وظيفة شدة ارتباط figure-protocol-7505 ، تحويله إلى الكهربائية وظيفة ارتباط الحقل figure-protocol-7616 بالنسبة الى figure-protocol-7693 . معامل figure-protocol-7766 هي المعلمة مفيدة رتيبا ذات الصلة لدرجة التماسك المكاني للاوفه الضوء المتناثرةص المنطقة كاشف.
    3. لتحليل cumulant على correlograms، أي تناسب الدرجة الثانية متعدد الحدود إلى لوغاريتم كل وظيفة ارتباط الحقل الكهربائي figure-protocol-8099 من المربعات الخطية. figure-protocol-8187 كما يبدو اعتراض لائقا وقيمته بالضبط هو غير مهم بالنسبة لتحليل البيانات. تقييد يصلح لقيمة τ الوقت الضائع ذات مغزى، على سبيل المثال، حتى أن السعة العلاقة هي 10-20٪ من الحد الأقصى للسعة. معامل للمصطلح الدرجة الأولى هو معدل تسوس يعني من وظيفة الارتباط، figure-protocol-8519 .
    4. العثور على القيمة الأكثر احتمالا للمعامل الانتشار متوسط figure-protocol-8694 من الجزيئات التي المربعات الخطية احتواءه على figure-protocol-8806 . إذاfigure-protocol-8878 ضد figure-protocol-8948 لا يبدو الخطية وتذهب من خلال الأصل في الخطأ، وتوزيع حجم الجسيمات وسيتم تحديد نصف قطر واسع والهيدروديناميكية سيئة.
    5. حساب نصف قطر الهيدروديناميكية نفسه من العلاقة ستوكس آينشتاين figure-protocol-9240 ، حيث figure-protocol-9322 هو معامل بولتزمان، figure-protocol-9408 درجة الحرارة المطلقة و figure-protocol-9498 اللزوجة من التشتت في figure-protocol-9586 . نشر الانحراف المعياري figure-protocol-9677 إلى figure-protocol-9748 .
  3. الجسيمات هيكل تحديد كتبها ثابت تشتت الضوء
    1. غسل cuvettes والأواني الزجاجية مع بخار الأسيتون. استخدام 20 ملم قطر أو cuvettes أكبر للحد من تأثير عدسة أسطواني.
    2. فلتر (RC 200 نانومتر مرشح أو أصغر) حوالي 20 مل من الماء المقطر المزدوج إلى قارورة زجاجية ونقل قطرة من تشتت تنقيته إلى القارورة. غسل فلتر مع 10 مل من الماء قبل استخدامه لإعداد نموذج لإزالة الشوائب المتبقية من عملية التصنيع.
    3. تحقق عينة من أي مصدر الإضاءة المحيطة. إذا لوحظ ونه الازرق، ومن المرجح أن تكون مركزة جدا العينة. تمييع وفقا لذلك.
    4. إعداد عينة المياه الخلفية عن طريق تنظيف كفيت عدة مرات مع الماء المصفى ومن ثم ملء تصل إلى حجم العينة المناسب، اعتمادا على كفيت وموقف الليزر في الصك. يجب أن تمر الليزر من خلال عينة من دون أن ينكسر من الغضروف المفصلي.
    5. معايرة instrumوالأنف والحنجرة باستخدام عينة التولوين.
    6. قياس نثر المياه (الخلفية) في جميع أنحاء مجموعة الزاوي المتاحة.
    7. قياس كثافة نثر من العينة في جميع أنحاء مجموعة الزاوي المتاحة ويفضل في عدة موجات. نمط نثر تطبيع لشدة تبعثر إلى الأمام كما هو معروف في شكل عامل.
    8. إذا كان من المعروف هيكل الجسيمات، استخدام تعبير النموذج الملائم لحساب تناسب العالمي على مجموعات البيانات المقاسة عند أطوال موجية مختلفة.
    9. للمجهول استخدام هيكل الجسيمات قننت مباشرة (مثل FitIt! 33) أو معكوس غير مباشر أعم تحويل فورييه 21،22 روتين بالتزامن مع deconvolution وظيفة التوزيع المسافة الزوج (فقط للجسيمات كروية) 23،24 لتصنيف تقريبي من الجسيمات اكتب.
    10. في حالة توفر روتين المناسب أو انعكاس تقدير وظيفة الجسيمات التوزيع دائرة نصف قطرها، وحساب التشتت المتعددمؤشر (الانحراف المعياري للتوزيع مقسوما معدلها).

3. تتبع الجسيمات كل حقل واسع الإسفار المجهر

ملاحظة: الراسم ومصفوفة الجسيمات من 465 ± 7 نانومتر و 405 نانومتر ± 7 أنصاف أقطار الهيدروديناميكية عند 20 درجة مئوية، على التوالي، واستخدمت لتتبع الجسيمات.

  1. إعداد عينة
    1. إعداد المركز تشتت مصفوفة microgel التي كتبها redispersing كمية معروفة من microgel الخالي من الملصقات مجفف بالتجميد إلى كمية معروفة من الماء المقطر مزدوجة. إضافة كمية صغيرة من جزيئات التتبع المسمى.
    2. تأكيد التركيز المناسب التتبع microgel في المجهر. تركيز الأمثل هو حل وسط بين عمليات الاستحواذ في وقت واحد من أكبر عدد ممكن من المسارات، في حين وجود تركيز التتبع منخفضة بما فيه الكفاية بحيث احتمال أن مسارات التتبع الجسيمات تعبر خلال اقتناء لا يكاد يذكر.
    3. إعداد التفرق المركزة عن طريق تبخيرالمياه في الفرن. تحديد تركيز الوزن بمقارنة وزن التشتت إلى الوزن الأصلي للعينة قبل التبخر.
  2. اقتناء وتحليل البيانات
    1. استخدام العدسة الشيئية المناسبة من التكبير المطلوب وفتحة لالإثارة للاستشفاف وجمع مضان في وقت واحد من العينة. في هذا العمل، واستخدام 100X / 1.3 NA الغمر النفط العدسة الشيئية.
    2. مكان الغرفة الرطوبة على طاولة س ع ص بيزو، التي تنسجم مع المجهر التجاري.
    3. لمنع عينة من التجفيف، ووضع البلازما تنظيف غطاء الانزلاق الى غرفة الرطوبة وماصة 10 ميكرولتر من بولي (NIPAM) تشتت التركيز المطلوب على زلة.
    4. اعتمادا على الإثارة وانبعاث أطياف صبغة الفلورسنت، استخدام الليزر مناسبة لإثارة وضبط قوة الليزر بشكل مناسب. يجب أن تكون كثافة منخفضة بما فيه الكفاية لتجنب photobleaching من سريع من الأصباغ، ولكن فيفي الوقت نفسه قوي بما فيه الكفاية لتحديد المواقع بدقة جسيم واحد (أنظر أدناه). في هذا العمل، واستخدام 561 نانومتر الصمام الثنائي ضخ ليزر الحالة الصلبة والحفاظ على الليزر ثابت السلطة في 16 ميغاواط (حوالي 0.5 كيلو واط سم -2 في العينة) لجميع القياسات.
    5. للحصول متجانسة عينة الإضاءة، واستخدام الإعداد الإضاءة حاسم هو موضح هنا. لهذا، زوجين الليزر في الألياف متعددة (NA 0.22 ± 0.02، 0.6 مم الأساسية)، يهز الألياف باستخدام vortexer من أجل زمنيا متوسط ​​من بقع الليزر، ومشروع الألياف تنتهي في الطائرة عينة.
    6. معايرة المسافة ض من انعكاس الخلفي من انزلاق الغطاء وتركز عدة ميكرومتر في العينة عن طريق تحريك الهدف ارتفاعا طفيفا وإصلاح ض الموقف باستخدام ض المعوض. هذا يتجنب أي آثار التفاعل مع ساترة.
    7. ضبط المعلمات كاشف، مثل وقت التعرض، إلى قوة إشارة مضان. في هذه الحالة، استخدم كاميرا EMCCDمع مرور الوقت تعرض 0.1 ثانية، والإلكترون الوضع وكسب 50 تتضاعف.
    8. اكتساب العديد من الأفلام مع عدد مناسب من الإطارات للحصول على الفارق الزمني الكافي لحساب تشريد مربع متوسط ​​من microgels في مناطق مختلفة من العينة. في هذا العمل، واستخدام أرقام الإطار الاستحواذ على 500 أو 1000 الإطارات.
    9. تحليل البيانات عن طريق وضع جزيئات في كل الإطار باستخدام جاوس تركيب 25 واستخدام تتبع خوارزمية الجسيمات المناسب 26 للحصول على النزوح مربع متوسط ​​27 احسب يعني القيم والانحراف المعياري عن طريق حساب متوسط ​​على جميع المسارات في كل الأفلام. حساب الفارق الزمني الطويل معاملات نشر من قبل الانحدار الخطي من figure-protocol-15695 ، أين figure-protocol-15768 هو النزوح مربع نفسه، D معامل الانتشار يعني وτ الوقت تأخر.
    10. ESTآي ميت في γ المعلمة الشذوذ من معادلة الانتشار الشاذة figure-protocol-16026 عن طريق تحويل البيانات إلى مقياس لوغاريتمي، مما أسفر عن figure-protocol-16149 . المعلمة الشذوذ figure-protocol-16233 وتعطى من قبل مشتق من هذه المؤامرة. ويمكن تقدير مشتق من الفروق المحدودة من نقاط البيانات، أو تركيب نقاط البيانات بواسطة وظائف متعدد الحدود والتفريق تحليليا. تحديد درجة كافية من وظائف تناسب كثيرات الحدود من قبل المتهم بالتآمر في مخلفات صالح والقاعدة المتبقية لزيادة ترتيب متعدد الحدود.
    11. كرر نفس الإجراء لتركيزات مختلفة من المصفوفات microgel.

النتائج

ويتم تحديد عدد الجسيمات microgel PNIPAM في الدفعة، وبالتالي فإن حجم الجسيمات النهائي في رد فعل في وقت مبكر خلال المرحلة التنوي 20 مسعور شارك في مونومر methacryloxyethyl صبغ thiocarbamoyl رودامين B يؤثر على التن?...

Discussion

إضافة كميات صغيرة من comonomer وظيفي يمكن أن يكون لها تأثير كبير على حجم الجسيمات وهيكل microgels PNIPAM مشتقة. في وقت واحد على نطاق صغير أنبوب اختبار البلمرة هي طريقة ...

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) is acknowledged for financial support within the Sonderforschungsbereich SFB 985 "Functional Microgels and Microgel Systems".

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
AcetoneVWR ChemicalsKRAF13455
BisacrylamidAppliChemA3636
n-HexaneMerck104374
N-IsopropylacrylamideFisher ScientificAC412785000recrystallized from n-hexane
Methacryloxyethyl thiocarbamoyl rhodamine BPolysciences23591
Potassium peroxodisulfateMerck105091
Silicone oil 47 V 350VWR Chemicals83851
TolueneSigma Aldrich244511
F12 Refrigerated/heating circulatorJulabo9116612
MicroscopeOlympusIX83
XY(Z) Piezo SystemPhysik InstrumenteP-545.3R7
100X Oil immersion objectiveOlympusUPLSAPO
QuadLine BeamsplitterAHF AnalysentechnikF68-556T
Cobolt Jive 150 laserCobolt0561-04-01-0150-300
Multimode FiberThorlabsUM22-600
iXON Ultra 897 EMCCD cameraAndorDU-897U-CS0-BV
Laser goniometerSLS SystemtechnikMark III
CF40 Cryo-compact circulatorJulabo9400340
Laser goniometer system ALV GmbHALV / CGS-8F
Multi-tau corretatorALV GmbHALV-7004
Light scattering electronicsALV GmbHALV / LSE 5004
Photon counting modulePerkinElmerSPCM-CD29692 units in pseudo cross-correlation mode
633 nm HeNe LaserJDS Uniphase1145P
F32 Refrigerated/heating circulatorJulabo9312632

References

  1. Pelton, R. Temperature-sensitive aqueous microgels. Adv. Colloid Interfac. 85, 1-33 (2000).
  2. Pich, A., Richtering, W. Microgels by Precipitation Polymerization: Synthesis, Characterization and Functionalization. Adv. Polym. Sci. 234, 1-37 (2010).
  3. Richtering, W. Responsive Emulsions Stabilized by Stimuli-Sensitive Microgels: Emulsions with Special Non-Pickering Properties. Langmuir. 28 (50), 17218-17229 (2012).
  4. Wiese, S., Spiess, A. C., Richtering, W. Microgel-Stabilized Smart Emulsions for Biocatalysis. Angew. Chem. Int. Edit. 52 (2), 576-579 (2012).
  5. Schmitt, V., Ravaine, V. Surface compaction versus stretching in Pickering emulsions stabilised by microgels. Curr. Opin. Colloid In. 18 (6), 532-541 (2013).
  6. Wellert, S., Richter, M., Hellweg, T., von Klitzing, ., R, Y., Hertle, Responsive Microgels at Surfaces and Interfaces. Z. Phys. Chem. 229 (7-8), 1-26 (2015).
  7. Li, Z., Harbottle, D., Pensini, E., Ngai, T., Richtering, W., Xu, Z. Fundamental Study of Emulsions Stabilized by Soft and Rigid Particles. Langmuir. 31 (23), 6282-6288 (2015).
  8. Deshmukh, O. S., van den Ende, D., Stuart, M. C., Mugele, F., Duits, M. H. G. Hard and soft colloids at fluid interfaces: Adsorption, interactions, assembly & rheology. Adv. Colloid Interfac. 222, 215-227 (2015).
  9. Serpe, M. J., Kim, J., Lyon, L. A. Colloidal Hydrogel Microlenses. Adv. Mater. 16 (2), 184-187 (2004).
  10. Schmidt, S., Zeiser, M., Hellweg, T., Duschl, C., Fery, A., Möhwald, H. Adhesion and Mechanical Properties of PNIPAM Microgel Films and Their Potential Use as Switchable Cell Culture Substrates. Adv. Func. Mater. 20 (19), 3235-3243 (2010).
  11. Xia, Y., He, X., et al. Thermoresponsive Microgel Films for Harvesting Cells and Cell Sheets. Biomacromolecules. 14 (10), 3615-3625 (2013).
  12. Guan, Y., Zhang, Y. PNIPAM microgels for biomedical applications: from dispersed particles to 3D assemblies. Soft Matter. 7 (14), 6375 (2011).
  13. Yunker, P. J., Chen, K., Gratale, M. D., Lohr, M. A., Still, T., Yodh, A. G. Physics in ordered and disordered colloidal matter composed of poly(N-isopropylacrylamide) microgel particles. Rep. Prog. Phys. 77 (5), 056601-056629 (2014).
  14. Lohr, M. A., Still, T., et al. Vibrational and structural signatures of the crossover between dense glassy and sparse gel-like attractive colloidal packings. Phys. Rev. E. 90 (6), 062305 (2014).
  15. Dreyfus, R., Xu, Y., Still, T., Hough, L. A., Yodh, A. G., Torquato, S. Diagnosing hyperuniformity in two-dimensional, disordered, jammed packings of soft spheres. Phys. Rev. E. 91 (1), 012302-012312 (2015).
  16. Kojima, H., Tanaka, F. Reentrant volume phase transition of cross-linked poly(N-isopropylacrylamide) gels in mixed solvents of water/methanol. Soft Matter. 8 (10), 3010-3011 (2012).
  17. Hofmann, C. H., Plamper, F. A., Scherzinger, C., Hietala, S., Richtering, W. Cononsolvency Revisited: Solvent Entrapment by N-Isopropylacrylamide and N, N-Diethylacrylamide Microgels in Different Water/Methanol Mixtures. Macromolecules. 46 (2), 523-532 (2013).
  18. Bischofberger, I., Calzolari, D. C. E., Trappe, V. Co-nonsolvency of PNiPAM at the transition between solvation mechanisms. Soft Matter. 10 (41), 8288-8295 (2014).
  19. Virtanen, O. L. J., Richtering, W. Kinetics and particle size control in non-stirred precipitation polymerization of N-isopropylacrylamide. Colloid Polym. Sci. 292 (8), 1743-1756 (2014).
  20. Virtanen, O. L. J., Ala-Mutka, H. M., Richtering, W. Can the Reaction Mechanism of Radical Solution Polymerization Explain the Microgel Final Particle Volume in Precipitation Polymerization of N-Isopropylacrylamide?. Macromol. Chem. Phys. 216 (13), 1431-1440 (2015).
  21. Glatter, O. A new method for the evaluation of small-angle scattering data. J. Appl. Crystallogr. 10 (5), 415-421 (1977).
  22. Svergun, D. I. Determination of the regularization parameter in indirect-transform methods using perceptual criteria. J. Appl. Crystallogr. 25 (4), 495-503 (1992).
  23. Glatter, O. Convolution Square Root of Band-Limited Symmetrical Functions and Its Application to Small-Angle Scattering Data. J. Appl. Crystallogr. 14, 101-108 (1981).
  24. Glatter, O., Hainisch, B. Improvements in Real-Space Deconvolution of Small-Angle Scattering Data. J. Appl. Crystallogr. 17, 435-441 (1984).
  25. Cheezum, M. K., Walker, W. F., Guilford, W. H. Quantitative Comparison of Algorithms for Tracking Single Fluorescent Particles. Biophys. J. 81 (4), 2378-2388 (2001).
  26. Wöll, D., Kölbl, C., Stempfle, B., Karrenbauer, A. A novel method for automatic single molecule tracking of blinking molecules at low intensities. Phys. Chem. Chem. Phys. 15 (17), 6196-6205 (2013).
  27. Saxton, M. J., Jacobson, K. Single-particle tracking: Applications to membrane dynamics. Annu. Rev. Bioph. Biom. 26, 373-399 (1997).
  28. Pusey, P. N., van Megen, W. Detection of small polydispersities by photon correlation spectroscopy. J. Chem. Phys. 80 (8), 3513 (1984).
  29. Stieger, M., Pedersen, J. S., Richtering, W., Lindner, P. Small-angle neutron scattering study of structural changes in temperature sensitive microgel colloids. J. Chem. Phys. 120 (13), 6197-6206 (2004).
  30. Wu, X., Pelton, R. H., Hamielec, A. E., Woods, D. R., McPhee, W. The kinetics of poly(N-isopropylacrylamide) microgel latex formation. Colloid Polym. Sci. 272, 467-477 (1994).
  31. Weeks, E. R., Weitz, D. A. Subdiffusion and the cage effect studied near the colloidal glass transition. Chem. Phys. 284 (1-2), 361-367 (2002).
  32. Ernst, D., Köhler, J., Weiss, M. Probing the type of anomalous diffusion with single-particle tracking. Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (17), 7686-7691 (2014).
  33. . FitIt! (Version 1.1.4) Available from: https://www.github.com/ovirtanen/fitit (2015)
  34. Provencher, S. W. A Constrained Regularization Method For Inverting Data Represented By A Linear Algebraic or Integral Equations. Comput. Phys. Commun. 27 (3), 213-227 (1982).
  35. Holtzer, L., Meckel, T., Schmidt, T. Nanometric three-dimensional tracking of individual quantum dots in cells. Appl. Phys. Lett. 90 (5), 053902-053904 (2007).
  36. Diezmann, A. V., Lee, M. Y., Lew, M. D., Moerner, W. E. Correcting field-dependent aberrations with nanoscale accuracy in three-dimensional single-molecule localization microscopy. Optica. 2 (11), 985-989 (2015).
  37. Lindner, P., Zemb, T. . Neutrons, X-rays and Light: Scattering Methods Applied to Soft Condensed Matter. , (2002).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

115 N isopropylacrylamide microgels

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved