توليف دوري البوليمرات وتوصيف تلك الحركة ناشر في الدولة تذوب في واحدة جزيء مستوى

Satoshi Habuchi; Takuya Yamamoto; Yasuyuki Tezuka

doi:10.3791/54503

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

Summary

ويرد بروتوكول لتركيب وتوصيف الحركة ناشر البوليمرات دوري على مستوى جزيء واحد.

Abstract

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single molecule level. An electrostatic self-assembly and covalent fixation (ESA-CF) process is used for the synthesis of the cyclic poly(tetrahydrofuran) (poly(THF)). The diffusive motion of individual cyclic polymer chains in a melt state is visualized using single molecule fluorescence imaging by incorporating a fluorophore unit in the cyclic chains. The diffusive motion of the chains is quantitatively characterized by means of a combination of mean-squared displacement (MSD) analysis and a cumulative distribution function (CDF) analysis. The cyclic polymer exhibits multiple-mode diffusion which is distinct from its linear counterpart. The results demonstrate that the diffusional heterogeneity of polymers that is often hidden behind ensemble averaging can be revealed by the efficient synthesis of the cyclic polymers using the ESA-CF process and the quantitative analysis of the diffusive motion at the single molecule level using the MSD and CDF analyses.

Introduction

Cyclic polymers are unique in that they do not have chain ends. They often exhibit unusual behaviors which is distinct from their linear counterpart, including increased thermal stability of polymer micelles by a linear-to-cyclic conversion,^1,2 and spatial organization of DNA in bacterial cells by a loop formation.³ Topological interactions between the cyclic chains are believed to be the critical factor for such unusual behaviors.^4,5 Therefore, characterizing the motion and relaxation of cyclic polymers under entangled conditions has been an important research topic in polymer science for decades.⁶

Cyclic polymer dynamics has been investigated using both synthetic and naturally occurring molecules by means of ensemble averaged experimental methods such as nuclear magnetic resonance (NMR), light scattering, and viscosity measurements.^7-9 However, these studies often suffer from impurity molecules in the samples.¹⁰ Furthermore, spatiotemporal heterogeneities of the motion of individual molecules caused by inherent structural heterogeneity of entangled polymers are often hidden behind the ensemble averaging in these studies. In order to characterize molecular level dynamics of cyclic polymers, a synthesis method that provides high purity cyclic polymers and an experimental and analysis methods that allow for quantitative characterization of molecular motion at the single molecule level have to be developed. Here, we will show a method to synthesize high-purity cyclic and dicyclic poly(THF)s that incorporate a fluorophore unit using an electrostatic self-assembly and covalent fixation (ESA-CF) process^11-13 and a method to analyze the motion of the individual fluorophore-incorporated polymer chains using a combination of mean-squared displacement (MSD) and cumulative distribution function (CDF) analyses.

A proper data processing has been shown to be essential for the accurate characterization of the diffusive motion. With an adequate MSD and CDF analyses, a multiple-mode diffusion of the cyclic and dicyclic polymers in the melt and semi-dilute solution of the linear polymer chains has been revealed,^14-16 suggesting the significant effects of the topological states of the polymers on the diffusive motion of the chains under entangled conditions.¹⁷ While the experimental and analytical approaches to characterize the motion of the cyclic polymers are described in this protocol, the same method can be used to quantitatively characterize the diffusive motion in many other heterogeneous systems. The approach would be especially suitable when multiple diffusion components existing in the samples are to be analyzed.

Protocol

1. توليف أحادي الوظيفة وBifunctional بولي (THF)

بولي أحادي الوظيفة (THF)
1. لهب تجف ذهابا وأسفل الرقبة 2 100 مل قارورة. فراغ وملء قارورة مع النيتروجين (3 دورات).
2. إضافة رباعي هيدرو الفوران المقطر (THF) (50 مل) إلى القارورة. وضع القارورة في حمام مائي عند 20 درجة مئوية، وتتوازن درجة الحرارة.
3. إضافة triflate الميثيل (0.5 مليمول) إلى قارورة من حقنة. يحرك الخليط لمدة 5-10 دقيقة عند 20 درجة مئوية.
4. إضافة N -phenyl بيروليدين (4-6 يعادل.) إلى قارورة من حقنة. يحرك الخليط لمدة 30-60 دقيقة.
5. تماما إزالة المذيب تحت ضغط منخفض (حوالي 100 عربة). حل هذه البقايا في 3-5 مل من الأسيتون. إضافة محلول الاسيتون إلى 300-500 مل ن -hexane. مرشح راسب وجففه تحت ضغط منخفض.
بولي Bifunctional (THF)
1. لهب تجف ذهابا وأسفل الرقبة 2 100 مل قارورة. فاcuum وملء قارورة مع النيتروجين (3 دورات).
2. إضافة THF المقطر (50 مل) إلى القارورة. وضع القارورة في حمام مائي عند 20 درجة مئوية، وتتوازن درجة الحرارة.
3. إضافة الخل triflic (0.3 مليمول) إلى قارورة من حقنة. يحرك الخليط لمدة 5-10 دقيقة عند 20 درجة مئوية.
4. إضافة N -phenyl بيروليدين (4-6 يعادل.) إلى قارورة من حقنة. يحرك الخليط لمدة 30-60 دقيقة.
5. تماما إزالة المذيب تحت ضغط منخفض (حوالي 100 عربة). حل هذه البقايا في 3-5 مل من الأسيتون. إضافة محلول الاسيتون إلى 300-500 مل ن -hexane. مرشح راسب وجففه تحت ضغط منخفض.

2. تجميع Perylene Diimide أدرجت نجوم 4-المسلحة و 8 على شكل ثنائي الحلقة بولي (THF)

مسلح نجم بولي (THF)
1. تبادل أيون
  1. حل perylene diimide tetracarboxylate ملح الصوديوم في الماء (10 ملغ / مل، 150 مل). تذوببولي أحادي الوظيفة (THF) في الأسيتون (160 ملغ / مل، 4 مل). إضافة قطرة قطرة محلول الأسيتون في محلول مائي أثار بقوة. جمع يعجل شكلت عن طريق الترشيح.
  2. كرر الإجراء أعلاه مع راسب تعافى (2.1.1.1) أربع مرات.
2. التساهمية التثبيت
  1. حل يعجل الحصول عليها في التولوين (5 ملغ / مل). ارتداد الحل لمدة 4 ساعة.
  2. تماما إزالة المذيب تحت ضغط منخفض (حوالي 100 عربة). تصفية بقايا من خلال المكونات من هلام السيليكا مع ن -hexane / الأسيتون (2/1 المجلد / المجلد). إضافة الحل في المياه المبردة الجليد (300-500 مل) لترسيب المنتج. جمع راسب عن طريق الترشيح.
ثنائي الحلقة 8 على شكل بولي (THF)
1. تبادل أيون
  1. حل perylene diimide tetracarboxylate ملح الصوديوم في الماء (6 ملغ / مل، 50 مل). حل بولي bifunctional (THF) (0.5 غرام) في 30-50 مل من الأسيتون. إضافة قطرة قطرة محلول الأسيتون في محلول مائي أثار بقوة في 0 درجة مئوية. جمع يعجل شكلت عن طريق الترشيح.
  2. كرر الإجراء أعلاه مع راسب تعافى (2.2.1.1).
2. التساهمية التثبيت
  1. حل يعجل الحصول عليها في التولوين (0.05 جم / لتر). ارتداد الحل لمدة 4 ساعة.
  2. تماما إزالة المذيب تحت ضغط منخفض (حوالي 100 عربة). إضافة التولوين حل جزئي لبقايا. إعادة يعجل إلى 300-500 مل ن -hexane.
  3. تصفية الرواسب تتشكل من خلال المكونات من هلام السيليكا مع ن -hexane / الأسيتون (2/1 المجلد / المجلد). إعادة يعجل إلى 300-500 مل من الماء.
  4. تنقية راسب التي شكلتها العمود اللوني ¹⁸ باستخدام هلام البوليسترين. وعلاوة على ذلك تنقية الناتج الخام بواسطة إعدادي الههلامي (المؤتمر الشعبي العام) ¹⁹ مع شاطف من CHCl ₃ إلى عينيتركات اوفه من خلال مراقبة معامل الانكسار (RI) وأجهزة الكشف عن الأشعة فوق البنفسجية.

3. جزيء واحدة الإسفار التصوير تجربة

إعداد عينة
1. تنظيف المجهر زلات غطاء
  1. مكان رقم 1.5 24 × 24 مم غطاء مجهر ينزلق في جرة تلطيخ.
  2. إضافة حل هيدريد 1 M البوتاسيوم (100 مل) في جرة ويصوتن لمدة 15 دقيقة. تخلصي من محلول هيدروكسيد البوتاسيوم عن طريق الترقيد وشطف زلات غطاء بالماء نقي للغاية لعدة مرات. إضافة الإيثانول الطيفية الصف (100 مل) في جرة ويصوتن لمدة 15 دقيقة.
  3. تخلصي من الإيثانول عن طريق الترقيد وشطف زلات غطاء بالماء نقي للغاية لعدة مرات. بعد صب قبالة المياه فائقة نقية عن طريق الترقيد، كرر الخطوة 3.1.1.2.
  4. إضافة الماء نقي للغاية إلى جرة ويصوتن لمدة 15 دقيقة. شطف زلات غطاء بالماء نقي للغاية لعدة مرات. اخراج زلات غطاء من جرة من ملاقط من البلاستيك وتجفيفها إما عن طريق الهواء الجاف أو النيتروجين الجاف.
2. إعداد عينات البوليمر تذوب ^14،15
  1. إضافة 100 ميكرولتر من بولي طردي غير المسمى (THF) في زجاجة وتسخينها إلى درجة حرارة أعلى من درجة انصهار (حوالي 25 درجة مئوية) باستخدام مجفف الشعر.
  2. حل البوليمر أدرجت fluorophore (خطي، نجمة 4 المسلحة، دوري، أو على شكل 8 ذو دورتين توليفها في 2.1 و 2.2) في الكلوروفورم (1 مل، 10 ^-6 م). إضافة 1 ميكرولتر من الحل إلى 100 ميكرولتر من ذوبان بولي طردي غير المسمى (THF).
  3. بعد خلط دقيق العينة مع طرف ماصة، تتبخر الكلوروفورم عن طريق تسخين العينة باستخدام مجفف.
    ملاحظة: هذا يوفر ذوبان بولي الخطي غير المسمى (THF) تحتوي على 10 ^-8 M من البوليمرات fluorophore يدمج.
  4. يستغرق 10 ميكرولتر من العينة باستخدام ماصة الصغيرة ودشرطة عمان السلطانية على زلة غطاء تنظيفها. وضع آخر زلة غطاء تنظيفها على عينة وساندويتش العينة بين اثنين من زلات الغطاء.
  5. اضغط على عينة بلطف باستخدام الملقط البلاستيك.
واسعة المجال الإعداد والتصوير مضان ¹⁵
1. مقدمة من ليزر الإثارة (488 نانومتر) في منفذ الخلفي للمجهر مقلوب
  1. إدراج مرشح الإثارة ممر الموجة والمستقطب في مسار الشعاع.
  2. توسيع شعاع لحوالي 1 سم في القطر من قبل المتوسع شعاع.
  3. اضافة الى وجود لوحة موجة الربع في مسار الشعاع. تعيين المحور البصري للوحة موجة في 45 درجة فيما يتعلق بذلك من المستقطب. بدلا من ذلك، اضافة الى وجود المعوض Berek وتعيين التأخير الضوئية لλ / 4.
  4. إدراج الحجاب الحاجز في طريق الإثارة شعاع لضبط حجم شعاع.
  5. وقبل أن أعرض على شعاع الليزر إلى ميناء الخلفي للmicrosco البصرية المقلوبالمؤسسة العامة، اضافة الى وجود عدسة التركيز (عدسة محدبة خطة، البعد البؤري ≈ 300 ملم) في موقف حيث موازى شعاع الليزر من العدسة الشيئية.
2. بعد تعكس شعاع الليزر باستخدام مرآة مزدوج اللون التي شنت على مكعب مرشح، وإدخال شعاع الليزر على عينة من خلال ارتفاع الفتحة العددية (NA) عدسة الهدف (على سبيل المثال، NA 1.3، 100X التكبير، الغمر النفط).
3. إرفاق سخان موضوعي للعدسة موضوعية وضبط درجة الحرارة إلى 30 درجة مئوية.
4. تركيب العينة على مرحلة من مراحل المجهر المقلوب
  1. قطرة قطرة واحدة من النفط الغمر على العدسة الشيئية وجبل العينة على الدولة المجهر.
  2. تأكد من أن سمك عينة من حوالي 10 ميكرون يتم الحصول عليها عن طريق التحقق من موقف محوري من السطح السفلي والعلوي من العينة.
  3. ضبط بؤرة المجهر لبضعة ميكرومتر فوق السطح السفلي من العينة.
5. الحصول على الاستقطاب دائري ضوء الإثارة تحت العدسة الشيئية
  1. إدراج المستقطب إلى شعاع الليزر موازى للخروج من العدسة الشيئية.
  2. تسجيل شدة الليزر التي تنتقل من خلال المستقطب عن طريق إدراج متر السلطة بعد المستقطب. تسجيل قوة الليزر التي تنتقل في زوايا الاستقطاب مختلفة عن طريق تدوير المستقطب.
  3. إذا كانت قوة الليزر التي تنتقل عن طريق ليست ثابتة في جميع الزوايا الاستقطاب، وتناوب قليلا لوحة موجة الربع أو Berek المعوض إدراجها في مسار الإثارة شعاع.
  4. يتم الحصول كرر الخطوة 3.2.5.2 و3.2.5.3 حتى قوة الليزر التي تنتقل عن طريق ثابتة في جميع الزوايا الاستقطاب. تأكد من أن الضوء المستقطب دائريا يتم الحصول على العينة.
6. إعداد EM (بضرب الإلكترون) -charge إلى جانب جهاز (CCD) الكاميرا
  1. إرفاق كاميرا EM-CCD الى ميناء جانب المجهر وتوصيله إلى tانه برنامج الحصول على الصور.
  2. إذا لزم الأمر، وتزامن تعرض الكاميرا إلى مفتاح ميكانيكي أو صوتية الضوئية تصفية الانضباطي إدراجها في مسار شعاع الإثارة عن طريق إرسال منطق الترانزستور الترانزستور (TTL) الإشارات التي تم إنشاؤها بواسطة كاميرا EM-CCD إلى الأجهزة. بدلا من ذلك، مزامنة تعرض الكاميرا لإخراج ليزر عن طريق إرسال الإشارات TTL التي تم إنشاؤها بواسطة كاميرا EM-CCD ليزر.
    ملاحظة: الخيار الأخير لا ينطبق إلا عندما ليزر الحالة الصلبة التي يمكن عن طريق التضمين إدخال منطق الترانزستور الترانزستور انتاج الطاقة يستخدم (TTL) إشارات للتجربة.
  3. تطبيق مكاسب EM (عادة حوالي 300) لاتفاقية مكافحة التصحر الكاميرا باستخدام برامج التحكم في الكاميرا من أجل الحصول على صورة مضان جودة عالية من fluorophore واحد.
  4. تحديد المنطقة ذات الاهتمام (ROI) (عادة 128 × 128 بكسل في مركز مجال الرؤية) باستخدام برنامج التحكم في الكاميرا.
    ملاحظة: هذا يسمح للimagiتجارب نانوغرام في معدلات الإطار من 100-200 هرتز في واسطة نقل الإطار، وهو مطلوب لتصور حركة سلاسل البوليمر أدرجت fluorophore في العينة ذوبان.
تشغيل التجربة
1. تحسين ظروف تجريبية
  1. ضبط المنطقة المضاءة من العينة إلى ما يقرب من 20 ميكرون في القطر استخدام الحجاب الحاجز إدراجها في مسار الإثارة شعاع.
  2. ضبط قوة الإثارة الليزر في العينة إلى 4-8 ميغاواط من خلال اختيار مرشح مناسب الكثافة المحايدة (ND) يدخل في مسار الإثارة شعاع يدويا.
    ملاحظة: هذا يوفر قوة الليزر يعني من 1-2 كيلو واط سم ^-2 في العينة.
  3. تسجيل صور مضان من العينة في معدلات الإطار من 100-200 هرتز. إذا كانت كثافة مضان الحصول عليها من البوليمرات أدرجت fluorophore الفردية منخفضة جدا، وزيادة تدريجيا قوة الإثارة باستخدام الالبريد ND فلتر حتى وصلت ما يقرب من 100 ميغاواط في العينة.
  4. إذا كانت جودة الصورة مضان جزيء واحد لا تزال غير مرضية، والتحقق من الشوائب مضان في العينة عن طريق تسجيل الصور مضان من ذوبان نقية من بولي غير المسمى (THF). في حال لوحظ مضان الخلفية عالية، واستخدام مختلف بولي غير المسمى (THF).
  5. إذا كانت كثافة بقعة مضان الحصول عليها من البوليمرات أدرجت fluorophore في ذوبان عالية جدا لعزلهم (هذا يسبب أخطاء في تحليل حركة ناشر) مكانيا، وانخفاض تركيز البوليمرات أدرجت fluorophore في العينة حتى مكانيا ويلاحظ بقع معزولة.
  6. إذا كانت كثافة بقعة مضان الحصول عليها من البوليمرات أدرجت fluorophore في ذوبان منخفضة جدا (وهذا يؤدي إلى سرعة منخفضة من تجربة التصوير)، وزيادة تركيز البوليمرات أدرجت fluorophore في العينة حتى على approprيتم التوصل إلى كثافة iate بقعة مضان.
  7. إذا هي واضحة في الصور مضان الحصول عليها من البوليمرات أدرجت fluorophore في الذوبان، وزيادة معدلات الإطار اكتساب التصوير.
    ملاحظة: هذا غالبا ما يتطلب العائد على الاستثمار أصغر، عادة 64 × 64 بكسل.
الحصول على الصور
1. مرة واحدة يتم تحسين ظروف تجريبية، وترك العينة التي شنت على المسرح المجهر لمدة ساعة بحيث تصل عينة شروط التوازن.
2. تسجيل 500 - 1000 صورة متواليات مضان من البوليمرات أدرجت fluorophore في حالة ذوبان في 100 - معدل الإطار هرتز 200. إذا كان تنسيق الملف الافتراضي ليست TIFF، تحويل جميع متواليات الصورة إلى تنسيق TIFF.

4. تحليل ناشر الحركة

متوسط-التربيعية النزوح (MSD) تحليل
1. اقتصاص صورة متواليات مضان في مثل هذه الطريقةأن كل تسلسل الصور يحتوي على نشرها، أدرجت fluorophore البوليمر باستخدام صورة برامج معالجة واحد، وركزت بشكل جيد، مثل يماغيج.
2. عندما تحتوي على تسلسل الصور المزروعة أكثر من 10 لقطة، وتقسيم تسلسل الصور في تسلسل متعددة مثل أن كل تسلسل يتكون من 10 لقطة.
3. تحديد مواقع الجزيئات في كل تسلسل الصور بدقة عن طريق تركيب جاوس ثنائي الأبعاد من الصور.
4. تحديد معامل الانتشار (D) من الجزيئات الفردية من النزوح (MSD) تحليل متوسط تربيع من مسارات نشر (أي المواقف التي تعتمد على الوقت من جزيء) باستخدام معادلة ²⁰
  
  حيث x و y _ط _ط هي مواقف جزيء في إطار الصورة ط، ن ويدل على رقم الإطار مع مرور الوقت Δt من إطار ط.
5. رسم معاملات نشر فيرسم بياني تردد.
  ملاحظة: عادة، يتم إنشاء رسم بياني من أكثر من 100 الجزيئات.
دالة التوزيع التراكمي (CDF) تحليل
ملاحظة: قوات الدفاع المدني، P (ص ^2، ط Δ ر) يتوافق مع الاحتمال التراكمي للعثور على جزيئات نشرها ضمن دائرة نصف قطرها ص من أصل بعد فترة زمنية معينة ط Δ ت.
1. حساب الإزاحة المربعة التي تحدث أثناء الفارق الزمني من 1Δt، 2Δt، ····، iΔt لجميع مسارات نشر الحصول عليها في 4.1.3.
  ملاحظة: هذه العمليات تعطي مجموع متر مربع _I-نزوح للمرة يتخلف من iΔt.
2. حساب الأرقام للنزوح مربع (ل _ط) من اجمالي مجموعة البيانات م _ط التي تكون أصغر من ص ² على مختلف ص ² القيم (0 ط مقابل ص ² قطع تتوافق مع قوات الدفاع المدني، P (ص ^2، iΔt).
تحليل التنمية الشاملة مع نماذج الانتشار متميزة
ملاحظة: يتم تجهيز التنمية الشاملة التي حصل عليها نماذج الانتشار متميزة. نموذج متجانس نشر، وسائط نشر المتعددة التي وصفت توزيع D من التمويه (نموذج جاوس واحد)، وسائط نشر المتعددة التي وصفت توزيع D من قبل العديد من التمويه (متعددة نموذج جاوس).
1. في نموذج نشر متجانسة، تحديد متوسط D عن طريق تركيب قوات الدفاع المدني باستخدام معادلة ²¹
  
  ملاحظة: أي انحراف عن هذه المعادلة تشير إلى انتشار غير متجانسة من الجزيء.
2. في نموذج جاوس واحد، وتحديد توزيع احتمال D التي وصفها التمويه (و (D)) من خلال تركيب CDF باستخدام ¹⁵
  ON3 "SRC =" / ملفات / ftp_upload / 54503 / 54503equation3.jpg "/>
  
  حيث أ، ث، د ₀ هي السعة، عرض، ومركز للتمويه.
3. في نموذج جاوس مزدوج، وتحديد التوزيع الاحتمالي لي مكون من D التي وصفها التمويه (و (D)) ^عشر من المناسب قوات الدفاع المدني باستخدام ¹⁴
  
  حيث A _ي هو جزء من كل مكون نشر، وα _ي، ث _ي، د ₀ _ي هي السعة، عرض، ومركز للي مكون من التمويه ^عشر.
حساب زعته احتمال نظرييسود تبادل لمعامل الانتشار
ملاحظة: التوزيعات الاحتمالية من D التي تحدث بسبب أخطاء إحصائية (ع (D) د D) وتحسب لنماذج الانتشار مختلفة؛ نموذج متجانس نشر، وسائط نشر المتعددة التي وصفت توزيع D من التمويه (نموذج جاوس واحد)، وسائط نشر المتعددة التي وصفت توزيع D من قبل العديد من التمويه (متعددة نموذج جاوس).
1. في نموذج نشر متجانسة، وحساب التوزيع الاحتمالي الإحصائي للD باستخدام معادلة ²²
  
  حيث N هو عدد نقاط البيانات في مسار نشر (N = 10، انظر 4.1.2)، D ₀ هو معامل متوسط الانتشار (التي يحددها التحليل قوات الدفاع المدني، انظر 4.2.3.1)، ودال هو الحصول تجريبيا معامل الانتشار لمسار فردي.
2. في الواحد نموذج نشر الضبابي، وحساب التوزيع الاحتمالي الإحصائي للD باستخدام معادلة ¹⁵
  
  حيث f (D) يدل على توزيع احتمال D يحددها التحليل قوات الدفاع المدني (انظر 4.2.3.2)، ودال ₀ هو معامل متوسط الانتشار (التي يحددها التحليل قوات الدفاع المدني، انظر 4.2.3.2).
3. في ضعف نموذج نشر الضبابي، وحساب التوزيع الاحتمالي الإحصائي للD باستخدام معادلة ¹⁴
  
  حيث f (D _ي) يدل التوزيع الاحتمالي للي مكون من D (D _ي) التي يحددها التحليل CDF ^عشر (انظر 4.2.3.3)، وD _0J هو معامل متوسط نشر من ي عنصر ^ال (يحددها الدفاع المدني تحليل، انظر 4.2.3.3).

النتائج

وperylene diimide-أدرجت نجوم 4-المسلحة و 8 على شكل بولي ثنائي الحلقة تم توليفها (THF) الصورة باستخدام كهرباء التجميع الذاتي وتثبيت التساهمية (ESA-CF) عملية (الشكل 1، الشكل 2). تم قياس الصور مضان جزيء واحد الوقت الفاصل بين ل4 المسلح (الشكل 3A)

Discussion

أعدت البوليمرات 4 المسلحة و 8 على شكل عبر بروتوكول ESA-CF (الشكل 1)، الذي هو خطوة حاسمة لتركيب. ^12،24 أحادي الوظيفة وbifunctional بولي الخطي (THF) الصورة مع مجموعات نهاية -phenylpiperidinium N كانت توليفها وفقا للإجراء السابق. وقد أجريت ¹¹ التبادل الأيوني بها reprecipitation...

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by a Grant-in-Aid for Scientific Research No. 22750122 (S.H.), No. 26288099 (T.Y.), and No. 23350050 (Y.T.) of the Japan Society for the Promotion of Science. S.H. is grateful for The Kurata Memorial Hitachi Science and Technology Foundation. The research reported in this publication was supported by the King Abdullah University of Science and Technology (S.H.).

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Materials
THF	Godo
Wakosil C-300	Wako Pure Chemical Industries
Acetone	Godo
Toluene	Godo
n-Hexane	Godo
CHCl₃	Kanto Chemical
Bio-Beads S-X1	Bio-Rad
Methyl triflate	Nacalai Tesque
Triflic anhydride	Nacalai Tesque
Potassium Hydroxide	Wako Pure Chemical Industries
Ethanol	Wako Pure Chemical Industries
Poly(tetrahydrofuran)	Aldrich
Chloroform	Wako Pure Chemical Industries
Immersion oil	Cargille	Type 37 / Type A
Equipment
2-Neck 100-ml round-bottom flask
Flask
Beaker
Funnel
Filter paper	Whatman
Reflux condenser
Syringe
Water bath
Magnetic stirrer
Rotary evaporator
Microscope cover slips (24 x 24 mm, No. 1)	Matsunami Glass	CO22241
Staining jar	AS ONE Corporation	1-7934-01
Ultrasonic cleaner	VWR International	142-0047
Inverted microscope	Olympus	IX71
Ar-Kr ion laser	Coherent	Innova 70C
Berek compensator	Newport	5540
Excitation filter	Semrock	LL01-488-12.5
Dichloric mirror	Omega optical	500DRLP
Emission filter	Semrock	BLP01-488R-25
Lens and mirror	Thorlabs
EM-CCD camera	Andor Technology	iXon
Objective lens (100X, N.A. = 1.3)	Olympus	UPLFLN 100XOP
Objective heater	Bioptechs
Preparative GPC	Japan Analytical Industry	LC-908

References

Honda, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y. Topology-Directed Control on Thermal Stability: Micelles Formed from Linear and Cyclized Amphiphilic Block Copolymers. J. Am. Chem. Soc. 132 (30), 10251-10253 (2010).
Honda, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y. Tuneable enhancement of the salt and thermal stability of polymeric micelles by cyclized amphiphiles. Nat. Commun. 4, (2013).
Jun, S., Mulder, B. Entropy-driven spatial organization of highly confined polymers: Lessons for the bacterial chromosome. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 103 (33), 12388-12393 (2006).
McLeish, T. Polymers without beginning or end. Science. 297 (5589), 2005-2006 (2002).
McLeish, T. Polymer dynamics: Floored by the rings. Nat. Mater. 7 (12), 933-935 (2008).
Roovers, J., Tezuka, Y. . Topological Polymer Chemistry: Progress of Cyclic Polymers in Syntheses, Properties and Functions. , 137-156 (2013).
Klein, J. Evidence for reptation in an entangled polymer melt. Nature. 271 (5641), 143-145 (1978).
Leger, L., Hervet, H., Rondelez, F. Reptation in entangled polymer-solutions by forced rayleigh light-scattering. Macromolecules. 14 (6), 1732-1738 (1981).
von Meerwall, E. D., Amis, E. J., Ferry, J. D. Self-diffusion in solutions of polystyrene in tetrahydrofuran - comparison of concentration dependences of the diffusion-coefficients of polymers, and a ternary probe component. Macromolecules. 18 (2), 260-266 (1985).
Kapnistos, M., et al. Unexpected power-law stress relaxation of entangled ring polymers. Nat. Mater. 7 (12), 997-1002 (2008).
Adachi, K., Takasugi, H., Tezuka, Y. Telechelics having unstrained cyclic ammonium salt groups for electrostatic polymer self-assembly and ring-emitting covalent fixation. Macromolecules. 39 (17), 5585-5588 (2006).
Oike, H., Imaizumi, H., Mouri, T., Yoshioka, Y., Uchibori, A., Tezuka, Y. Designing unusual polymer topologies by electrostatic self-assembly and covalent fixation. J. Am. Chem. Soc. 122 (40), 9592-9599 (2000).
Yamamoto, T., Tezuka, Y. Topological polymer chemistry: a cyclic approach toward novel polymer properties and functions. Polym. Chem. 2 (9), 1930-1941 (2011).
Habuchi, S., Fujiwara, S., Yamamoto, T., Tezuka, Y. Single-molecule imaging reveals topological isomer-dependent diffusion by 4-armed star and dicyclic 8-shaped polymers. Polym. Chem. 6 (22), 4109-4115 (2015).
Habuchi, S., Fujiwara, S., Yamamoto, T., Vacha, M., Tezuka, Y. Single-Molecule Study on Polymer Diffusion in a Melt State: Effect of Chain Topology. Anal. Chem. 85 (15), 7369-7376 (2013).
Habuchi, S., Satoh, N., Yamamoto, T., Tezuka, Y., Vacha, M. Multimode Diffusion of Ring Polymer Molecules Revealed by a Single-Molecule Study. Angew. Chem. Int. Ed. 49 (8), 1418-1421 (2010).
Habuchi, S., Tezuka, Y. . Topological Polymer Chemistry: Progress of Cyclic Polymers in Syntheses, Properties and Functions. , 265-290 (2013).
Fernandez, P., Bayona, J. M. Use of off-line gel-remeation chromatography normal-phase liquid-chromatography fro the determination of polycyclic aromatic-compounds in environmental-samples and standard reference materials (air particulate matter and marine sediment). J. Chromatogr. 625 (2), 141-149 (1992).
Biesenberger, J. A., Tan, M., Duvdevan, I., Maurer, T. Recycle gel permeation chromatography. 1. recycle principle and design. J. Polym. Sci. Pol. Lett. 9 (5), 353 (1971).
Kusumi, A., Sako, Y., Yamamoto, M. Confined lateral diffusion of membrane-receptors as studied by single-particle tracking (nanovid microscopy) - effects of calcium-induced differentiation in cultured epithelial-cells. Biophys. J. 65 (5), 2021-2040 (1993).
Schutz, G. J., Schindler, H., Schmidt, T. Single-molecule microscopy on model membranes reveals anomalous diffusion. Biophys. J. 73 (2), 1073-1080 (1997).
Vrljic, M., Nishimura, S. Y., Brasselet, S., Moerner, W. E., McConnell, H. M. Translational diffusion of individual class II MHC membrane proteins in cells. Biophys. J. 83 (5), 2681-2692 (2002).
Margineanu, A., et al. Photophysics of a water-soluble rylene dye: Comparison with other fluorescent molecules for biological applications. J. Phys. Chem. B. 108 (32), 12242-12251 (2004).
Tezuka, Y., Oike, H. Self-assembly and covalent fixation for topological polymer chemistry. Macromol. Rapid Commun. 22 (13), 1017-1029 (2001).
Deres, A., et al. The Origin of Heterogeneity of Polymer Dynamics near the Glass Temperature As Probed by Defocused Imaging. Macromolecules. 44 (24), 9703-9709 (2011).
Flier, B. M. I., et al. Heterogeneous Diffusion in Thin Polymer Films As Observed by High-Temperature Single-Molecule Fluorescence Microscopy. J. Am. Chem. Soc. 134 (1), 480-488 (2012).
Habuchi, S., Oba, T., Vacha, M. Multi-beam single-molecule defocused fluorescence imaging reveals local anisotropic nature of polymer thin films. Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (15), 6970-6976 (2011).
Zettl, U., et al. Self-Diffusion and Cooperative Diffusion in Semidilute Polymer Solutions As Measured by Fluorescence Correlation Spectroscopy. Macromolecules. 42 (24), 9537-9547 (2009).
Kirstein, J., Platschek, B., Jung, C., Brown, R., Bein, T., Brauchle, C. Exploration of nanostructured channel systems with single-molecule probes. Nat. Mater. 6 (4), 303-310 (2007).

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Explore More Articles

115

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated: