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
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

פילמור ממטרים ללא עוררה מספק גישה אבי טיפוס ודגמים, לשחזור לסינתזה של פולי גירויים רגיש (-isopropylacrylamide N) microgels של התפלגות גודל הצרה. בסינתזה בפרוטוקול זה, אפיון פיזור אור ומעקב קרינת חלקיק בודד של microgels אלה או בהתקנה של מיקרוסקופיה רחב בתחום הם הפגינו.

Abstract

גירויים הרגיש פולי (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) יש microgels שונים יישומים מעשיים פוטנציאליים ושימושי מחקר בסיסי. בעבודה זו, אנו משתמשים חלקיק בודד מעקב microgels PNIPAM שכותרתו fluorescently של כחלון ראווה של גודל microgel כוונון ידי הליך פילמור ממטרים מהיר שאינו זז. גישה זו היא גם מתאימה prototyping קומפוזיציות ותנאי תגובה חדשות או עבור יישומים שאינם דורשים כמויות גדולות של מוצר. סינתזת Microgel, גודל חלקיקי קביעת מבנה ידי פיזור אור דינאמי וסטטי מפורט בפרוטוקול. הוא הראה כי התוספת של comonomers התפקודית יכולה להיות השפעה גדולה על התגרענות החלקיקים ומבנה. מעקב אחר חלקיקים יחידים על ידי מיקרוסקופ פלואורסצנטי רחב בתחום מאפשר חקירה של דיפוזיה של microgels נותב שכותרתו במטריצה ​​מרוכזת של microgels שאינה שכותרתו, מערכת שלא נחקרה בקלות על ידישיטות אחרות כגון פיזור אור דינאמי.

Introduction

גירויים רגיש פולי (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels 1,2 משכו עניין מתמשך במהלך שני העשורים האחרונים בשל הפוטנציאל שלהם ביישומים חכמים שונים. תרחישי שימוש הפגינו כוללים ייצוב תחליבים להחלפה 3-8, microlenses 9, מצעי תרבית תאים עבור תא קציר קל 10,11, ונושאות חכמות עבור תרכובות משקל מולקולריות נמוכות ביו אחר משתמשים 12. מנקודת מחקר בסיסי מבט חלקיקים אלה הוכחו להיות שימושי עבור חוקרת נושאים כמו אינטראקציות קולואידים 13-15 ואינטראקציות פולימר ממסים 16-18.

שימוש מוצלח microgels PNIPAM ונגזרותיהם בכל יישום נתון בדרך כלל דורש ידע על גודל החלקיקים הממוצע ורוחב של התפלגות גודל החלקיקים. לקבלת הפרשנות הנכונה של תוצאות הניסוי היו מעורבים מיקרו PNIPAMג'לים, מבנה החלקיקים, אשר יכול להיות מושפע comonomers פונקציונלי, צריך להיות ידוע. דינמי וסטטי פיזור אור (DLS ו SLS, בהתאמה), מתאימים באופן ייחודי עבור רכישת המידע הזה כי שיטות אלה הן מהירות יחסית וקלים לשימוש; והם לבדוק את תכונות החלקיקים הלא פולשני בסביבת מולדתם (פיזור). DLS ו SLS גם לאסוף נתונים ממספר עצום של חלקיקי הימנעות ההטיה נובעת גודל מדגם קטן, אופייני שיטות מיקרוסקופיה. לכן, המטרה הראשונה של עבודה זו היא להציג תרגול טוב לגבי אור פיזור עבור מתרגלים חדשים לאפיון קולואידים.

בדרך כלל, פילמור הממטרים מתבצע בקנה מידת מעבדתי ומציאת תנאי התגובה המתאימה חלקיקי נכסים ספציפיים יכולים להיות מייגעים ודורשים חזרות רבות של הסינתזה. בניגוד סינתזת קבוצה גדולה, פילמור משקעים שאינם עוררה 19,20 הוא arהליך apid שבו קבוצות של הרכב מגיב שונים ניתן polymerized חלקיקים בעלי תשואה זמנית של התפלגות גודל הצרה. פילמור סימולטני ממזער וריאצית ניסיוני תפוקה גדולה כלומר תנאי תגובה תקינים ניתן למצוא מהר עבור upscaling התגובה. לפיכך, המטרה השנייה שלנו היא להדגים את התועלת של פילמור משקעים שאינם זעה אב טיפוס ביישומים שאינם דורשים כמות גדולה של מוצר.

היבטים שונים של סינתזה ואפיון מתאחדים בדוגמה של יישום של microgels PNIPAM שכותרתו ניאון במחקר אינטראקציה קולואידים. כאן אנו משתמשים ביותר מעקב חלקיק יחיד מדויק לחקור את הדיפוזיה של microgels נותב שכותרתו פיזור microgels מטריקס ללא תווית על פני טווח הריכוז מטריקס רחב ולפתור את אפקט הכלוב פיזור colloidal מרוכז. מיקרוסקופ פלואורסצנטי רחב בתחום מתאים גם FOr למטרה זו כפי שהוא יכול לאפיין את ההתנהגות הספציפית של מולקולות נותבו כמה בין מספר רב של מינים שונים מטריקס הפוטנציאלי. זאת בניגוד לטכניקות כגון DLS, SLS ו rheology, אשר למדוד את התכונות ממוצעות האנסמבל של מערכות ולכן לא ניתן לפתור בעיה של מספר הקטן של חלקיקי בדיקה במערכת גדולה. יתר על כן, בדוגמא הספציפית הזו שיטות פיזור אור קונבנציונליות לא יכולות להיות מנוצלות גם בשל ריכוז חלקיקים גבוה, מה שמוביל פיזור מרובה חזק הפוסל כל ניתוח סטנדרטי. שימוש עיבוד נתונים אוטומטיים ושיטות סטטיסטיות לאפשר ניתוח של התנהגות מערכת הכוללת גם למעקב חלקיק בודד, כאשר בממוצע לכל מדגמים גדולים.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

1. סינתזה Microgel

הערה: N -isopropylacrylamide (NIPAM) היה recrystallized מ n-הקסאן. ריאגנטים אחרים שימשו קיבל.

  1. סינתזה יצווה קונבנציונלית של Microgels מטריקס midi (NIPAM)
    1. ממיסים 1.8 גרם NIPAM ו -24 מ"ג N, -bisacrylamide 'N (BIS) ב 245 מ"ל מסוננים (0.2 מיקרומטר תאית מחדש (RC) מסנן ממברנה) מים מזוקקים פעמיים בתוך 500 מ"ל שלוש-צוואר הבקבוק עגול התחתונה מצויד הקבל ריפלוקס, בוחש ו מחצו גומי.
    2. הכנס במד חום ומחט 120 מ"מ עבור תשומת החנקן דרך מחץ.
    3. מחממים את הפתרון 60 ° C, תוך כדי ערבוב. Deoxygenate את הפתרון על ידי טיהור עם חנקן במשך 40 דקות.
    4. במקביל להכין פתרון יוזם 155 persulfate אשלגן מ"ג (KPS) ב 5 מ"ל מים מסוננים פעמיים מזוקקים בועה הפתרון עם חנקן להסיר חמצן.
    5. מעבירים את 5 מ"ל KPS ים שלםolution בתוך מזרק חנקן שטף מצויד במחט 120 מ"מ.
    6. הרם את מחט החנקן מעל פני הפתרון בבקבוק השלושה הצוואר ולהוסיף פתרון KPS במהירות דרך מחצה הגומי לתוך הכור.
    7. תנו פילמור להמשיך במשך שעה 1 תחת זרם חנקן בחישה איטית ב 60 ° C.
    8. השתמש בנייר משפך ולסנן בוכנר לסנן פתרון התגובה החם כדי להשליך אגרגטים גדולים. תנו הפיזור להתקרר.
    9. צנטריפוגה redisperse הפיזור שלוש פעמים במשך 40 דקות ב 257,000 XG ולבסוף redisperse משקע בסכום מינימאלי אפשרי של מים מזוקקים כפולים. בדרך כלל זה 2-4 מ"ל.
    10. Lyophilize הפיזור לאחסון.
  2. סינתזה ללא בחש של שכותרתו fluorescently midi (NIPAM) Microgels
    1. לשקול 257.7 מ"ג NIPAM, 3.5 מ"ג BIS, ו -1.5 מ"ג methacryloxyethyl thiocarbamoyl B rhodamine (צבען) ב כלי זכוכית ולהוסיף 10 מ"ל של לזקק כפול מסונניםמי ed.
    2. Ultrasonicate הפתרון צבען מונומר במשך 15 דקות לפזר את הצבע במים.
    3. הכן את הפתרון אותו בלי לצבוע לתוך כלי זכוכית נפרדים.
    4. כן דילולים שונים של הפתרון מונומר עם הצבע באמצעות הפתרון מונומר בלי לצבוע לקבל סדרת ריכוז עם ריכוזי צבע שונים. בעבודה זו, להשתמש לצבוע בטווח הריכוז של 0.02-0.1 mmol / L.
    5. ממסי KPS 8.4 מ"ג ב 10 מ"ל מים מסוננים מזוקקים פעמים כדי לקבל את הפתרון היוזם.
    6. העבר 0.5 מ"ל של הסדרה ריכוז 0.5 מ"ל של הפתרון KPS לבדוק צינורות עם 10 מ"מ קוטר כדי להשיג את פתרונות התגובה האחרון ולאטום אותם עם septa גומי.
    7. מחמם באמבט שמן בתוך כלי זכוכית דופן כפולים מחובר circulator חימום עד 63 מעלות צלזיוס.
    8. Deoxygenize פתרונות התגובה על ידי טיהור עם חנקן דרך 120 מחט מ"מ עבור 20 דקות.
    9. הכנס את הצינורות לתוך afloating פלטפורמה לטבול פלטפורמת לאמבטיה שמן שחומם מראש. כוונו את הטמפרטורה ל -60 מעלות צלזיוס. בתחילה בטמפרטורה גבוהה באמבטיה היא הכרחית כמו הפתרונים בטמפרטורת החדר להתקרר באמבטיה. עבור כוונון גודל חלקיקי דיוק גבוה בקרת הטמפרטורה במהלך התגובה הראשונית צריכה להיות קפדן, בדרך כלל ± 0.1 מעלות צלזיוס.
    10. תן התגובה להמשיך במשך זמן מתאים. בדרך כלל 1 hr הוא מספיק.
    11. העברת צינורות התגובה במהירות בתנור על 60 מעלות צלזיוס ולשים טיפה אחת של פיזור חם ל -10 מ"ל מים מסוננים מזוקקים פעמיים שחומם מראש על הטמפרטורה המעבר לשלב נפח PNIPAM (VPTT, 32 -34 ° C) 1, לאפיון DLS ב במצב מכווץ.
    12. בואו שאר תפוצות להתקרר לטמפרטורת החדר ומעבירים אותם לתוך צינורות צנטריפוגות.
    13. צנטריפוגה הפתרון שלוש פעמים במשך 40 דקות ב 257,000 XG לדלל את microgels לבסוף ב 2 מ"ל מים מסוננים מזוקקים פעמיים FOr שימוש כחלקיקים נותב.

2. אפיון פיזור אור

  1. קביעת רדיוס הידרודינמית באותה מדינה קרסה על ידי פיזור אור דינאמי
    1. לשטוף cuvettes ומוצרי זכוכית עם אדי אצטון.
    2. מקצה 10 מיליליטר של מסוננים (למשל, 200 ננומטר או מסנן RC קטן) מים כפולים מזוקקים מעל PNIPAM VPTT.
    3. העבר טיפת פיזור חם המים המסוננים באמצעות מחט מחומם מראש (0.9 x 40 מ"מ) מזרק (1 מ"ל).
    4. למתן באמבטית משחק מדד goniometer DLS 50 ° C ולהעביר את המדגם כדי המכשיר בלי לתת לה להתקרר.
    5. מצא את זווית הפיזור הגדולה היכן שהעוצמת המפוזרת מספיקה כדי לרכוש correlogram ידי ביצוע מדידות בדיקה.
      1. הכנס קובט המדגם (שפופרת זכוכית בקוטר 10 מ"מ עם 1 מ"ל של פיזור החלקיקים). הזז את זרוע הגלאי לזווית פיזור קטנה (כאן 30 מעלות).
      2. בדוק את פרופיל קרן FOr מרובה פיזור: לא זוהר סביב הקורה הראשי, אין פיזור מרובה, וכו 'בדוק כי טווח הספירה מתאים למדידה בזווית הפיזור הנמוכה ביותר (כ 30 עד 600 kHz; בפינה ימנית עליונה של חלון התוכנה..)
      3. הזז את goniometer הזרוע לזווית פיזור הגבוהה ביותר (לבחור 120 ° כאן). בדוק כי קצב הספירה הוא עדיין גבוה מספיק כדי המדידה (בין 30 ל 600 kHz). אם העוצמה היא נמוכה מדי, להזיז את היד כדי להוריד את פיזור זווית.
    6. בדוק את הקורה חזותי מבעד לזכוכית אמבטית טולואן בזווית הפיזור הנמוכה ביותר, אם זוהר סביב קורה האירוע הוא ציין פיזור מרובה מתרחש. במקרה זה, להפחית את עוצמת הלייזר או להשתמש דילול גבוה.
    7. רוכש 20 correlograms בין המינימום וזווית פיזור מרבי (למשל, 30 ° - 140 °) עם זמן רכישת מינימום של 60 שניות. להגדיל את זמן רכישה עבור זוויות פיזור גדולות בעצמה חלשהבמידת הצורך.
  2. ניתוח נתונים 37
    1. חישוב פיזור בהירויות וקטור עבור זווית הפיזור פי figure-protocol-6839 שם, n הוא מקדם השבירה של פיזור, figure-protocol-6946 אורך הגל של לייזר בריק figure-protocol-7035 זווית הפיזור.
    2. במקרה תוכנת המדידה מספקת את פונקצית קורלציה העוצמת figure-protocol-7216 , ולהפוך אותה פונקצית קורלציה שדה חשמלית figure-protocol-7323 לפי figure-protocol-7393 . פָּרָמֶטֶר figure-protocol-7472 הוא פרמטר אינסטרומנטלי מעניין קשור למידה של קוהרנטיות מרחבית של אובת האור המפוזרתr שטח הגלאי.
    3. ביצוע ניתוח cumulant על ​​correlograms, כלומר, להתאים פולינום מסדר שני ללוגריתם של כל פונקצית קורלציה שדה חשמלי figure-protocol-7803 על ידי לא פחות מ ריבועים ליניארי. figure-protocol-7903 נראה כמו ליירט של בכושר הערך המדויק שלה הוא חסר חשיבות בגין לניתוח הנתונים. הגבל את ההתאמה לערך τ זמן השהיה משמעות, למשל, כך משרעת המתאם הוא 10 - 20% של המשרעת המקסימלית. המקדם של מונח הסדר הראשון הוא קצב הדעיכה הממוצעת של פונקצית קורלציה, figure-protocol-8227 .
    4. מצא את הערך הסביר ביותר מקדם הדיפוזיה הממוצע figure-protocol-8392 של חלקיקים על ידי ריבועים לפחות לינארית להתאים figure-protocol-8507 . אםfigure-protocol-8579 מול figure-protocol-8651 אינו מופיע ליניארי וללכת דרך הראשי בטווח הטעות, התפלגות גודל חלקיקים היא רדיוס רחב הידרודינמית יוגדר בצורה גרועה.
    5. חשב את רדיוס הידרודינמית ממוצע מהקשר סטוקס-איינשטיין figure-protocol-8936 , שם figure-protocol-9018 הוא מקדם בולצמן, figure-protocol-9103 הטמפרטורה המוחלטת ואת figure-protocol-9193 הצמיגות של הפיזור ב figure-protocol-9281 . הפץ את סטיית התקן של figure-protocol-9372 ל figure-protocol-9442 .
  3. קביעת מבנה החלקיקים ידי סטטי אור פיזור
    1. לשטוף cuvettes ומוצרי זכוכית עם אדי אצטון. השתמש 20 מ"מ קוטר או cuvettes הגדול כדי למזער את אפקט העדשה הגלילי.
    2. מסנן (מסנן RC 200 ננומטר או קטן) כ 20 מ"ל מים מזוקקים פעמיים בקבוקון זכוכית ולהעביר טיפת פיזור מטוהרים הבקבוקון. שטפו את המסנן עם 10 מ"ל מים לפני השימוש בו להכנת מדגם כדי להסיר זיהומים הנותרים מתהליך הייצור.
    3. בדוק מדגם נגד כל מקור אור סביבה. אם הגוון הכחול הוא ציין, המדגם הוא עשוי להיות מרוכז מדי. לדלל בהתאם.
    4. כן מדגם מי רקע ידי שטיפת קובט מספר פעמים עם מים מסוננים ואז למלא עד נפח דגימה מתאים, בהתאם קובט ואת מיקום הליזר במכשיר. הלייזר חייב לעבור דרך המדגם מבלי ומשתכר המניסקוס.
    5. כייל את instrumאף אוזן גרון באמצעות מדגם טולואן.
    6. מים מדודים פיזור (רקע) לאורך כל טווח זוויתי הזמין.
    7. למדוד את עוצמת הפיזור מן המדגם לאורך כל טווח זוויתי הזמין רצוי בכמה אורכי גל. דפוס הפיזור מנורמל עוצמת הפיזור קדימה ידוע בתור גורם הצורה.
    8. אם מבנה החלקיקים ידוע, משתמשים בביטוי הדגם המתאים לחשב בכושר העולמי על מערכי נתונים הנמדדים באורכי גל שונים.
    9. לשימוש מבנה חלקיקים ידוע הסדיר ישיר (כגון FitIt! 33) או הפכו עקיף כללי יותר התמרת 21,22 שגר בשיתוף עם deconvolution של פונקציית התפלגות מרחק זוג (רק עבור חלקיקים כדוריים) 23,24 לסיווג משוער של חלקיקים סוּג.
    10. במקרה השגרה ההולמת או היפוך מספקת אומדן של פונקצית התפלגות רדיוס חלקיק, לחשב את polydispersityמדד (סטיית התקן של ההתפלגות מחולק סטיית התקן שלו).

3. מעקב חלקיקים ידי מיקרוסקופ פלואורסצנטי-שדה רחב

הערה: חלקיקים Tracer מטריצה ​​של 465 ± 7 ננומטר 405 ± 7 ננומטר רדיוס הידרודינמית בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, בהתאמה, ששימשו למעקב החלקיקים.

  1. לדוגמא הכנה
    1. הכן פיזור microgel מטריקס מרוכז על ידי redispersing כמות ידועה של microgel ללא תווית lyophilized לסכום ידוע של מים מזוקקים כפול. הוספת נפח קטן של חלקיקים נותב שכותרתו.
    2. אשר את הריכוז microgel נותב המתאים המיקרוסקופ. הריכוז האופטימלי הוא פשרה בין רכישות סימולטני של המספר המרבי של מסילות רכבת, תוך הגברת הרגישות של ריכוז נותב נמוך מספיק כך שההסתברות כי מסלולי החלקיקים נותב לחצות במהלך הרכישה הינה זניחה.
    3. הכן תפוצות מרוכזות על ידי מתאדהמים בתנור. קביעת ריכוז במשקל על ידי השוואת המשקל של הפיזור למשקל המקורי של המדגם לפני האידוי.
  2. קליטת נתונים וניתוח
    1. השתמש עדשה אובייקטיבית מתאימה של ההגדלה הרצויה צמצם עבור עירור של הקליעים נותבים ואיסוף קרינה סימולטני מן המדגם. בעבודה זו, להשתמש עדשה אובייקטיבית טבילת שמן NA 100X / 1.3.
    2. הנח את תא לחות על שולחן xyz-piezo, אשר נכנס לתוך מיקרוסקופ מסחרי.
    3. כדי למנוע המדגם מפני התייבשות, במקום להחליק לכסות לנקות פלזמה לתוך תא לחות פיפטה 10 μl של פולי (NIPAM) הפיזור של הריכוז הרצוי על תלוש.
    4. בהתאם ספקטרום עירור ופליטה של ​​צבע פלואורסצנטי, שימוש בלייזר מתאים עירור ולהתאים את כוח לייזר כראוי. עוצמת צריכה להיות נמוכה מספיק כדי למנוע photobleaching מהיר של צבעים, אבלבמקביל חזק מספיק עבור מיצוב חלקיק יחיד מדויק (ראה להלן). בעבודה זו, להשתמש לייזר מצב מוצק 561 ננומטר שאוב דיודת ולשמור קבוע כוח לייזר ב -16 mW (בערך 0.5 כ"ס -2 ס"מ על מדגם) עבור כל המידות.
    5. כדי להשיג תאורת מדגם הומוגני, השתמש התקנת התאורה הקריטית המתואר כאן. לשם כך, כמה הליזר לתוך סיב multimode (NA 0.22 ± 0.02, קוטר ליבה 0.6 מ"מ), לנער את הסיבים באמצעות vortexer כדי כתמי ליזר הממוצעים החוצה ובזמן, ולהקרין הסיב בסופו לתוך המטוס המדגם.
    6. כייל את מרחק z מן ההשתקפות האחורית של להחליק את המכסה ולהתמקד כמה מיקרומטרים לתוך המדגם ידי הזזת המטרה מעט עד ולתקן את מיקום z באמצעות-מפצת z. זה ימנע תופעות ממשק עם coverslip.
    7. כוונו את הפרמטרים גלאי, כגון זמן חשיפה, לחוסנה של אותות הקרינה. במקרה זה, השתמש מצלמת EMCCDחשיפה עם זמן של 0.1 שניות, האלקטרון הכפלת מצב ורווח של 50.
    8. רוכש בכמה סרטים עם המספר המתאים של מסגרות להשיג זמן השהיה נאות לחישוב העקירה המרובעת הממוצעת של microgels באזורים שונים של המדגם. בעבודה זו, להשתמש במספרי מסגרת רכישה של 500 או 1,000 מסגרות.
    9. לנתח את הנתונים על ידי מיצוב החלקיקים בכל מסגרת באמצעות הולם גאוס 25 ולהשתמש אלגוריתם מעקב חלקיקים מתאימים 26 כדי להשיג את העקירה המרובעת הממוצעת. 27 חישוב מתכוונים ערכי סטיית התקן על ידי חישוב ממוצע על פני כל המסלולים בכל הסרטים. חישוב מקדמי דיפוזיה הרבה זמן בפיגור ידי רגרסיה ליניארית מ figure-protocol-15055 , איפה figure-protocol-15130 ההעתק המרובע הממוצע, D מקדם הדיפוזיה מתכוון τ זמן ההשהיה.
    10. EstImate γ פרמטר אנומליה מן המשוואה דיפוזיה אנומלית figure-protocol-15385 על ידי הפיכת נתוני סולם לוגריתמים, מניב figure-protocol-15493 . פרמטר אנומליה figure-protocol-15577 ניתן על ידי הנגזרת של העלילה. הנגזר יכול להיות מוערך על ידי הפרשים הסופיים של נקודות נתונים, או מודד את נקודות הנתונים על ידי פונקציות פולינום ומבדל אנליטית. לקבוע את המידה המספקת של הפונקציות בכושר פולינום ידי התוויית השאריות בכושר הנורמה שיורית להגדלת סדר פולינום.
    11. חזור על התהליך זהה עבור ריכוזים שונים של מטריצות microgel.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

תוצאות

מספר החלקיקים microgel PNIPAM האצווה, וכך נפח החלקיקים הסופי, נקבע בתחילת התגובה במהלך methacryloxyethyl לצבוע שיתוף מונומר הידרופובי התגרענות שלב 20 thiocarbamoyl B rhodamine משפיע על התגרענות ידי הקטנת צפיפות מספ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

תוספת של כמויות קטנות של comonomer התפקודית יכולה להיות השפעה משמעותית על גודל החלקיקים והמבנה של microgels נגזר PNIPAM. פילמור צינור בקנה המידה קטנה בדיקת סימולטני ה...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

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".

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

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,, Hertle, Y. 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. Virtanen, O. L. J. 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. Neutrons, X-rays and Light: Scattering Methods Applied to Soft Condensed Matter. Lindner, P., Zemb, T. , North Holland Delta Series. Amsterdam. (2002).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Explore More Articles

115N isopropylacrylamidemicrogels

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