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

1. 마이크로 젤 합성 주 : N의 이소 프로필 아크릴 아미드 (NIPAM)을 n- 헥산으로부터 재결정 하였다. 수신과 같은 다른 시약을 사용 하였다. <ol><li> 폴리 (NIPAM) 매트릭스 마이크로 겔의 기존 배치 합성 <ol><li> 여과하고 245 ㎖에 1.8 g의 NIPAM 24 mg을 N, N &#39;-bisacrylamide (BIS)를 녹이고 (0.2 ㎛의 재생 셀룰로오스 (RC)의 멤브레인 필터) 환류 냉각기가 장착 된 500㎖의 3 구 둥근 바닥 플라스크에 증류수, 교반기, 고무 격막. </li><li> 온도계 및 격막을 통해 질소 입력 용 120mm 바늘을 삽입한다. </li><li> 교반하면서, 60 ° C에 대한 해결책을 가열한다. 40 분 동안 질소로 퍼지하여 탈산 소화 용액. </li><li> 동시에 산소를 제거 이중 증류수 버블을 상기 용액 중에 질소를 여과 5ml에 155 mg의 황산 칼륨 (KPS)의 개시제 용액을 제조 하였다. </li><li> 전체 5 ML의 KPS s의 전송120 밀리 바늘을 구비 한 질소 세척 주사기 olution. </li><li> 세 목 플라스크 내의 액면 위에 질소 바늘을 올리고 반응기에 고무 격막을 통해 빠르게 KPS 용액을 추가한다. </li><li> 중합은 60 ℃에서 질소 기류 천천히 교반하면서 1 시간 동안 진행하자. </li><li> 큰 응집체를 폐기하기 위해 뜨거운 반응 용액을 필터링 흐너 깔대기 및 필터 종이를 사용한다. 분산가 식을 때까지하자. </li><li> 원심 257,000 XG에 분산액을 40 분 동안 세 차례 재 분산 최종적 증류수 최소 가능한 양의 침전물을 재 분산하고. 일반적으로이 2-4 ml 인 것을. </li><li> 기억 분산액을 동결 건조. </li></ol></li><li> 형광 표지 된 폴리 (NIPAM) 미크로 겔의 비 교반 합성 <ol><li> 유리 용기에 257.7 mg을 NIPAM, 3.5 mg의 BIS, 1.5 mg을 메타 크릴 티오 카르 로다 민 B (염료)를 달아 여과 이중의 distill 10 ㎖를 추가에드 물. </li><li> 초음파 처리를 15 분 동안 염료 단량체 용액을 물에 염료를 용해. </li><li> 별도의 유리 용기에 염료없이 동일한 솔루션을 준비합니다. </li><li> 다양한 염료 농도 농도 시리즈를 얻기 위해 염료없이 단량체 수용액을 사용하여 염료 단량체 용액의 각종 희석 물을 준비한다. 본 연구에서는 0.02-0.1 밀리몰 / L의 농도 범위에서 염료를 사용합니다. </li><li> 개시제 용액을 얻기 위해 증류수를 필터링 10 ml의 8.4 mg을 KPS를 녹여. </li><li> 최종 반응 액을 얻었다 고무 격막으로 밀봉을 10mm 직경 튜브를 테스트 KPS 용액 0.5 농도 시리즈의 용액 0.5 mL로 옮긴다. </li><li> 63 ° C로 가열 순환기 접속 이중벽 유리 용기에 오일 욕 예열. </li><li> 20 분 동안 120mm 바늘을 통해 질소 정화하여 반응 액을 Deoxygenize. </li><li> AF에 튜브를 삽입플랫폼을 loating하고 예열 된 오일 배스로 플랫폼을 담그지. 60 ° C까지 온도를 설정합니다. 실온 솔루션은 욕조로 냉각 욕 초기에 더 높은 온도가 필요하다. 정밀 입도 조정에 대한 초기 반응시의 온도 제어는 일반적으로 0.1 ° C, ± 엄격한다. </li><li> 상기 반응은 적절한 시간 동안 진행하자. 일반적으로 1 시간은 충분하다. </li><li> 60 ° C의 오븐에 빠르게 반응 튜브로 이동하고에서 DLS 특성화, PNIPAM 체적 상전이 온도 (VPTT 32 -34 °의 C) 하나 이상 예열 증류수를 여과하고 10 ㎖로 열 분산 한 방울을 넣어 축소 된 상태입니다. </li><li> 분산액의 나머지 실온으로 식힌 원심 분리 튜브로 옮긴다. </li><li> 257,000 XG에서 용액을 40 분 동안 세 번 원심 분리기를 두 번 증류수 기용 필터 2 ㎖에 마지막으로 미크로 겔을 희석추적 입자로 r에 사용. </li></ol></li></ol> 2. 광 산란 특성 <ol><li> 동적 광산란으로 접힌 상태에서 유체 역학적 반경 결정 <ol><li> 큐벳을 세척하고 아세톤 증기로 유리 제품. </li><li> 열 PNIPAM VPTT상에서 여과 (예를 들어, 200 nm 이하 RC 필터) 증류수 10 ㎖. </li><li> 예열 된 바늘 (0.9 × 40 ㎜) 및 주사기 (1ml)에 사용하는 여과수에 고온 분산액의 저하를 옮긴다. </li><li> 50 ° C에 DLS의 고니 오 미터 인덱스 경기 목욕 성질하고 냉각 말도없이 악기의 샘플을 전송합니다. </li><li> 산란 강도의 테스트 측정들을 수행하여 correlogram를 획득하기에 충분한 최대 산란 각도를 찾는다. <ol><li> 샘플 큐벳 (입자 분산액 1 ㎖와 10mm 직경 유리 튜브)를 삽입한다. 작은 산란 각도 (여기에 30 °)에 검출기 팔을 이동합니다. </li><li> FO 빔 프로파일을 확인R 다중 산란 : 등 차 빔, 아니 다중 산란, 주위에 빛이 카운트 범위가 가장 낮은 산란 각도 측정에 적합 함을 확인 (약 30, 600 kHz의 사이에, 소프트웨어 창의 오른쪽 상단 모서리를..) </li><li> 가장 높은 산란 각도로 고니 오 미터 암을 이동 (120 ° 여기를 선택). 카운트 속도가 (30, 600 kHz의 사이에) 아직 측정을위한 충분 있는지 확인합니다. 강도가 너무 낮 으면, 산란 각 낮출 아암을 이동. </li></ol></li><li> 입사 빔의 주위에 빛을 다중 산란 관찰되는 경우 일어나는 가장 낮은 산란 각도에서 톨루엔 욕 유리를 통해 시각적으로 빔을 확인한다. 이 경우, 레이저 강도를 감소 시키거나 더 높은 희석을 사용한다. </li><li> 60 초의 최소 획득 시간 - (예를 들어 140 °, 30 °) 최소 및 최대 산란 각도는 20 상관 도표 획득. 약한 강도의 큰 산란 각도의 획득 시간을 증가필요하다면. </li></ol></li><li> 데이터 분석 (37) <ol><li> 에 따라 산란 각도 벡터의 크기를 산란 계산 <img alt="식 (2)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq2.jpg" /> n은 분산액의 굴절률이고, <img alt="식 (3)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq3.jpg" /> 진공에서 레이저의 파장 <img alt="식 (4)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq4.jpg" /> 산란 각도. </li><li> 경우에 측정 소프트웨어는 강도 상관 함수를 제공한다 <img alt="식 (5)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq5.jpg" /> 전계 상관 함수로 변환 <img alt="식 (6)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq6.jpg" /> 에 따라 <img alt="식 (7)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq7.jpg" /> . 매개 변수 <img alt="식 (8)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq8.jpg" /> 산란 된 빛을 비켜의 공간 간섭의 정도와 관련된 재미 쓸모있는 매개 변수입니다검출기 영역 r에. </li><li> 즉, 상관 도표에 cumulant 분석을 수행하여 각 전계 상관 함수의 대수로 2 차 다항식에 맞게 <img alt="식 (9)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq9.jpg" /> 선형 최소 제곱으로. <img alt="식 (8)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq8.jpg" /> 착용감의 차단으로 표시하고 그 정확한 값은 데이터 분석에 대하여 중요하다. 최대 진폭의 20 % - 상관 진폭이 10가되도록, 예를 들어 의미있는 지연 시간 τ 값에 맞추기를 제한한다. 1 차 항의 계수, 상관 함수의 평균 감소율 인 <img alt="식 (10)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq10.jpg" /> . </li><li> 평균 확산 계수에 대한 가능성이 가장 높은 값을 찾기 <img alt="식 (11)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq11.jpg" /> 선형 최소 제곱에 의한 입자에 맞게 <img alt="식 (12)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq12.jpg" /> . 만약<img alt="식 (10)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq10.jpg" /> 에 대하여 <img alt="식 (13)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq13.jpg" /> 선형 나타나는 에러 내에서 원점을 통과하지 않고, 입자 크기 분포는 광범위하고 유체 역학적 반경이 제대로 정의 될 것이다. </li><li> 스톡스 - 아인슈타인 관계로부터 평균 유체 역학적 반경을 계산 <img alt="식 (14)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq14.jpg" /> 여기서 <img alt="식 (15)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq15.jpg" /> 볼츠만 계수이며 <img alt="식 (16)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq16.jpg" /> 절대 온도 <img alt="식 (17)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq17.jpg" /> 분산액의 점도 <img alt="식 (16)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq16.jpg" /> . 표준 편차를 전파 <img alt="식 (11)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq11.jpg" /> 에 <img alt="식 (18)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq18.jpg" /> . </l난&gt; </ol></li><li> 정적 광산란에 의한 입자 구조 결정 <ol><li> 큐벳을 세척하고 아세톤 증기로 유리 제품. 원통형 렌즈 효과를 최소화 직경 20mm 이상인 큐벳을 사용한다. </li><li> 필터 (200 나노 RC 필터 이하) 유리 바이알에 증류수 약 20 ㎖의 바이알에 정제 된 분산액의 저하를 옮긴다. 제조 공정에서 남은 불순물을 제거하기 위해 샘플 제조에 사용하기 전에 물 10ml로 필터를 세척 하였다. </li><li> 모든 주변 광 소스에 대해 샘플을 확인합니다. 파란색 색상이 관찰되면, 시료는 지나치게 집중되기 쉽다. 이에 따라 희석. </li><li> 큐벳을 여과 물에 여러 번 세척하여 배경 물 샘플을 준비하고 큐벳 및 장비의 레이저 위치에 따라 적절한 샘플 량까지 입력합니다. 레이저는 메 니스 커스에서 굴절되지 않고 샘플을 통과해야합니다. </li><li> 기구도 교정엔트 톨루엔 샘플을 사용. </li><li> 사용 가능한 각도 범위에 걸쳐 물 산란 (배경)을 측정한다. </li><li> 바람직하게는 여러 파장에서 가능한 각도 범위에 걸쳐 시료에서 산란 강도를 측정한다. 순방향 산란 강도로 정규화 산란 패턴은 형태 인자로 알려져있다. </li><li> 입자 구조가 공지되어있는 경우, 서로 다른 파장에서 측정 한 데이터 집합에 맞는 전체를 계산하는 적절한 모델 식을 사용한다. </li><li> (예 FitIt! 33)에 직접 정규화 미지의 입자 구조를 이용하거나 일반적인 간접 역 푸리에 입자의 대략적인 분류 (단 구형 입자에 대한) 한 쌍의 거리 분포 함수의 컨벌루션 (23, 24)과 함께 21,22 루틴 변환 유형. </li><li> 경우에 피팅 또는 반전 루틴 분산도를 계산, 입자 반경 분포 함수의 추정치를 제공한다지수 (그것의 평균으로 나눈 분포의 표준 편차). </li></ol></li></ol> 넓은 필드 형광 현미경 3. 입자 추적 참고 : 20 ° C에서 465 ± 7 405 ± nm 내지 7 nm의 수력 학적 반경의 트레이서 매트릭스 입자들은 각각의 입자 추적 하였다. <ol><li> 샘플 준비 <ol><li> 이중 증류수 알려진 양 동결 건조 된 레이블이없는 마이크로 겔의 알려진 양을 재 분산하여 농축 된 매트릭스 마이크로 젤 분산을 준비합니다. 라벨 추적 입자의 작은 볼륨을 추가합니다. </li><li> 현미경에서 적절한 추적 마이크로 겔 농도를 확인합니다. 트레이서 입자 트랙 취득 중에 교차 확률을 무시할 수 있도록 충분히 낮은 추적자의 농도를 갖는 반면, 최적의 농도는, 트랙의 최대 수의 동시 획득 절충이다. </li><li> 증발에 의해 농축 분산을 준비오븐에 물. 증착하기 전에 샘플의 원래 중량을 분산액의 중량과 비교하여 중량 농도를 결정한다. </li></ol></li><li> 데이터 수집 및 분석 <ol><li> 원하는 배율의 적절한 대물 렌즈를 사용하여 샘​​플에서 추적자의 여기 및 동시 형광 수집을 위해 조리개. 이 작품에서, 100X / 1.3 NA 오일 침지 대물 렌즈를 사용합니다. </li><li> 상업 현미경에 맞는 XYZ-압전 테이블에 수분 챔버를 놓습니다. </li><li> 건조에서 샘플을 방지하기 위해, 슬립에 원하는 농도의 수분 챔버 및 폴리 (NIPAM)의 피펫 10 μl의 분산에 플라즈마 세정 커버 슬립을 배치합니다. </li><li> 형광 염료의 여기 및 발광 스펙트럼에 따라, 여기에 적합한 레이저를 사용하여 적절한 레이저 파워를 조정한다. 강도는 염료의 빠른 광표백을 방지하기에 충분히 낮게,하지만에 있어야정확한 단일 입자의 위치에 대해 충분히 강한 같은 시간 (아래 참조). 본 연구에서는, 561 nm의 다이오드 펌핑 고체 레이저를 사용하고 모든 측정에서 16 mW의 (약 0.5 킬로와트 cm -2 시료에서)을 레이저 파워를 일정하게 유지한다. </li><li> 균일 한 샘플 조명을 얻으려면 여기에 설명 된 중요한 조명 설정을 사용합니다. 이를 위해 부부는 다중 모드 광섬유에 레이저 (NA 0.22 ± 0.02, 0.6 mm 코어 직경), 위해 밖으로 시간적으로 평균 레이저 얼룩을 vortexer를를 사용하여 섬유를 흔들 및 섬유 샘플 비행기에 종료 전망이다. </li><li> 커버 슬립의 후면 반사로부터의 거리 Z를 보정하고 살짝 대물 이동하여 샘플에 수 ㎛ 초점 및 Z-보상기를 사용하여 Z 축 위치를 고정한다. 이 coverslip에있는 모든 인터페이스 효과를 방지 할 수 있습니다. </li><li> 형광 신호의 세기로, 예컨대 노광 시간으로 검출 파라미터를 조정한다. 이 경우, EMCCD 카메라를 사용0.1 초의 노출 시간, 전자는 모드 (50)의 이득을 승산. </li><li> 샘플의 상이한 영역에서 마이크로 겔의 평균 제곱 변위를 계산하기 위해 적절한 지연 시간을 얻기 위해 프레임의 적절한 수의 여러 동영상을 획득. 본 연구에서는 500 또는 1,000 프레임의 취득 프레임 번호를 사용합니다. </li><li> 가우시안 피팅 (25)을 이용하여 각각의 프레임에서의 입자의 위치에 의해 데이터를 분석하고, 평균 제곱 변위를 얻기 위해 적당한 입자 추적 알고리즘 (26)을 사용한다. (27) 계산은 모든 영화의 모든 트랙에 걸쳐 평균 한 값과 표준 편차를 의미한다. 의 선형 회귀에 의해 긴 지연 시간의 확산 계수를 계산 <img alt="식 (19)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq19.jpg" /> 여기서 <img alt="식 (20)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq20.jpg" /> 평균 제곱 변위 D의 평균 확산 계수이고, 지연 시간 τ. </li><li> 예상변칙 확산 방정식에서 이상 매개 변수 γ를으로 iMate <img alt="식 (21)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq21.jpg" /> 대수 스케일의 데이터를 변환하여 수득 <img alt="식 (22)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq22.jpg" /> . 비정상 매개 변수 <img alt="식 (23)" src="/files/ftp_upload/54419/54419eq23.jpg" /> 플롯의 파생 상품으로 주어진다. 유도체는 다항 함수에 의해 데이터 포인트 피팅 분석적 미분 데이터 포인트의 유한 차에 의해 추정하거나 할 수있다. 다항식 차수를 증가 맞는 잔차 잔류 규범 플로팅하여 다항식 피팅 함수의 충분한 정도를 결정한다. </li><li> 미크로 겔 매트릭스의 상이한 농도에 대해 동일한 절차를 반복한다. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

기능 공 단량체의 소량 첨가는 PNIPAM 유래 마이크로 겔의 입자 크기 및 구조에 상당한 영향을 미칠 수있다. 동시 소규모 시험관 중합 이러한 변화를 설명하는 좋은 방법이다 빠르게 필요한 반응을 업 스케일링 할 대상 입자 직경에 적합한 반응물 조성물를 찾는 것을 돕는다. 입자의 질량은 대략 같은 KPS 같은 열 개시제를 분해 중합 온?...

자극에 민감한 폴리 (N의 이소 프로필 아크릴 아미드) (PNIPAM) 미크로 겔 1,2 인해 다양한 스마트 응용 프로그램에서 자신의 잠재력을 지난 20 년 동안 지속적으로 관심을 받고있다. 입증 된 사용 사례 전환 유화 안정제 3-8, 마이크로 렌즈 (9), 쉽게 휴대 수확 10, 11에 대한 세포 배양 기판 및 저 분자량 화합물의 스마트 사업자 및 다른 생물 의학 12을 사용합니다 포함한다. 보기의 기초 연구의 관점에서 이들 입자는 콜로이드 작용 13-15 중합체 - 용매 상호 작용 16-18으로 피사체를 조사에 유용한 것으로 입증되었다. 임의의 주어진 응용에서 PNIPAM 미크로 겔 및 그 유도체의 성공적인 사용은 일반적으로 입도 분포의 평균 입자 직경 및 폭에 대한 지식을 필요로한다. PNIPAM 마이크로 관련된 실험 결과의 올바른 해석겔은 기능적 공 단량체에 의해 영향을받을 수있는 입자 구조가 공지되어야한다. 동적 및 정적 광산란 (DLS 각각 SLS는) 이러한 방법은 빠르고 상대적으로 사용하기 쉽기 때문에,이 정보를 취득 독특하게 적합하다; 그리고 그들은 그 나라의 환경 (분산)에 비 침습적 입자 특성을 조사. DLS와 SLS는 현미경 방법에 대한 전형적인 작은 샘플 크기에서 발생하는 편견을 피하는 입자의 수​​많은 데이터를 수집합니다. 따라서,이 작품의 첫 번째 목표는 콜로이드 특성에 새로운 실무자에 대한 광산란에 대한 좋은 습관을 소개하는 것입니다. 일반적으로, 침전 중합은 실험실 규모에서 수행 특정 입자의 특성이 힘든하고 합성의 많은 반복을 필요로 할 수 있습니다에 대한 올바른 반응 조건을 찾아 내고있다. 대규모 일괄 합성 대조적으로, 비 - 교반 침전 중합 19,20 AR은APID 절차는 상이한 반응 조성물의 배치는 좁은 크기 분포를 동시에 항복 입자를 중합 할 수있다. 동시 중합 실험적 변이를 최소화하고 큰 출력이 바로 반응 조건은 반응을 업 스케일링 빠른 발견 될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 두 번째 목적은 프로토 타입의 제품의 대량을 요구하지 않는 애플리케이션에 비 교반 침전 중합 반응의 유용성을 입증하는 것이다. 합성 및 특성의 다른 측면은 콜로이드의 상호 작용 연구에 형광 표지 된 PNIPAM 미크로 겔의 응용 프로그램의 예와 함께. 여기에서 우리는 다양한 기질 농도 범위 레이블이없는 매트릭스 마이크로 겔의 분산에 표시된 추적 마이크로 겔의 확산을 조사하고 농축 된 콜로이드 분산 케이지 효과를 해결하기 위해 매우 정확한 단일 입자 추적을 사용합니다. 와이드 필드 형광 현미경 잘 fo를 적합연구 그것으로이 목적은 잠재적으로 다른 매트릭스 종의 큰 숫자 사이에 몇 추적 분자의 특정 동작을 특성화 할 수 있습니다. 이것은 많은 시스템에서 프로브 입자의 적은 수의 동작을 확인할 수 있으므로 시스템의 앙상블 평균 특성을 측정 및 DLS, SLS 및 유변학 같은 기법과는 대조적이다. 또한, 이러한 특정 실시 예에서, 종래의 광산란 방식으로 인해 표준 분석을 무효화 강한 다중 산란에 이르게 높은 입자 농도로도 이용 될 수 없다. 자동화 된 데이터 처리 및 통계 방법의 사용은 큰 샘플 크기에 대해 평균 단일 입자 추적을위한 전반적인 시스템 동작의 분석을 가능하게한다.

<table><tbody><tr><td>Acetone</td><td>VWR Chemicals</td><td>KRAF13455</td><td></td></tr><tr><td>Bisacrylamid</td><td>AppliChem</td><td>A3636</td><td></td></tr><tr><td>n-Hexane</td><td>Merck</td><td>104374</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;N&lt;/em&gt;-Isopropylacrylamide</td><td>Fisher Scientific</td><td>AC412785000</td><td>recrystallized from n-hexane</td></tr><tr><td>Methacryloxyethyl thiocarbamoyl rhodamine B</td><td>Polysciences</td><td>23591</td><td></td></tr><tr><td>Potassium peroxodisulfate</td><td>Merck</td><td>105091</td><td></td></tr><tr><td>Silicone oil 47 V 350</td><td>VWR Chemicals</td><td>83851</td><td></td></tr><tr><td>Toluene</td><td>Sigma Aldrich</td><td>244511</td><td></td></tr><tr><td>F12 Refrigerated/heating circulator</td><td>Julabo</td><td>9116612</td><td></td></tr><tr><td>Microscope</td><td>Olympus</td><td>IX83</td><td></td></tr><tr><td>XY(Z) Piezo System</td><td>Physik Instrumente</td><td>P-545.3R7</td><td></td></tr><tr><td>100X Oil immersion objective</td><td>Olympus</td><td>UPLSAPO</td><td></td></tr><tr><td>QuadLine Beamsplitter</td><td>AHF Analysentechnik</td><td>F68-556T</td><td></td></tr><tr><td>Cobolt Jive 150 laser</td><td>Cobolt</td><td>0561-04-01-0150-300</td><td></td></tr><tr><td>Multimode Fiber</td><td>Thorlabs</td><td>UM22-600</td><td></td></tr><tr><td>iXON Ultra 897 EMCCD camera</td><td>Andor</td><td>DU-897U-CS0-BV</td><td></td></tr><tr><td>Laser goniometer</td><td>SLS Systemtechnik</td><td>Mark III</td><td></td></tr><tr><td>CF40 Cryo-compact circulator</td><td>Julabo</td><td>9400340</td><td></td></tr><tr><td>Laser goniometer system&amp;nbsp;</td><td>ALV GmbH</td><td>ALV / CGS-8F</td><td></td></tr><tr><td>Multi-tau corretator</td><td>ALV GmbH</td><td>ALV-7004</td><td></td></tr><tr><td>Light scattering electronics</td><td>ALV GmbH</td><td>ALV / LSE 5004</td><td></td></tr><tr><td>Photon counting module</td><td>PerkinElmer</td><td>SPCM-CD2969</td><td>2 units in pseudo cross-correlation mode</td></tr><tr><td>633 nm HeNe Laser</td><td>JDS Uniphase</td><td>1145P</td><td></td></tr><tr><td>F32 Refrigerated/heating circulator</td><td>Julabo</td><td>9312632</td><td></td></tr></tbody></table>

controlled synthesis and fluorescence tracking of highly uniform poly(n-isopropylacrylamide) microgels

자극에 민감한 폴리 (N의 이소 프로필 아크릴 아미드가) (PNIPAM) 미크로 겔은 다양한 미래의 실용적인 응용 프로그램을 가지고 기초 연구에 사용합니다. 이 작품에서 우리는 빠른 비 교반 침전 중합 절차에 의해 조정 마이크로 겔의 크기 쇼케이스 등의 형광 표지 PNIPAM 미크로 겔을 추적하는 하나의 입자를 사용합니다. 이 방법은 새로운 반응 조성물 및 조건을 프로토 타입이나 제품의 많은 양을 필요로하지 않는 애플리케이션에 적합하다. 동적 및 정적 광산란에 의해 마이크로 겔의 합성, 입자 크기 및 구조 결정 프로토콜에 자세히 설명되어 있습니다. 이 기능 공 단량체의 첨가는 입자의 핵 생성과 구조에 큰 영향을 미칠 수 있음을 나타낸다. 넓은 필드 형광 현미경에 의한 단일 입자 추적 비 표지 미크로 겔의 집중 매트릭스에 표시 추적 마이크로 겔의 확산의 조사를 허용, 시스템이 쉽게 의해 조사되지동적 광 산란과 같은 다른 방법에 관한 것이다.

일괄 처리 PNIPAM 미크로 겔 입자의 수, 따라서 최종 입자 부피, 티오 카르 바 모일 로다 민 B는 배치 내의 입자 수 농도를 감소시킴으로써 핵 영향 핵화 단계 20 소수성 공 단량체 염료 메타 크릴 초기의 반응으로 결정된다. 개의 상이한 초기 NIPAM 농도에 대한 입자 농도의 감소는도 1에 도시 된 증가 염료 농도...

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Controlled Synthesis and Fluorescence Tracking of Highly Uniform PolyN-isopropylacrylamide Microgels

비 교반 침전 중합 자극 성 폴리 (N- 이소 프로필 아크릴 아미드의) 좁은 크기 분포의 마이크로 겔의 합성에 대한 빠르고 재현성있는 조형 방법을 제공한다. 이 프로토콜 합성에서, 광 산란 특성과 넓은 필드 현미경 설정에서 이러한 마이크로 겔의 단일 입자의 형광 추적 증명된다.

제어 합성 및 매우 균일 한 폴리 형광 추적 (<em&gt; N</em&gt; 이소 프로필 아크릴 아미드) 미크로 겔

Stimuli-sensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels have various prospective practical applications and uses in fundamental research. In this ...

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Research

JoVE Journal

Chemistry

Controlled Synthesis and Fluorescence Tracking of Highly Uniform Poly(N-isopropylacrylamide) Microgels

10.2K 조회수.  RWTH Aachen University.  비 교반 침전 중합 자극 성 폴리 (N- 이소 프로필 아크릴 아미드의) 좁은 크기 분포의 마이크로 겔의 합성에 대한 빠르고 재현성있는 조형 방법을 제공한다. 이 프로토콜 합성에서, 광 산란 특성과 넓은 필드 현미경 설정에서 이러한 마이크로 겔의 단일 입자의 형광 추적 증명된다. 

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Synthesis of Poly(N-isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability

Janus microparticles are compartmentalized particles with differing molecular structures and/or functionality on each of their two sides. Because of this unique property, Janus microparticles have been recognized as a new class of materials, thereby attracting a great deal of attention from various research fields. The versatility of these microparticles has been exemplified through their uses as building blocks for self-assembly, electrically responsive actuators, emulsifiers for painting and cosmetics, and carriers for drug delivery. This study introduces a detailed protocol that explicitly describes a synthetic method for designing novel Janus microhydrogels composed of a single base material, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm). Janus microdroplets are firstly generated via a hydrodynamic focusing microfluidic device (HFMD) based on the separation of a supersaturated aqueous NIPAAm monomer solution and subsequently polymerized through exposure to UV irradiation. The resulting Janus microhydrogels were found to be entirely composed of the same base material, featured an easily identifiable compartmentalized morphology, and exhibited anisotropic thermo-responsiveness and organophilic/hydrophilic loading capability. We believe that the proposed method introduces a novel hydrogel platform with the potential for advanced synthesis of multi-functional Janus microhydrogels.

Synthesis of PolyN-isopropylacrylamide Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability

We present a protocol to synthesize Janus microhydrogels composed entirely of the same base material, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), with a clearly compartmentalized structure base on the phase separation of a supersaturated NIPAAm monomer solution. The synthesized Janus microhydrogels show unique properties such as anisotropic thermo-responsiveness and organophilic/hydrophilic loading capability.

폴리의 합성 (<em&gt; N</em&gt; 이소 프로필 아크릴 아미드) 이방성 열 응답 성 및 유기화 / 친수성로드 기능에 대한 야누스 Microhydrogels

Janus microparticles are compartmentalized particles with differing molecular structures and/or functionality on each of their two sides. Because of this ...

연구

화학

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

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.

A protocol for the synthesis and characterization of diffusive motion of cyclic polymers at the single molecule level is presented.

단일 분자 수준에서 순환 고분자의 합성 및 용융 상태에서 그들의 확산 운동의 특성

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 ...

Characteristics of Precipitation-formed Polyethylene Glycol Microgels Are Controlled by Molecular Weight of Reactants

This work describes the formation of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels via a photopolymerized precipitation reaction. Precipitation reactions offer several advantages over traditional microsphere fabrication techniques. Contrary to emulsion, suspension, and dispersion techniques, microgels formed by precipitation are of uniform shape and size, i.e.&#160;low polydispersity index, without the use of organic solvents or stabilizers. The mild conditions of the precipitation reaction, customizable properties of the microgels, and low viscosity for injections make them applicable for in vivo purposes. Unlike other fabrication techniques, microgel characteristics can be modified by changing the starting polymer molecular weight. Increasing the starting PEG molecular weight increased microgel diameter and swelling ratio. Further modifications are suggested such as encapsulating molecules during microgel crosslinking. Simple adaptations to the PEG microgel building blocks are explored for future applications of microgels as drug delivery vehicles and tissue engineering scaffolds.

This work describes the formation of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels via a photopolymerized precipitation reaction. Increasing the PEG molecular weight increased microgel diameter and swelling ratio. Simple adaptations to the PEG microgel precipitation reaction are explored for future applications of microgels as drug delivery vehicles and tissue engineering scaffolds.

This work describes the formation of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels via a photopolymerized precipitation reaction. Precipitation reactions offer ...

생체공학

A High-throughput Cell Microarray Platform for Correlative Analysis of Cell Differentiation and Traction Forces

Microfabricated cellular microarrays, which consist of contact-printed combinations of biomolecules on an elastic hydrogel surface, provide a tightly controlled, high-throughput engineered system for measuring the impact of arrayed biochemical signals on cell differentiation. Recent efforts using cell microarrays have demonstrated their utility for combinatorial studies in which many microenvironmental factors are presented in parallel. However, these efforts have focused primarily on investigating the effects of biochemical cues on cell responses. Here, we present a cell microarray platform with tunable material properties for evaluating both cell differentiation by immunofluorescence and biomechanical cell&#8211;substrate interactions by traction force microscopy. To do so, we have developed two different formats utilizing polyacrylamide hydrogels of varying Young&#39;s modulus fabricated on either microscope slides or glass-bottom Petri dishes. We provide best practices and troubleshooting for the fabrication of microarrays on these hydrogel substrates, the subsequent cell culture on microarrays, and the acquisition of data. This platform is well-suited for use in investigations of biological processes for which both biochemical (e.g., extracellular matrix composition) and biophysical (e.g., substrate stiffness) cues may play significant, intersecting roles.

Cell differentiation is regulated by a host of microenvironmental factors, including both matrix composition and substrate material properties. We describe here a technique utilizing cell microarrays in conjunction with traction force microscopy to evaluate both cell differentiation and biomechanical cell&#8211;substrate interactions as a function of microenvironmental context.

세포 분화 및 견인 힘의 상관 관계 분석을위한 높은 처리량 세포 마이크로 어레이 플랫폼

Microfabricated cellular microarrays, which consist of contact-printed combinations of biomolecules on an elastic hydrogel surface, provide a tightly ...

Magnetic and Thermal-sensitive Poly(N-isopropylacrylamide)-based Microgels for Magnetically Triggered Controlled Release

Magnetically and thermally sensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm)/Fe3O4-NH2 microgels with the encapsulated anti-cancer drug curcumin (Cur) were designed and fabricated for magnetically triggered release. PNIPAAm-based magnetic microgels with a spherical structure were produced via a temperature-induced emulsion followed with physical-crosslinking by mixing PNIPAAm, polyethylenimine (PEI), and Fe3O4-NH2 magnetic nanoparticles. Because of their dispersity, the Fe3O4-NH2 nanoparticles were embedded inside the polymer matrix. The amine groups exposed on the Fe3O4-NH2 and PEI surface supported the spherical structure by physically crosslinking with the amide groups of the PNIPAAm. The hydrophobic anti-cancer drug curcumin can be dispersed in water after encapsulation into the microgels. The microgels were characterized by transmission electron microscopy (TEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), and UV-Vis spectral analysis. Furthermore, magnetically triggered release was studied under an external high frequency magnetic field (HFMF). A significant &#34;burst release&#34; of curcumin was observed after applying the HFMF to the microgels due to the magnetic inductive heating (hyperthermia) effect. This manuscript describes the magnetically triggered controlled release of Cur-PNIPAAm/Fe3O4-NH2 encapsulated curcumin, which can be potentially applied for tumor therapy.

Magnetic and Thermal-sensitive PolyN-isopropylacrylamide-based Microgels for Magnetically Triggered Controlled Release

This manuscript describes the preparation of magnetic and thermal-sensitive microgels via a temperature-induced emulsion without chemical reaction. These sensitive microgels were synthesized by mixing poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), polyethylenimine (PEI) and Fe3O4-NH2 nanoparticles for the potential use in magnetically and thermally triggered drug-release.

자기 및 열에 민감한 폴리 (<em&gt; N</em&gt; - 이소 프로필 아크릴 아미드) 기반의 마그네틱 트리거 리간드 용 젤

Magnetically and thermally sensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm)/Fe3O4-NH2 microgels with the encapsulated anti-cancer drug curcumin (Cur) were ...

Synthesis of Stimuli-responsive Nanogels using Aqueous One-step Crosslinking and Co-nanopolymerization

Nanogels consisting of crosslinked-polymeric nanoparticles have been developed for the delivery of numerous chemical and biological therapeutics, owing to their versatile bottom-up synthesis and biocompatibility. While various methods have been employed for nanogel synthesis to date, very few have achieved it without the use of harsh organic solvents or high temperatures that can damage the integrity of the biological payload. In contrast, the methodology presented here accomplishes the synthesis of sub-100 nm sized, protein-loaded nanogels using mild reaction conditions. Here, we present a method for the non-covalent encapsulation of protein-based payloads within nano-gels that were synthesized using an aqueous-based, single-step, crosslinking copolymerization technique. In this technique, we initially electrostatically bind a protein-based payload to a cationic quaternary ammonium monomer and simultaneously cross-link and co-polymerize it using ammonium persulfate and N,N,N&#39;,N&#39;-tetramethylethylenediamine to form nanogels that entrap the protein payload. The size and polydispersity index of the nanogels is determined using dynamic light scattering (DLS), while the surface morphology is assessed by transmission electron microscopy (TEM). The mass of protein entrapped within nanogels is determined by calculating the encapsulation efficiency. Furthermore, the controlled-release ability of the nanogels via the gradual degradation of redox-responsive structural elements is also assessed in bioreduction assays. We provide examples of nanoparticle optimization data to demonstrate all caveats of nanogel synthesis and characterization using this technique. In general, uniformly sized nanogels were obtained with an average size of 57 nm and a polydispersity index value of 0.093. A high encapsulation efficiency of 76% was achieved. Furthermore, the nanogels exhibited controlled release of up to 86% of the encapsulated protein by gradual degradation of novel redox-responsive components in the presence of glutathione over 48 h.

Nanogels are an excellent and versatile nanoparticle platform for the delivery of biologics. Stimuli-responsive poly(ethylene) glycol-based polymeric nano-gels, capable of encapsulating protein-based payloads, were synthesized using a one-step cross-linking co-nanopolymerization strategy in aqueous conditions. The optimal fabrication and characterization of these novel nanoparticles are presented here.

Aqueous One-step Crosslinking 및 Co-nanopolymerization을 이용한 Stimuli-responsive Nanogel 합성

Nanogels consisting of crosslinked-polymeric nanoparticles have been developed for the delivery of numerous chemical and biological therapeutics, owing to ...

Traction Microscopy Integrated with Microfluidics for Chemotactic Collective Migration

Cells change migration patterns in response to chemical stimuli, including the gradients of the stimuli. Cellular migration in the direction of a chemical gradient, known as chemotaxis, plays an important role in development, the immune response, wound healing, and cancer metastasis. While chemotaxis modulates the migration of single cells as well as collections of cells in vivo, in vitro research focuses on single-cell chemotaxis, partly due to the lack of the proper experimental tools. To fill that gap, described here is a unique experimental system that combines microfluidics and micropatterning to demonstrate the effects of chemical gradients on collective cell migration. Furthermore, traction microscopy and monolayer stress microscopy are incorporated into the system to characterize changes in cellular force on the substrate as well as between neighboring cells. As proof-of-concept, the migration of micropatterned circular islands of Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells is tested under a gradient of hepatocyte growth factor (HGF), a known scattering factor. It is found that cells located near the higher concentration of HGF migrate faster than those on the opposite side within a cell island. Within the same island, cellular traction is similar on both sides, but intercellular stress is much lower on the side of higher HGF concentration. This novel experimental system can provide new opportunities to studying the mechanics of chemotactic migration by cellular collectives.

Collective cell migration in development, wound healing, and cancer metastasis is often guided by the gradients of growth factors or signaling molecules. Described here is an experimental system combining traction microscopy with a microfluidic system and a demonstration of how to quantify the mechanics of collective migration under biochemical gradient.

화학적 집단 이동을 위한 미세 유체와 통합된 견인 현미경 검사법

Cells change migration patterns in response to chemical stimuli, including the gradients of the stimuli. Cellular migration in the direction of a chemical ...

Interlinked Macroporous 3D Scaffolds from Microgel Rods

A two-component system of functionalized microgels from microfluidics allows for fast interlinking into 3D macroporous constructs in aqueous solutions without further additives. Continuous photoinitiated on-chip gelation enables variation of the microgel aspect ratio, which determines the building block properties for the obtained constructs. Glycidyl methacrylate (GMA) or 2-aminoethyl methacrylate (AMA) monomers are copolymerized into the microgel network based on polyethylene glycol (PEG) star-polymers to achieve either epoxy or amine functionality. A focusing oil flow is introduced into the microfluidic outlet structure to ensure continuous collection of the functionalized microgel rods. Based on a recent publication, microgel rod-based constructs result in larger pores of several hundred micrometers and, at the same time, lead to overall higher scaffold stability in comparison to a spherical-based model. In this way, it is possible to produce higher-volume constructs with more free volume while reducing the amount of material required. The interlinked macroporous scaffolds can be picked up and transported without damage or disintegration. Amine and epoxy groups not involved in interlinking remain active and can be used independently for post-modification. This protocol describes an optimized method for the fabrication of microgel rods to form macroporous interlinked scaffolds that can be utilized for subsequent cell experiments.

Microgel rods with complementary reactive groups are produced via microfluidics with the ability to interlink in aqueous solution. The anisometric microgels jam and interlink into stable constructs with larger pores compared to spherical-based systems. Microgels modified with GRGDS-PC form macroporous 3D constructs that can be used for cell culture.

마이크로젤 로드의 상호 연결된 거대 다공성 3D 스캐폴드

A two-component system of functionalized microgels from microfluidics allows for fast interlinking into 3D macroporous constructs in aqueous solutions ...

Microfluidic Synthesis of Microgel Building Blocks for Microporous Annealed Particle Scaffold

The microporous annealed particle (MAP) scaffold platform is a subclass of granular hydrogels. It is composed of an injectable slurry of microgels that can form a structurally stable scaffold with cell-scale porosity in situ following a secondary light-based chemical crosslinking step (i.e.,&#160;annealing). MAP scaffold has shown success in a variety of regenerative medicine applications, including dermal wound healing, vocal fold augmentation, and stem cell delivery. This paper describes the methods for synthesis and characterization of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels as the building blocks to form a MAP scaffold. These methods include the synthesis of a custom annealing macromer (MethMAL), determination of microgel precursor gelation kinetics, microfluidic device fabrication, microfluidic generation of microgels, microgel purification, and basic scaffold characterization, including microgel sizing and scaffold annealing. Specifically, the high-throughput microfluidic methods described herein can produce large volumes of microgels that can be used to generate MAP scaffolds for any desired application, especially in the field of regenerative medicine.

This protocol describes a set of methods for synthesizing the microgel building blocks for microporous annealed particle scaffold, which can be used for a variety of regenerative medicine applications.

미세 다공성 어닐링 입자 스캐폴드를위한 마이크로 겔 빌딩 블록의 미세 유체 합성

The microporous annealed particle (MAP) scaffold platform is a subclass of granular hydrogels. It is composed of an injectable slurry of microgels that ...

Controlling Particle Fraction in Microporous Annealed Particle Scaffolds for 3D Cell Culture

Microgels are the building blocks of microporous annealed particle (MAP) scaffolds, which serve as a platform for both in vitro cell culture and in vivo tissue repair. In these granular scaffolds, the innate porosity generated by the void space between microgels enables cell infiltration and migration. Controlling the void fraction and particle fraction is critical for MAP scaffold design, as porosity is a bioactive cue for cells. Spherical microgels can be generated on a microfluidic device for controlled size and shape and subsequently freeze-dried using methods that prevent fracturing of the polymer network. Upon rehydration, the lyophilized microgels lead to controlled particle fractions in MAP scaffolds. The implementation of these methods for microgel lyophilization has led to reproducible studies showing the effect of particle fraction on macromolecule diffusion and cell spreading. The following protocol will cover the fabrication, lyophilization, and rehydration of microgels for controlling particle fraction in MAP scaffolds, as well as annealing the microgels through bio-orthogonal crosslinking for 3D cell culture in vitro.

Minimizing the variability in the particle fraction within granular scaffolds facilitates reproducible experimentation. This work describes methods for generating granular scaffolds with controlled particle fractions for in vitro tissue engineering applications.

3D 세포 배양을 위한 미세 다공성 어닐링 입자 스캐폴드의 입자 분획 제어

Microgels are the building blocks of microporous annealed particle (MAP) scaffolds, which serve as a platform for both in vitro cell culture and in vivo ...

제어 합성 및 매우 균일 한 폴리 형광 추적 (

요약

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폴리의 합성 (