Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Burada, gerilim ve sıcaklık değişikliklerinin polimer agregasyonu üzerindeki etkisini araştırmak amacıyla dinamik ışık saçılma parçacık boyutu ölçümleri sırasında çözeltiye gerilim uygulamak için bir protokol sunulmuştur.
Dinamik ışık saçılımı (DLS), polimerlerin, proteinlerin ve diğer nano ve mikro partiküllerin boyut dağılımını karakterize etmek için yaygın bir yöntemdir. Modern enstrümantasyon zaman ve / veya sıcaklık bir fonksiyonu olarak parçacık boyutunun ölçümü izin verir, ancak şu anda uygulanan gerilim varlığında DLS parçacık boyutu dağıtım ölçümleri gerçekleştirmek için basit bir yöntem yoktur. Bu tür ölçümleri yapabilme yeteneği, algılama, yumuşak robotik ve enerji depolama gibi uygulamalar için elektroaktif, uyarıcı duyarlı polimerlerin geliştirilmesinde yararlı olacaktır. Burada, elektroaktif monomerler olan ve olmayan termoduyarlı polimerlerde agregasyon ve parçacık boyutundaki değişiklikleri gözlemlemek için DLS ile birleşen uygulamalı gerilim ve sıcaklık rampası kullanan bir teknik sunulmuştur. Bu deneylerde gözlenen toplama davranışındaki değişiklikler ancak gerilim ve sıcaklık kontrolünün kombine uygulaması ile mümkündür. Bu sonuçları elde etmek için, bir çözüme voltaj uygulamak için değiştirilmiş bir cuvette'ye bir potansiyostat bağlandı. Polimer partikül boyutundaki değişiklikler sabit gerilim varlığında DLS kullanılarak izlendi. Aynı anda, mevcut ve parçacık davranışı arasındaki ilişkiyi anlamak için parçacık boyutu verileriile karşılaştırılabilir mevcut veriler üretildi. Polimer poli(N-izopropilarilamid) (pNIPAM) bu teknik için bir test polimeri olarak görev yaptı, çünkü pNIPAM'ın sıcaklığa tepkisi iyi çalışılmıştır. Uygulanan gerilim varlığında elektrokimyasal olarak aktif blok kopolimer olanpNIPAMve poli(N-izopropilarilamid)- blok -poli (ferrocenylmethyl metakrilat) düşük kritik çözelti sıcaklığında (LCST) agregasyon davranışında değişiklikler gözlenir. Bu değişikliklerin arkasındaki mekanizmaların anlaşılması, uygulanan gerilim varlığında geri döndürülebilir polimer yapılar elde etmeye çalışırken önemli olacaktır.
Dinamik ışık saçılımı (DLS), çözelti1'dendağılmış ışığın yoğunluğundaki rastgele değişikliklerin kullanılmasıyla parçacık boyutunu belirleyen bir tekniktir. DLS, partikül boyutunu belirleyerek polimerlerin agregasyonunu ölçebilme yeteneğine sahiptir. Bu deney için, DLS düşük kritik çözelti sıcaklığı (LCST)2,3aşan göstergesi dir bir polimer agregalar gözlemlemek için kontrollü sıcaklık değişiklikleri ile birleştiğinde . LCST'nin altında homojen bir sıvı faz vardır; LCST üzerinde, polimer daha az çözünür hale gelir, agregalar, ve çözelti dışında yoğunlaşır. Elektrik alanının toplama davranışı ve LCST üzerindeki etkilerini gözlemlemek için dağılım alanına uygulamalı bir gerilim (yani uygulamalı potansiyel veya elektrik alanı) tanıtıldı. Parçacık boyutlandırma ölçümlerinde gerilimin uygulanması, parçacık davranışı ve sensörler, enerji depolama, ilaç dağıtım sistemleri, yumuşak robotik ve diğerleri alanlarındaki sonraki uygulamalar hakkında yeni bilgiler sağlar.
Bu protokolde iki örnek polimer kullanılmıştır. Poli(N-izopropilarilamid), veya pNIPAM, makromoleküler zincir4,5üzerinde hidrofilik amid grubu ve hidrofobik izopropil grubu içeren termal duyarlı polimerdir. pNIPAM gibi Termal duyarlı polimer malzemeler yaygın kontrollü ilaç salınımı, biyokimyasal ayırma ve kimyasal sensörler son yıllarda kullanılmaktadır3,4. PNIPAM'ın LCST literatür değeri 30-35 °C4civarındadır. pNIPAM genellikle elektrokimyasal olarak aktif değildir. Bu nedenle ikinci örnek polimer olarak polimere elektrokimyasal olarak aktif bir blok eklenmiştir. Özellikle, ferrocenylmetil metakrilat bir poli oluşturmak için kullanılmıştır(N-izopropilarilamid)-blok-poli (ferrocenylmethyl metakrilat) blok-kopolimer, veya p(NIPAM-b-FMMA)6,7. Her iki örnek polimerler kontrollü zincir uzunluğu8,9,10ile geri dönüşümlü ek parçalanma zinciri transfer polimerizasyonu ile sentezlendi. Elektrokimyasal olarak aktif olmayan polimer pNIPAM 100 mer saf pNIPAM olarak sentezlendi. Elektrokimyasal olarak aktif polimer olan p(NIPAM-b-FMMA) da %4 ferrocenylmethyl metakrilat (FMMA) ve %96 NIPAM içeren 100 mer zincir uzunluğundaydı.
Bu makalede, uygulanan gerilimin polimer agregasyonu üzerindeki etkisini inceleyen bir protokol ve metodoloji gösterilmiştir. Bu yöntem aynı zamanda protein katlama/açılma, protein-protein etkileşimleri ve elektrostatik yüklü parçacıkların birkaç isim aglomerasyonu gibi DLS'nin diğer uygulamalarına da genişletilebilir. Örnek, 1 V uygulanan alanın yokluğunda ve varlığında LCST'yi tanımlamak için 20 °C'den 40 °C'ye Kadar ısıtıldı. Daha sonra numune 40 °C'den 20 °C'ye kadar soğutularak histeretik veya denge etkilerini incelemek için uygulanan alanı bozmadan soğutuldu.
1. Örnek polimer preparatları
2. DLS numune ve cuvette hazırlama
NOT: Bu bölümde uygulamalı gerilim için cuvette ve DLS ölçümleri için örnek hazırlanır.
3. DLS alet kontrolleri ve kurulumu
NOT: Her DLS denemesini çalıştırmadan önce tamamlanması için üç denetim önerilir: (1) boş su çözeltisi; (2) bir boyut standardı; (3) bir sıcaklık rampası veya uygulanan gerilim başlamadan önce polimer ölçümü. Numune hazırlama, ayarları seçme ve örnek ve veri kalitesini niçin değerlendirme konusunda rehberlik için çalışmadan önce lütfen araç kılavuzuna başvurun.
4. DLS SOP kurulumu
NOT: Bu bölüm özellikle bir Malvern Zetasizer NanoZS DLS cihazının sıcaklık rampası işlemini ifade eder. Deneylere başlamadan önce, hücre seçimi, numune hazırlama, ölçüm ayarlarını seçme ve örnek ve veri kalitesini niçin değerlendirme konusunda rehberlik için kapsamlı olarak araç kılavuzuna başvurmanız önemle tavsiye edilir.
5. Potentiostat Kurulumu
NOT: Verileri zaman senkronize etmek ve daha sonra değerlendirmeyi kolaylaştırmak için parçacık boyutu ve uygulanan voltaj işlemleri için aynı bilgisayarın kullanılması önerilir. Kablolama kurulumu, yazılım danışmanlığı ve uygun parametrelerin seçilmesi konusunda rehberlik için lütfen uygulanan gerilim aleti kılavuzlarına başvurun. Bu deneylerde bir Gamry potentiostat kullanılmıştır.
6. Veri analizi
NOT: Bu bölümde elde edilen verileri anlamak için ön analiz ayrıntılı olarak bilgi.
Sıcaklık rampasındaki her bir çalıştırmanın gerçek zamanlı dosya çıktısı Şekil 3'tegörüldüğü gibi bir tablo olarak sunulur. Her kayıt, hacim boyutunu(Şekil 4) ve korelasyon katsayısını (Şekil 5)görmek için bağımsız olarak seçilebilir. Hacim parçacık boyutu dağılımı (PSD) genel dağılımı ve LCST'yi yorumlamak için en doğru veridir, ancak analizden herhangi bi...
PNIPAM veya p(NIPAM-b-FMMA) çözeltilerine gerilim uygulanması, polimer toplama davranışını sıcaklığa göre değiştirdi. Her iki malzemede de, uygulamalı bir gerilim mevcutolduğunda, çözeltiler LCST'lerinin altında soğutulsa bile polimerlerin hacim boyutu yüksek kalmıştır. Bu beklenmeyen bir sonuçoldu, çünkü voltajsız denemeler polimerlerin orijinal boyutlarına geri döndüğünü gösterdi. Bu deneyler, sıcaklık aralığımız için ve uygulanan bir gerilimle, pNIPAM'a eklenen elektr...
Yazarlar çıkar çatışması beyan etmezler.
Yazarlar NSF (CBET 1638893), (CBET 1638896), NIH (P20 GM1113131) ve UNH'daki Hamel Lisans Araştırma Merkezi'nden gelen mali desteği kabul etmek isterler. Ayrıca, yazarlar DLS erişim için kablolama ve Scott Greenwood yardım için Darcy Fournier yardım tanımak istiyorum.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
N-Isopropylacrylamide | Tokyo Chemical Industry CO., LTD | I0401-500G | |
1,4-Dioxane | Alfa Aesar | 39118 | |
2,2"-Azobis(2-methylpropionitrile) | SIGMA-ALDRICH | 441090-100G | |
Cuvette | Malvern | DTS0012 | |
Dynamic Light Scattering | Malvern | Zetasizer NanoZS | |
Ferrocenylmethyl methacrylate | ASTATECH | FD13136-1G | |
Phthalimidomethyl butyl trithiocarbonate | SIGMA-ALDRICH | 777072-1G | |
Potentiostat | Gamry | Reference 600 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır