Name: controlling the size, shape and stability of supramolecular polymers in water
Uploaded: 2012-08-02T12:00:00
Duration: 16 min 24 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Controlling the Size, Shape and Stability of Supramolecular Polymers in Water at JoVE.com

De auteurs dankbaar erkennen Marko Nieuwenhuizen voor hulp bij de DOSY-NMR.

<img alt="Schema 1" src="/files/ftp_upload/3975/3975scheme1.jpg" /> Schema 1. Autoassemblage van BTA gebaseerde discotics in citraatbuffer sferische aggregaten met een diameter van ongeveer 5 nm, bij millimolair concentraties bouwsteen. Verhoging van de ionensterkte door toevoeging van NaCl in de vorming van langwerpige staven met een diameter van ongeveer 3 nm en de lengte&gt; 25 nm. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3975/3975scheme1large.jpg" target="_blank">klik hier grotere figuur zien</a> . 1. Het voorbereiden van een BTA-Gd (III) DTPA Oplossingen voor CD-spectroscopie en meting van temperatuur-afhankelijke CD Spectra als functie van de NaCl-concentratie <ol><li> Bereid een 100 mM citraat buffer (pH 6,0). </li><li> Bereid een 100 mM citraat buffer (pH 6,0) met 2 M NaCl. </li><li> Los 0,254 mg BTA-Gd (III) DTPA (MW = 3184 g • mol -1) in 10 ml 100 mM citraatbuffer tArget concentratie 8 • 10 -3 mM van BTA-Gd (III) DTPA. </li><li> Sonificeer de oplossing 5 minuten. </li><li> Vul een 1 cm cuvet UV de oplossing en meet een CD spectrum 230-350 nm en een CD koelingscurve de zwaarst CD band (bijvoorbeeld λ = 269 nm) 363 tot 283 K bij een snelheid van 1 min K - 1. </li><li> Voeg hetzelfde volume van 2 M NaCl gebufferd voor de citraat gebufferde oplossing van BTA-Gd (III) DTPA om de ionsterkte te verhogen tot 1 M NaCl, verdunnen discotics de helft van de concentratie, doelconcentratie 4 • 10 -3 mM BTA-Gd (III) DTPA. </li><li> Vortex de oplossing met grotere ionensterkte gedurende 5 minuten. </li><li> Meet CD spectrum 230-350 nm en een CD koelingscurve de zwaarst CD band 363 tot 283 K bij een snelheid van 1 K min -1. </li></ol> 2. Montage van de T-afhankelijke CD gegevens naar een model voor T-afhankelijkent Zelf-assemblage <ol><li> De ruwe cd-gegevens werden geëxporteerd naar Origin 8,5 en genormaliseerd. Dit werd bereikt door het definiëren van de CD effect op de hoogst gemeten temperatuur gelijk aan 0 en CD effect op laagste gemeten temperatuur gelijk aan 1. Aangezien de grootte van de CD-effect is evenredig met de mate van aggregatie 8 de genormaliseerde CD-curven evenredig met de mate van aggregatie. </li><li> De genormaliseerde gegevens werden gemonteerd met behulp van de niet-lineaire curve fit-optie in OriginPro 8,5 met behulp van een T-afhankelijke zelf-assemblage model afgeleid door van der Schoot 8,9. In dit model worden een nucleatie en een rek regime onderscheiden. Eerst de mate van aggregatie van de rek regeling (T &lt;T e) kreeg, waarbij de volgende vergelijking: </li></ol><img alt="Vergelijking 1" src="/files/ftp_upload/3975/3975eq1.jpg" /> Boven vergelijking bevat (naast de variabele temperatuur T, en de mate van aggregation, Φ n) drie parameters, namelijk de enthalpie van rek h e, de rek temperatuur T e (de temperatuur waarbij het ​​zelf-assemblage begint) en de parameter Φ SAT, die wordt geïntroduceerd om Φ n / Φ zat doet niet hoger zijn dan de eenheid, die voortvloeit uit de beperking dat de mate van aggregatie kan niet hoger zijn dan de eenheid. Montage maakt de enthalpie van rek h e (J / mol) en de rek temperatuur T e (K) dat de zelf-assemblage van de moleculen van een bepaalde concentratie te karakteriseren. Bij de montage moet men terughoudendheid in acht worden genomen en dat is dat alleen de mate van aggregatie bij temperaturen onder T E moet worden gemonteerd, omdat vergelijking 2.1 is alleen geldig in de rek-regime. Vervolgens wordt de experimenteel gevonden aggregatiegraad in denucleatie regime kan worden gemonteerd met behulp van de volgende vergelijking: <img alt="Vergelijking 2" src="/files/ftp_upload/3975/3975eq2.jpg" /> Bovenstaande vergelijking bevat (naast de variabelen T en Φ n) vier parameters waarvan er al drie werden bepaald met vergelijking 2.1, dat wil zeggen de enthalpie van rek h e, de rek temperatuur T e en de parameter Φ SAT. De enige onbekende parameter is de K een waarde waarin de coöperativiteit van kiemvorming fase die wordt verkregen door het aanbrengen van de experimenteel gevonden mate van aggregatie bij temperaturen boven T e. 3. Voorbereiden van BTA-Gd (III) DTPA Oplossingen voor Transmissie Elektronen Microscopie en Visualisatie van supramoleculaire polymeren via cryogene TEM <ol><li> Bereid twee buffers: 100 mM citraat buffer (pH 6,0) en 100 mM citraat buffer (pH 6,0) wi 5 M NaCl. </li><li> Los 0,318 mg BTA-Gd (III) DTPA (MW = 3184 g • mol -1) in 0,1 ml van elk van de bereide buffers, doelconcentratie 1 mM BTA-Gd (III) DTPA. </li><li> Het monster verglazing voor cryogene TEM wordt uitgevoerd met behulp van een geautomatiseerd verglazing robot (FEI Vitrobot Mark III). CryoTEM grids (R2 / 2 Quantifoil Jena roosters van Quantifoil Micro Extra GmbH) zijn oppervlakte plasma voorafgaand aan de verglazing procedure met behulp van een Cressington 208 koolstofbedamper werkend bij 5 mA voor 40 s behandeld. De waterige oplossing wordt dan op het raster in verglazing op een geautomatiseerde FEI Vitrobot. Dit impliceert de toepassing van het monster op het rooster blotting van overtollige vloeistof van een dunne film van de waterige oplossing op het rooster en vervolgens door dompelen verglazing het raster snel in vloeibare ethaan maken. Na verglazing van het monster wordt gehouden in vloeibare stikstof en handmatig overgebracht autoloader cassette ook Cooled met vloeibare stikstof. De cassette wordt dan in de autoloader van TEM. Dit gebeurt met de hand. </li><li> De cryoTEM experimenten worden uitgevoerd op de TU / e cryoTitan (FEI), ( <a href="http://www.cryotem.nl" target="_blank">www.cryotem.nl</a> ). De TU / e cryoTitan is voorzien van een Field Emissie Gun &#39;(FEG) werkt bij 300 kV. Beelden werden opgenomen met een 2k x 2k Gatan CCD-camera uitgerust met een post kolom Gatan Energie Filter (GIF). </li></ol> 4. 1 H-DOSY NMR-metingen van sferische zelf-geassembleerde BTA-Gd (III) DTPA bij lage ionsterkte <ol><li> Bereid een 50 mM 6-d succinaatbuffer in D2O (pH 6,0), de buffer wordt bereid door d6-barnsteenzuur in D2O, gevolgd door de pH op 6,0 met 1 M ND 4 OD in D 2 O. De eindconcentratie van 50 mM barnsteenzuur werd met extra D 2 O. </li><li> Aangezien Gd (III) is zeer paramagnetischen 1 H signalen daardoor aanzienlijk wordt verbreed, Gd (III) werd vervangen Y (III). </li><li> Los 2,98 mg BTA-Y (III) DTPA (MW = 2979 g • mol -1) in 1 ml 50 mM 6-d succinaatbuffer in D2O (pH 6,0), 1 mM doelconcentratie BTA- Y (III) DTPA. </li><li> De 1H-NMR DOSY metingen worden uitgevoerd op een Varian eenheid Inova 500 spectrometer voorzien van een 5 mm ID-PFG probe van Varian. De DOSY experimenten werden uitgevoerd met behulp van de DOSY one-shot (Doneshot, Varian) pulssequentie. De 90 graden puls und mengtijden werden aangepast. Chemische verschuivingen werden verwezen via chemische verschuiving van de 3 - (trimethylsilyl) propionzuur-2, 2,3,3 - [D 4]-natriumzout (TMSP). </li><li> De zelf-diffusie van HDO werd gebruikt om de metingen kalibreren; is uit de literatuur bekend dat de eigen diffusie van HDO in D2O bij 298 K 19,0 x 10-9 m 2 </sup&gt; • s -1. Als referentie, de zelf-verspreiding van HDO in D 2 O werd gemeten in een Varian 2 Hz D 2 O standaard monster en gekalibreerd om de standaard waarde. Het model wordt gebruikt om de hydrodynamische straal R H van de aggregaten te berekenen is de Stokes-Einstein relatie voor de verspreiding van een bolvormig deeltje. </li></ol> 5. Representatieve resultaten 1H-NMR DOSY en SAXS metingen BTA-M (III)-DTPA: bolvormige voorwerpen citraatbuffer De ionisch karakter van de perifere Gd (III) complexen introduceert frustratie in de een-dimensionale groei van de discotische monomeren waarvan de kern is ontworpen om te polymeriseren in langwerpige staaf-achtige aggregaten. Het evenwicht tussen aantrekkelijk afstotend bepaalt de grootte en de vorm van de aggregaten (Schema 2). <img alt="Schema 2" src="/files/ftp_upload/3975/3975scheme2.jpg" /> Schema 2. Een krachtige techniek om de grootte en de vorm van deeltjes in oplossing te bepalen, is synchrotronbron kleine hoek X-ray scattering (SAXS). BTA-Gd (III)-DTPA werd opgelost in een citraatbuffer-oplossing en SAXS profielen opgenomen en aangebracht in het gebied 0,01 &lt;q &lt;0,1 A -1. Een helling vrijwel nul in de laag q regio (q &lt;0,06 Å -1) wijst op een gebrek van vormanisotropie in totaal, suggereert de aanwezigheid van bolvormige voorwerpen (figuur 1). De gegevens bij verschillende concentraties was uitgerust met een homogene monodisperse bolvorm factor voor een berekend straal R van 3,2 nm. De berekende geometrische straal van monomere discotische BTA-Gd (III)-DTPA 3,0 nm, de aanwezigheid van aggregaten met een aspect verhouding van 1 voorstelt. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/3975/3975fig1.jpg" /> Figuur 1. SAXS profielen BTA-Gd (III)-DTPA in citraat buffer (100 mM, pH 6) bij 0,5 en 1,0 mM (boven). DOSY NMR van BTA-Y (III)-DTPA in 50 mm D 6-succinaatbuffer bij 1,0 mm (onder). <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3975/3975fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken</a> . Om verder bewijs voor de sferische vorm en nanometer grootte van de zelfgeassembleerde voorwerpen voorzien, voerden we een H diffusie-volgorde NMR spectroscopie (1H-NMR DOSY) (figuur 1). DOSY-NMR maakt de bepaling van de diffusiecoëfficiënten van aggregaten van de hydrodynamische straal (R H) worden berekend. Aangezien Gd (III) is zeer paramagnetische en 1 H signalen zou er aanzienlijk worden vergroot, we veranderd Gd (III) voor diamagnetisch Y (III). De diffusiecoëfficiënten van de geaggregeerde diamagnetisch discotische amfifiele in een gedeutereerd succinaat buffer (50 mM, PH 6, c = 1 mM) werd bepaald op 0.69x10-10 m 2 s-1. Via de Stokes-Einstein relatie berekenen we een hydrodynamische straal R H 2,9 nm voor de afzonderlijke voorwerpen van sferische omvang (Tabel 1). Dit formaat is zeer goed overeen met de waarde verkregen uit SAXS gegevens voor BTA-Gd (III)-DTPA. <table border="1"><tbody><tr><td> BTA-M (III)-DTPA [MM] </td><td> D t een [10 10 m 2 s-1] </td><td> R H a [Nm] </td><td> R b [Nm] </td></tr><tr><td> 1 </td><td> 0,69 </td><td> 2,9 </td><td> 3,2 </td></tr></tbody></table> een van DOSY b van SAXS Tabel 1. Resultaten van SAXS en DOSY metingen voor BTA-M (III)-DTPA. Cryo-TEM op BTA-Gd (III)-DTPA: van bolvormige objecten om langwerpige nanorods Verder bewijs voor een succesvolle controle over de een-dimensionale stapel lengte werd verkregen van cryo-TEM microfoto. Door de verglazing van de waterige oplossingen cryogene TEM blijft de structurele morfologie van de zelfgeassembleerde aggregaten en voorkomt drogen affecten verband met conventionele TEM prepareren. Figuur 2 (links) blijkt dat BTA-Gd (III)-DTPA produceert de verwachte bolvormige voorwerpen met diameters bijna 6 nm in een 1 mM concentratie die de resultaten van metingen SAXS en DOSY bevestigd. Volgens deze bevindingen, zijn we in staat om zelf samengevoegde afzonderlijke objecten die kunnen worden beschouwd als de supramoleculaire equivalent van dendritische macromoleculen 10 te verkrijgen. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/3975/3975fig2.jpg" /> . Figuur 2 Cryo-TEM beelden voor BTA-Gd (III)-DTPA (links) 1 mM gesinterde bij 298 K in citraat buffer (100 mM, pH 6), schaalstaaf is 50 nm;(Rechts) 1 mM gesinterde bij 298 K in citraat buffer (100 mM, pH 6) en dat de NaCl concentratie van 5 M, schaalstaaf is 50 nm. Tot dusver hebben we alleen gewerkt in gebufferde oplossingen met een lage ionische sterkte. Indien elektrostatische afstotende krachten van de perifere geladen M (III)-DTPA complexen op BTA-Gd (III)-DTPA zijn aan de basis van de gefrustreerde een-dimensionale groei verwachtten we dat het verhogen van de ionische sterkte van de gebufferde milieu met een inert 1:1 zout met zeer gehydrateerde tegenionen dient minder elektrostatische interacties en dus een ander type zelfgeassembleerde object worden gevormd. In citraatbuffer met 5 M NaCl daartoe inderdaad waargenomen (figuur 2, rechts). De vorming van hoge aspectverhouding staafvormige supramoleculaire polymeren duidelijk waargenomen bij cryo-TEM microfoto bij hoge ionische sterkte. Elektrostatische screening is de meest waarschijnlijke verklaring voor deze bevinding. De vorm verandert van een spherical totaal van ongeveer 6 nm in diameter langwerpige staven met een diameter van 6 nm en de lengte van maximaal enkele honderden nanometer. CD metingen van BTA-Gd (III)-DTPA: aan coöperatieve zelfassemblage door verhoging van de ionensterkte Circulaire dichroïsme (CD) spectroscopie meet het verschil in absorptie tussen links-en rechtshandig circulair gepolariseerd licht. Wanneer een schroeflijnvormige object een voorkeursuitvoeringsvorm schroeflijnvormige zin heeft links en rechts circulair gepolariseerd licht wordt geabsorbeerd in verschillende mate dus waardoor een CD-effect. Sinds de intermoleculaire waterstofbruggen gevormd tussen opeenvolgende BTA-Gd (III)-DTPA in de aggregaten, worden opgesteld in een spiraalvormige mode en de stereogene centrum op de L-fenylalanine-groep is voorstander van een spiraalvormige zin boven de andere, verwachten we een duidelijke CD spectrum van BTA-Gd (III)-DTPA gebaseerde aggregaten 11,12. Bovendien temperatuurafhankelijke CD spectroscopie is een krachtigegereedschap de zelfassemblage mechanisme van BTA-Gd (III)-DTPA polymerisatie kan beoordelen en afleiden conclusies op de stabiliteit van de gevormde aggregaten 13. Als bijvoorbeeld de temperatuur CD spectra van BTA-Gd (III)-DTPA (8x10 3 mm of 4x10 3 mm in een 100 mM citraatbuffer) met toenemende zoutconcentratie (0 M NaCl tot 1,0 M NaCl) die in Figuur 3A. Hoewel een aanzienlijk lagere concentratie wordt toegepast voor de CD metingen duidelijke Cotton effect geeft de aanwezigheid van intacte aggregaten, zelfs bij micromolair concentraties. De vorm van de CD spectrum verandert bij toenemende zoutconcentratie, een goede indicatie voor minder interacties aan de omtrek van de stapels en een betere verpakking van de discotics. Bovendien CD koeling krommen van de oplossingen (363 tot 283 K, gemeten bij λ = 269 of 278 nm) vertonen duidelijke verschillen in vorm (Figuur 3B). Het apouder T e-de temperatuur waarbij aggregatie begint-verschuift naar hogere temperaturen hogere zoutconcentratie en steeds samenwerkingsmechanisme, gekenmerkt door een plotselinge verhoging van de CD-effect blijkt. Dat de koeling curve 0 M NaCl best beschreven door een isodesmic zelfassemblage proces de koelingscurve 1,0 M NaCl typisch is voor een coöperatieve zelf assemblage 14. In het eerste geval worden alle associatie constanten als gelijk terwijl in het laatste geval zelfassemblage optreedt ten minste twee fasen. In de eerste stap een &quot;kern&quot; worden gevormd, die is energetisch zeer ongunstig. Na afkoeling beneden een kritische polymerisatietemperatuur, rek en exponentiële groei in supramoleculaire polymeren met een hoog molecuulgewicht volgt. Het kwantificeren van de thermodynamische parameters van de zelf-assemblage van BTA-Gd (III)-DTPA bij 0 en 1 M NaCl met behulp van een coöperatief model ondubbelzinnig blijkt dat daling van de K &lt;sub&gt; a, die de dimensieloze activering constant 8. Lagere waarden K een duiden een hogere coöperativiteit in de zelfassemblage proces, uitgedrukt in de vorming van zeer langgerekte supramoleculaire polymeren zoals waargenomen in cryo-TEM. <table border="1"><tbody><tr><td> BTA-Gd (III)-DTPA </td><td> C NaCl </td><td> K een </td></tr><tr><td> 8 x10 -3 mm </td><td> 0 M </td><td> 5 10 -2 </td></tr><tr><td> 4 x 10 -3 mm </td><td> 1 M </td><td> 1 10 -4 </td></tr></tbody></table> Tabel 2. Mate van coöperativiteit uitgedrukt K een in de temperatuurafhankelijke zelfassemblage van BTA-Gd (III)-DTPA als functie van de NaCl concentratie (C NaCl). <img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/3975/3975fig3.jpg" /> Figuur 3. BTA-Gd (III)-DTPA in 100 mM citraatbuffer (c = 8 x10 3 mm bij lage ionensterkte en 4 x10 3 mm hoog ionensterkte) A] CD-spectra bij 293 K als functie van de ionensterkte , c = 0 M NaCl - 1,0 M, de molaire ellipticiteit Δε wordt als volgt berekend: Δε = CD-effect / (CXL) waarin c de concentratie in mol BTA L -1 en l de optische weglengte in cm ; B] Overeenkomstige CD koeling krommen gemeten bij λ = 269 nm voor 0 M NaCl en 278 nm voor 1 M NaCl oplossingen uitgedrukt in de mate van aggregatie Φ n als functie van de NaCl concentratie c = 0 M NaCl - 1,0 M, Φ n wordt berekend door de gemeten CD-effect door de maximale CD-effect.

<ol>
	<li>Palmer, L. C., Stupp, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+self-assembly+into+one-dimensional+nanostructures.">Molecular self-assembly into one-dimensional nanostructures.</a> Acc. Chem. Res. 41, 1674-1684 (2008).</li><li>Janssen, P. G. A., Vandenbergh, J., van Dongen, J. L. J., Meijer, E. W., Schenning, A. P. H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ssDNA+templated+self-assembly+of+chromophores.">ssDNA templated self-assembly of chromophores.</a> J. Am. Chem. Soc. 129, 6078-6079 (2007).</li><li>Bull, S. R., Palmer, L. C., Fry, N. J., Greenfield, M. A., Messmore, B. W., Meade, T. J., Stupp, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+templating+approach+for+monodisperse+self-assembled+organic+nanostructures.">A templating approach for monodisperse self-assembled organic nanostructures.</a> J. Am. Chem. Soc. 130, 2742-2743 (2008).</li><li>Lortie, F., Boileau, S., Bouteiller, L., Chassenieux, C., Laupr&#234;tre, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chain+stopper-assisted+characterization+of+supramolecular+polymers.">Chain stopper-assisted characterization of supramolecular polymers.</a> Macromolecules. 38, 5283-5287 (2005).</li><li>Wang, X., Guerin, G., Wang, H., Wang, Y., Manners, I., Winnik, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cylindrical+block+copolymer+micelles+and+co-micelles+of+controlled+length+and+architecture.">Cylindrical block copolymer micelles and co-micelles of controlled length and architecture.</a> Science. 317, 644-647 (2007).</li><li>Besenius, P., Portale, G., Bomans, P. H. H., Janssen, H. M., Palmans, A. R. A., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+growth+and+shape+of+chiral+supramolecular+polymers+in+water.">Controlling the growth and shape of chiral supramolecular polymers in water.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 17888-17893 (2010).</li><li>Besenius, P., van den Hout, K. P., Albers, H. M. H. G., de Greef, T. F. A., Olijve, L. L. C., Hermans, T. M., de Waal, B. F. M., Bomans, P. H. H., Sommerdijk, N. A. J. M., Portale, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+supramolecular+oligomerisation+of+C3-symmetrical+molecules+in+water:+the+impact+of+hydrophobic+shielding.">Controlled supramolecular oligomerisation of C3-symmetrical molecules in water: the impact of hydrophobic shielding.</a> Chem. Eur. J. 17, 5193-5203 (2011).</li><li>Smulders, M. M. J., Schenning, A. P. H. J., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insights+into+the+mechanisms+of+cooperative+self-assembly:+the+sergeants-and-soldiers+principle+of+chiral+and+achiral+C3-symmetrical+discotic+triamides.">Insights into the mechanisms of cooperative self-assembly: the sergeants-and-soldiers principle of chiral and achiral C3-symmetrical discotic triamides.</a> J. Am. Chem. Soc. 130, 606-611 (2008).</li><li>Jonkheijm, P., van der Schoot, P., Schenning, A. P. H. J., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+the+solvent-assisted+nucleation+pathway+in+chemical+self-assembly.">Probing the solvent-assisted nucleation pathway in chemical self-assembly.</a> Science. 313, 80-83 (2006).</li><li>Bosman, A. W., Janssen, H. M., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=About+dendrimers:+structure,+physical+properties,+and+applications.">About dendrimers: structure, physical properties, and applications.</a> Chem. Rev. 99, 1665-1688 (1999).</li><li>Veld, M. A. J., Haveman, D., Palmans, A. R. A., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sterically+demanding+benzene-1,3,5-tricarboxamides:+tuning+the+mechanisms+of+supramolecular+polymerization+and+chiral+amplification.">Sterically demanding benzene-1,3,5-tricarboxamides: tuning the mechanisms of supramolecular polymerization and chiral amplification.</a> Soft Matter. 7, 524-531 (2011).</li><li>Stals, P. J. M., Smulders, M. M. J., Mart&#237;n-Rap&#237;n, R., Palmans, A. R. A., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asymmetrically+substituted+benzene-1,3,5-tricarboxamides:+self-assembly+and+odd-even+effects+in+the+solid+state+and+in+dilute+solution.">Asymmetrically substituted benzene-1,3,5-tricarboxamides: self-assembly and odd-even effects in the solid state and in dilute solution.</a> Chem. Eur. J. 15, 2071-2080 (2009).</li><li>De Greef, T. F. A., Smulders, M. M. J., Wolffs, M., Schenning, A. P. H. J., Sijbesma, R. P., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supramolecular+polymerization.">Supramolecular polymerization.</a> Chem. Rev. 109, 5687-5754 (2009).</li><li>Smulders, M. M. J., Nieuwenhuizen, M. M. L., de Greef, T. F. A., Schoot, P. v. a. n. d. e. r., Schenning, A. P. H. J., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+distinguish+isodesmic+from+cooperative+supramolecular+polymerization?+Chem.">How to distinguish isodesmic from cooperative supramolecular polymerization? Chem.</a> Eur. J. 16, 362-367 (2010).</li><li>Besenius, P., Heynens, J. L. M., Straathof, R., Nieuwenhuizen, M. M. L., Bomans, P. H. H., Terreno, E., Aime, S., Strijkers, G. J., Nicolay, K., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paramagnetic+self-assembled+nanoparticles+as+supramolecular+MRI+contrast+agents.">Paramagnetic self-assembled nanoparticles as supramolecular MRI contrast agents.</a> Contrast Media Mol. Imaging. , (2012).</li></ol>

Geen belangenconflicten verklaard.

De zelf-assemblage discotische amfifielen besproken in deze bijdrage met de Gd (III)-DTPA complex worden momenteel onderzocht als nieuwe magnetische resonantie beeldvorming (MRI) middelen die een hoog contrast combineren met afstelbare uitscheiding tijden. 15 Vandaar dat de details van hun zelf- monteren van het gedrag en de stabiliteit in verschillende voorwaarden zijn van cruciaal belang. De combinatie van spectroscopische (CD en NMR), verstrooiing (SAXS) en microscopie (cryo-TEM) technieken maakt visualisatie van de gevormde structuren en de kwantificering van hun thermodynamische parameters. Deze combinatie van technieken is algemeen toepasbaar voor zelfassemblerende moleculen zolang preferentiële schroeflijnvormige zin in het bestudeerde systeem kan een verschil in absorptie van links en rechts circulair gepolariseerd licht.

<table border="1"><tbody><tr><td> Naam van het reagens / apparatuur </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td><td> Reacties </td></tr><tr><td> BTA-Gd (III)-DTPA </td><td></td><td></td><td> Made in-house </td></tr><tr><td> BTA-Y (III)-DTPA </td><td></td><td></td><td> Made in-house </td></tr><tr><td> CD spectroscopie </td><td> Jasco </td><td> Jasco J-815 spectropolarimeter </td><td></td></tr><tr><td> NMR </td><td> Varian </td><td> Varian Unity Inova 500 spectrometer </td><td> 5-mm ID-PFG sonde van Varian </td></tr><tr><td> cryo-TEM </td><td> FEI </td><td> cryoTitan TEM </td><td></td></tr><tr><td> SAXS </td><td> Nederlands-Belgische bundellijn (BM26B) bij de European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble, Frankrijk </td><td></td><td&gt; </td></tr></tbody></table>

controlling the size, shape and stability of supramolecular polymers in water

Voor waterige basis van supramoleculaire polymeren, de gelijktijdige controle over vorm, grootte en stabiliteit is erg moeilijk 1. Tegelijkertijd is de mogelijkheid daartoe is van groot belang in verband met een aantal toepassingen in functionele zachte materialen met elektronica, biomedische en sensoren. In het verleden succesvolle strategieën om de grootte en vorm van supramoleculaire polymeren gewoonlijk gericht op het gebruik van templates 2,3 einde cappers 4 of selectief oplosmiddel technieken 5 regelen. Hier hebben we beschrijven een strategie gebaseerd op zelf-assemblage discotische amfifielen die leidt naar de controle over de stapel lengte en vorm van geordende, chirale zuilvormige aggregaten. Door het balanceren van elektrostatische afstotende interacties op de hydrofiele velg en aantrekkelijk niet-covalente krachten binnen de hydrofobe kern van het polymeriseren bouwsteen, slagen we erin om kleine en discrete bolvormige objecten 6,7. Increazingen de zoutconcentratie te screenen kosten die worden veroorzaakt een bol-to-rod overgang. Interessant genoeg is deze overgang uitgedrukt in een toename van coöperativiteit de temperatuurafhankelijke zelfassemblage mechanisme en stabiele aggregaten verkregen. Voor onze studie selecteren benzeen-1 ,3,5-tricarboxamide (BTA) kern verbonden met een hydrofiele metaalchelaat via een hydrofoob, gefluoreerde L-fenylalanine, spacer (Schema 1). De geselecteerde metaalchelaat is een Gd (III)-DTPA complex dat twee algemene overige kosten per complex en per se twee in tegengestelde ionen bevat. De een-dimensionale groei van het aggregaat wordt geleid door π-π stapelen en intermoleculaire waterstofbinding. De elektrostatische, afstotende krachten die ontstaan ​​uit de ladingen op het Gd (III)-DTPA complex start beperken eendimensionale groei van de BTA gebaseerde discotische eenmaal een bepaalde grootte bereikt. Bij concentraties millimolair de gevormde totale een spherical vorm en een diameter van ongeveer 5 nm als afgeleid uit een H-NMR spectroscopie kleine hoek röntgenverstrooiing en cryogene transmissie elektronen microscopie (TEM cryo-). De sterkte van de elektrostatische afstotend tussen moleculen kan worden verminderd door het zoutgehalte van de gebufferde oplossingen. Deze screening van de kosten leidt tot een overgang van sferische aggregaten in langwerpige staven met een lengte&gt; 25 nm. Cryo-TEM kan een beeld van de veranderingen in vorm en grootte. Bovendien CD spectroscopie maakt het afleiden van de mechanische details van de zelfassemblage processen voor en na de toevoeging van zout. Belangrijk is dat de coöperativiteit-een belangrijk kenmerk dat de fysische eigenschappen van de geproduceerde supramoleculaire polymeren toe-schrijft dramatisch bij het screenen van de elektrostatische interacties. Deze toename coöperativiteit resulteert in een aanzienlijke verhoging van het molecuulgewicht van de gevormde supramoleculaire polymeren in water.

Watch this Scientific Journal Video about Controlling the Size, Shape and Stability of Supramolecular Polymers in Water at JoVE.com

Controlling the Size, Shape and Stability of Supramolecular Polymers in Water

Het doel van dit experiment is om vast te stellen en de grootte, vorm en stabiliteit van zelf-geassembleerde discotische amfifielen in het water te controleren. Voor waterige basis van supramoleculaire polymeren, mate van controle is erg moeilijk. Wij hanteren een strategie met behulp van zowel afstotend en aantrekkelijk interacties. De experimentele technieken toegepast om dit systeem te karakteriseren zijn breed toepasbaar.

Het beheersen van de grootte, vorm en stabiliteit van de supramoleculaire polymeren in water

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Fine-tuning the Size and Minimizing the Noise of Solid-state Nanopores

Fine-tuning van de grootte en het minimaliseren van de Noise van Solid-state Nanoporiën

Solid-state nanopores have emerged as a versatile tool for the characterization of single biomolecules such as nucleic acids and proteins1. However, the ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

De voorbereiding van elektrohydrodynamische Bruggen van Polar diëlektrische vloeistoffen

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Experimentele methoden voor Onderzoek van Shape geheugen gebaseerd Elastocaloric Cooling Processen en Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

Ice Generation en de warmte- en massatransport Fenomenen van de invoering van water tot een koud bad van Pekel

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...

Detecting the Water-soluble Chloride Distribution of Cement Paste in a High-precision Way

Opsporen van de in water oplosbare chloriden verdeling van Cement plakken in een High-precision manier

To improve the accuracy of the chloride distribution along the depth of cement paste under cyclic wet-dry conditions, a new method is proposed to obtain a ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Generatie van grootte bestuurde Poly (ethyleen Glycol) Diacrylate druppels via Semi-3-dimensionale Flow gericht Microfluidic apparaten

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere

Nabij-infrarood temperatuur meting techniek voor het Water rondom een inductie-verwarmd kleine magnetische bol

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This ...

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

Fabriceren van reactieve oppervlakken met borstel-achtige en kruisverwijzende Films van Azlactone-matiemaatschappij blok co-polymeren

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Methoden van Ex Situ en In Situ onderzoeken van structurele transformaties: het geval van kristallisatie van metalen bril

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...

Design and Fabrication of an Optical Fiber Made of Water

Ontwerp en fabricage van een optische vezel gemaakt van Water

In this report, an optical fiber of which the core is made solely of water, while the cladding is air, is designed and manufactured. In contrast with ...