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

Forfatterne ønsker å takke for Marko Nieuwenhuizen for hjelp med DOSY-NMR.

<img alt="Scheme 1" src="/files/ftp_upload/3975/3975scheme1.jpg" /> Scheme en. Self-montering av BTA-baserte discotics i citratbuffer inn sfæriske tilslag viser diameter på ca 5 nm, ved millimolær konsentrasjoner av byggekloss. Øke ionisk styrke ved tilsetning av NaCl resulterer i dannelsen av langstrakte stenger med en diameter på rundt 3 nm og lengde&gt; 25 nm. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3975/3975scheme1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se større figur</a> . 1. Klargjøre en BTA-Gd (III) DTPA Solutions for CD spektroskopi og måling av temperaturavhengig CD Spectra som en funksjon av NaCl Konsentrasjon <ol><li> Forbered en 100 mm citratbuffer (pH 6,0). </li><li> Forbered en 100 mm citratbuffer (pH 6,0) med 2 M NaCl. </li><li> Løs 0,254 mg BTA-GD (III) DTPA (MW = 3184 g • mol -1) i 10 ml 100 mM citratbuffer, tArget konsentrasjonen 8 • 10 -3 mm av BTA-GD (III) DTPA. </li><li> Sonicate løsningen i 5 minutter. </li><li> Fyll en en cm UV cuvet med løsningen og måle en CD spekter fra 230 til 350 nm og en CD kjøling kurve på høyeste intensitet CD band (f.eks λ = 269 nm) 363-283 K med en hastighet på 1 K min - 1. </li><li> Tilsett samme volum på 2 M NaCl bufret løsning til sitrat bufret løsning av BTA-GD (III) DTPA for å øke ionisk styrken til 1 M NaCl, fortynne de discotics til halve konsentrasjonen, målkonsentrasjon 4 • 10 -3 mM av BTA-GD (III) DTPA. </li><li> Vortex løsningen med økt ionisk styrke i 5 minutter. </li><li> Gjenta en CD spekter fra 230 til 350 nm og en CD kjøling kurve på høyeste intensitet CD bandet 363-283 K med en hastighet på 1 K min -1. </li></ol> 2. Montering av T-avhengige CD data til en modell for T-avhengeent selv-montering <ol><li> De rå CD data ble eksportert til Origin 8.5 og normalisert. Dette ble oppnådd ved å definere CD effekt på det høyeste målte temperaturen lik 0, og CD effekt ved laveste målte temperatur som lik en. Siden betydningen av CD-effekten er proporsjonal med graden av aggregering 8, de normaliserte CD-kurver er proporsjonal med graden av aggregering. </li><li> De normaliserte data ble montert ved hjelp av lineær kurve alternativet i OriginPro 8,5 ved hjelp av en T-avhengig selv-montering modell utledet av van der Schoot 8,9. I denne modellen er en nukleasjon og en forlengelse regime skilles. Først graden av aggregering i forlengelsen regimet (T &lt;T e) ble montert ved hjelp av følgende ligning: </li></ol><img alt="Formel 1" src="/files/ftp_upload/3975/3975eq1.jpg" /> Ligningen over inneholder (ved siden av den variable temperatur, T, og graden av aggregation og Φ n) tre parametre, dvs. entalpien av forlengelse h e, forlengelsen temperatur T e (temperaturen der selv-montering starter) og parameteren Φ SAT, som er innført for å sikre at Φ n / Φ Lør gjør ikke overstige enhet, som følger av begrensningen at graden av aggregering ikke kan overstige enhet. Montering gjengir entalpi av forlengelse h e (J / mol) og forlengelsen temperatur T e (K) som karakteriserer selv-montering av molekylene for en gitt konsentrasjon. Ved montering, bør en tilbakeholdenhet følges som er at bare graden av aggregering ved temperaturer under T e skal monteres, ettersom ligning 2.1 er kun gyldig i forlengelsen regimet. Neste, den eksperimentelt funnet grad av aggregering inukleasjon regime kan monteres ved hjelp av følgende ligning: <img alt="Formel 2" src="/files/ftp_upload/3975/3975eq2.jpg" /> Ligningen over inneholder (ved siden av variablene T og Φ n) fire parametere som allerede tre ble fastsatt med likning 2.1, dvs. entalpien av forlengelse h e, forlengelsen temperatur T e og parameteren Φ SAT. Den eneste ukjente parameteren er K en verdi-beskriver cooperativity av nukleasjon fase-som er funnet ved å montere den eksperimentelt funnet graden av aggregering for temperaturer over T e. 3. Forbereder BTA-GD (III) DTPA Løsninger for transmisjonselektronmikroskopi og Visualisering av supramolecular Polymers via Cryogenic TEM <ol><li> Forbered to buffere: en 100 mm citratbuffer (pH 6,0) og en 100 mm citratbuffer (pH 6,0) wed 5 M NaCl. </li><li> Løs 0,318 mg BTA-GD (III) DTPA (MW = 3184 g • mol -1) i 0,1 ml av hver av de preparerte buffere, målkonsentrasjon 1 mm BTA-GD (III) DTPA. </li><li> Prøven forglassing for kryogen TEM utføres ved hjelp av en automatisert forglassing robot (FEI Vitrobot Mark III). CryoTEM nett (R2 / 2 Quantifoil Jena rutenett fra Quantifoil Micro Tools GmbH) er overflaten plasma behandles før forglassing prosedyren ved hjelp av en Cressington 208 karbon coater opererer på 5 mA for 40 s. Den vandig løsning er deretter brukt på nettet i forglassing på en automatisert FEI Vitrobot. Dette omfatter bruk av prøven på rutenettet, blotting av overflødig væske for å lage en tynn film av den vandige løsning på nettet og påfølgende forglassing ved å dyppe rutenettet svært raskt i flytende etan. Etter forglassing prøven holdes i flytende nitrogen og overføres manuelt på autoloader kassett, også cooled med flytende nitrogen. Kassetten er deretter settes inn i autoloader av TEM. Alt dette gjøres manuelt. </li><li> De cryoTEM eksperimenter utføres på TU / e cryoTITAN (FEI), ( <a href="http://www.cryotem.nl" target="_blank">www.cryotem.nl</a> ). TU / e cryoTITAN er utstyrt med et felt utslipp pistol (FEG) opererer på 300 kV. Bilder ble registrert med en 2k x 2K Gatan CCD kamera utstyrt med et innlegg kolonne Gatan Energi Filter (GIF). </li></ol> 4. 1 H-DOSY NMR målinger av sfæriske Self-montert BTA-Gd (III) DTPA ved lav Ionic Strength <ol><li> Forbered en 50 mm D 6-succinate buffer i D 2 O (&#39;pH 6,0&#39;); bufferen er utarbeidet ved oppløsning d 6-succinic syre i D 2 O, etterfulgt av å justere pH til 6,0 med 1 M ND 4 OD i D 2 O. Den endelige konsentrasjonen av 50 mM succinate ble justert med ytterligere D 2 O. </li><li> Siden Gud (III) er svært paramagnetiskeog 1 H signalene ville dermed utvides betydelig, Gd (III) ble byttet ut for Y (III). </li><li> Løs 2,98 mg BTA-Y (III) DTPA (MW = 2979 g • mol -1) i 1 mL av en 50 mm D 6-succinate buffer i D 2 O (&#39;pH 6,0&#39;), målkonsentrasjon 1 mm BTA- Y (III) DTPA. </li><li> De 1 H-DOSY NMR målinger er utført på en Varian Unity Inova 500 spektrometer utstyrt med en 5 mm ID-PFG sonde fra Varian. De DOSY Forsøkene ble utført ved hjelp av DOSY one-shot (Doneshot, Varian) puls sekvens. De 90 graders puls und blande ganger ble tilpasset deretter. Kjemiske skift ble brukt som referanse ved hjelp av kjemisk forskyvning av 3 - (Trimethylsilyl) propionsyre-2, 2,3,3 - [D 4] syre sodium salt (TMSP). </li><li> The self-spredning av HDO ble brukt til å kalibrere målingene, det er kjent fra litteraturen at selv-diffusjon av HDO i D 2 O ved 298 K er 19,0 × 10-9 m 2 </sup&gt; • s -1. Som en referanse, selv-diffusjon av HDO i D 2 O ble målt i en Varian 2 Hz D 2 O standard utvalg og kalibrert til sin standard verdi. Modellen brukes til å beregne hydrodynamisk radius R H av aggregatene er Stokes-Einstein forhold for spredningen av en sfærisk partikkel. </li></ol> 5. Representative Resultater En H-DOSY NMR og SAXS målinger på BTA-M (III)-DTPA: sfæriske objekter i citratbuffer Den ioniske karakter de perifere GD (III) komplekser introduserer frustrasjon i den endimensjonale vekst av discotic monomerer hvis kjerne er designet for å polymerisere inn langstrakte stang-lignende aggregater. Balansen mellom attraktive og frastøtende interaksjoner kontrollerer størrelsen og formen på aggregatene (Scheme 2). <img alt="Scheme 2" src="/files/ftp_upload/3975/3975scheme2.jpg" /> Scheme to. En effektiv teknikk for å bestemme størrelsen og formen av partikler i løsningen er synkrotron kilde liten vinkel X-ray spredning (SAXS). BTA-GD (III)-DTPA ble oppløst i en citratbuffer løsningen og SAXS profilene ble registrert og montert i regionen 0,01 &lt;q &lt;0,1 A -1. En skråning nærmer seg null i lav-q-regionen (q &lt;0,06 Å -1) indikerer en mangel på form anisotropi samlet, tyder tilstedeværelsen av sfæriske objekter (figur 1). De data målt ved ulike konsentrasjoner ble utstyrt med en homogen monodisperse sfærisk form factor fører til en beregnet radius, R, på 3,2 nm. Den beregnede geometriske radius av monomerisk discotic BTA-Gd (III)-DTPA er 3,0 nm, noe som antyder tilstedeværelsen av tilslag med et sideforhold nær en. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/3975/3975fig1.jpg" /> Figur 1. SAXS profiler for BTA-Gd (III)-DTPA i citratbuffer (100 mm, pH 6) på 0,5 og 1,0 mm (topp). DOSY NMR av BTA-Y (III)-DTPA i 50 mm D 6-succinate buffer på 1,0 mm (nederst). <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3975/3975fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se større figur</a> . For å gi ytterligere bevis for sfærisk form og nanometer-størrelse på selv monterte gjenstander, utførte vi en H diffusjon bestilles NMR spektroskopi (1 H-DOSY NMR) (figur 1). DOSY-NMR tillater bestemmelse av diffusjon koeffisientene for tilslag, hvorfra den hydrodynamiske radius (R H) kan beregnes. Siden Gud (III) er svært paramagnetiske og 1 H signalene ville dermed utvides betydelig, endret vi Gd (III) for diamagnetic Y (III). De diffusjon koeffisientene til den aggregerte diamagnetic discotic amphiphile i en deuterert succinate buffer (50 mM, PH 6, c = 1 mm) ble funnet å være 0.69x10-10 m 2 s -1. Via Stokes-Einstein forhold, beregner vi en hydrodynamisk radius R H på 2,9 nm for diskrete gjenstander av sfærisk størrelse (tabell 1). Denne størrelsen er i utmerket avtale med verdien fra SAXS data for BTA-Gd (III)-DTPA. <table border="1"><tbody><tr><td> BTA-M (III)-DTPA [Mm] </td><td> D t en [10 -10 m 2 s -1] </td><td> R H en [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> en fra DOSY; b fra SAXS Tabell 1. Resultater av SAXS og DOSY mål for BTA-M (III)-DTPA. Cryo-TEM på BTA-Gd (III)-DTPA: fra sfæriske objekter til langstrakte nanorods Ytterligere bevis for vellykket kontroll over endimensjonal stack lengde ble hentet fra Cryo-TEM mikrografer. På grunn av forglassing av de vandige løsninger kryogenisk TEM bevarer strukturelle morfologi av selv-montert aggregater og unngår tørking påvirker relatert til konvensjonell TEM prøveopparbeidelse. Figur 2 (til venstre) viser at BTA-Gd (III)-DTPA produserer forventet sfæriske objekter med diameter nær 6 nm ved en 1 mm konsentrasjon, som bekrefter resultatene fra SAXS og DOSY målinger. Ifølge disse funnene, har vi kunnet skaffe selv monterte diskrete objekter som kan betraktes som supramolecular tilsvarende dendrittiske makromolekyler 10. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/3975/3975fig2.jpg" /> . Figur 2 Cryo-TEM bildene for BTA-GD (III)-DTPA (venstre) 1 mm vitrifiseres ved 298 K i citratbuffer (100 mm, pH 6), representerer skala bar 50 nm;(Høyre) 1 mM vitrifiseres ved 298 K i citratbuffer (100 mm, pH 6) og en samlet NaCl konsentrasjon av 5 M, representerer skala bar 50 nm. Så langt har vi bare jobbet i bufrede løsninger med lav ionisk styrke. Men hvis elektrostatiske frastøtende kreftene i perifere belastes M (III)-DTPA komplekser på BTA-Gd (III)-DTPA er på opprinnelsen til den frustrerte endimensjonale vekst, forventet vi at det å øke ionisk styrke bufret miljø, bruker en inert 01:01 salt med svært hydrert counterions, bør redusere elektrostatiske interaksjoner og dermed en annen type selv-montert objekt skal formes. I citratbuffer bestående 5 M NaCl denne effekten ble faktisk observert (Figur 2, til høyre). Dannelsen av høyt sideforhold stang-aktig supramolecular polymerer er tydelig observert i Cryo-TEM mikrografer på høy ionisk styrke. Elektrostatisk screening er den mest sannsynlige forklaringen på dette funnet. Formen endres fra en spherisk samlet på ca 6 nm i diameter til avlange stenger med en diameter på 6 nm og lengde på opptil flere hundre nanometer. CD målinger av BTA-Gd (III)-DTPA: slått på kooperativ selv-montering ved å øke ionisk styrke Rundskriv dichroism (CD) spektroskopi måler forskjellen i absorbsjon mellom venstrehendt og høyrehendt sirkulært polarisert lys. Når en spiralformede objekt har en foretrukket spiralformede forstand, venstre-og høyrehendte sirkulært polarisert lys vil bli absorbert i ulik grad, og dermed gir opphav til en CD-effekt. Siden de intermolekylære hydrogenbindinger dannes mellom rad BTA-Gd (III)-DTPA innenfor tilslag, er stilt opp i en spiral mote og stereogenic senteret på L-fenylalanin moiety favoriserer en spiralformede følelse over den andre, forventer vi en klar CD spekteret fra BTA-Gd (III)-DTPA baserte aggregater 11,12. I tillegg er temperaturavhengig CD spektroskopi en kraftigverktøy for å vurdere selv-montering mekanisme av BTA-GD (III)-DTPA polymerisering og gjør det mulig å utlede konklusjoner om stabiliteten i de dannet aggregater 13. Som et eksempel, blir romtemperaturen CD spektra av BTA-GD (III)-DTPA (8x10 -3 mm eller 4x10 -3 mm i en 100 mm citratbuffer) med økende saltkonsentrasjon (0 M NaCl til 1,0 M NaCl) gitt i Figur 3A. Selv om en betydelig lavere konsentrasjon brukes for CD målingene, viser den klare Cotton effekten tilstedeværelse av intakte tilslag, selv ved micromolar konsentrasjoner. Formen på CD spektrum endringene på å øke salt konsentrasjon, som er en god indikasjon for reduserte interaksjoner i periferien av de stabler og bedre pakking av discotics. I tillegg CD kjøling kurvene til de samme løsningene (363-283 K, målt ved λ = 269 eller 278 nm) viser tydelige forskjeller i form (figur 3B). APforeldre T e-temperaturen der aggregering begynner-skifter til høyere temperaturer ved høyere saltinnhold og en stadig mer samarbeidsvillig mekanisme, preget av en mer brå økning i CD-effekten, blir tydelig. Mens kjøling kurven ved 0 M NaCl er best beskrevet av en isodesmic selv-montering prosess, er kjøling kurve på 1,0 M NaCl typisk for et kooperativ selv-montering prosess 14. I det første tilfellet er alle foreningens konstanter antas å være lik, mens i sistnevnte tilfelle selv-montering skjer i minst to forskjellige stadier. I det første trinnet, trenger en &quot;kjerne&quot; som skal dannes som er energisk svært ugunstig. Etter avkjøling under en kritisk polymerisasjon temperatur, følger tøyelighet og eksponentiell vekst i supramolecular polymerer av høy molekylvekt. Kvantifisere termodynamiske parametere til selv-montering av BTA-GD (III)-DTPA på 0 og 1 M NaCl ved hjelp av en samarbeidsvillig modell avslører tydelig nedgang i K &lt;sub&gt; a, som er dimensjonsløs aktivering konstant åtte. Lavere verdier for K en indikerer en høyere grad av cooperativity i selv-montering prosess, som er uttrykt i dannelsen av svært langstrakte supramolecular polymerer som er observert i Cryo-TEM. <table border="1"><tbody><tr><td> BTA-GD (III)-DTPA </td><td> C NaCl </td><td> K en </td></tr><tr><td> 8 x10 -3 mM </td><td> 0 M </td><td> 5 10 -2 </td></tr><tr><td> 4 x10 -3 mM </td><td> 1 M </td><td> 1 10 -4 </td></tr></tbody></table> Tabell 2. Grad av cooperativity uttrykt ved K en i temperaturavhengig selv-montering av BTA-GD (III)-DTPA som en funksjon av NaCl konsentrasjon (C NaCl). <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/3975/3975fig3.jpg" /> Figur 3. BTA-Gd (III)-DTPA i en 100 mm citratbuffer (c = 8 x10 -3 mm ved lav ionisk styrke og 4 x10 -3 mm ved høy ionisk styrke) A] CD spektra målt ved 293 K som en funksjon av ionisk styrke , c NaCl = 0 M - 1,0 M, molar ellipticity Δε beregnes slik: Δε = CD-effekt / (cxl) der c er konsentrasjonen av BTA i mol L -1 og l er den optiske veilengden i cm ; B] Tilsvarende CD kjøling kurver målt ved λ = 269 nm for 0 M NaCl og 278 nm for 1 M NaCl-løsninger uttrykt som grad av aggregering Φ n som en funksjon av NaCl konsentrasjonen c NaCl = 0 M - 1,0 M, Φ n beregnes ved å dividere den målte CD-effekt ved maksimal CD-effekt.

<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>

Ingen interessekonflikter erklært.

De selv-montering discotic amphiphiles diskutert i dette bidraget inneholder Gd (III)-DTPA komplekset er for tiden under etterforskning som romanen magnetisk resonans imaging (MRI) midler som kombinerer høy kontrast med tunbare utskillelse ganger. Femten Derfor detaljene i deres selv- montering atferd og deres stabilitet under forskjellige forhold er av avgjørende betydning. Kombinasjonen av spektroskopiske (CD og NMR), spredning (SAXS) og mikroskopi (Cryo-TEM) teknikker tillater visualisering av de dannet strukturer og kvantifisering av deres termodynamiske parametere. Denne kombinasjonen av teknikker er generelt gjelder for selv-montering molekyler, så lenge en fortrinnsrett spiralformede følelse i det studerte systemet tillater en forskjell i absorpsjon av venstre-og høyrehendte sirkulært polarisert lys.

<table border="1"><tbody><tr><td> Navn på reagens / utstyr </td><td> Firma </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer </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 spektroskopi </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 spektrometer </td><td> 5-mm ID-PFG probe av Varian </td></tr><tr><td> Cryo-TEM </td><td> FEI </td><td> cryoTITAN TEM </td><td></td></tr><tr><td> SAXS </td><td> Nederlandsk-belgiske beamline (BM26B) på europeisk Synchotron Radiation Facility (ESRF) i Grenoble, Frankrike </td><td></td><td&gt; </td></tr></tbody></table>

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

For vandige baserte supramolecular polymerer, er det samtidig kontroll over form, størrelse og stabilitet svært vanskelig en. Samtidig er evnen til å gjøre det svært viktig i lys av en rekke programmer i funksjonell myke materie, inkludert elektronikk, biomedisinsk teknikk og sensorer. I det siste, vellykkede strategier for å kontrollere størrelsen og formen på supramolecular polymerer vanligvis fokusert på bruk av maler 2,3, end cappers 4 eller selektive løsningsmidler teknikker 5. Her har vi avsløre en strategi basert på selv-montering discotic amphiphiles som fører til kontroll over stakken lengde og form av bestilte kirale columnar aggregater. Ved å balansere elektrostatiske frastøtende handlinger på hydrofile felg og attraktive ikke-kovalente krefter innenfor hydrofobe kjernen i polymerizing byggekloss, klarer vi å skape små og diskrete sfæriske objekter 6,7. Øktsynge saltkonsentrasjon å skjerme de avgifter induserer en kule-til-rod overgang. Forbløffende nok er denne overgangen til uttrykk i en økning av cooperativity i temperaturavhengig selv-montering mekanisme, og mer stabile aggregater er oppnådd. For vår undersøkelse velger vi en benzen-1 ,3,5-tricarboxamide (BTA) kjerne koblet til en hydrofil metall chelate via en hydrofob, fluorisert L-fenylalanin baserte spacer (Scheme 1). Metallet chelate valgt er en Gd (III)-DTPA kompleks som inneholder to overordnede gjenværende avgifter per komplekse og nødvendigvis to teller ioner. Den endimensjonale vekst av summen er regissert av π-π stabling og intermolekylære hydrogenbindinger. Men elektrostatiske og frastøtende krefter som oppstår fra de avgifter på GD (III)-DTPA kompleks start begrense endimensjonale vekst av BTA-baserte discotic gang en viss størrelse er nådd. På millimolær konsentrasjoner formet samlet har en spherisk form og en diameter på rundt 5 nm som utledes fra en H-NMR spektroskopi, liten vinkel X-ray spredning, og kryogenisk transmisjonselektronmikroskopi (Cryo-TEM). Styrken på elektrostatiske frastøtende samspillet mellom molekyler kan reduseres ved å øke salt konsentrasjon av de bufrede løsninger. Denne screening av tiltalen induserer en overgang fra sfæriske tilslag til avlange stenger med en lengde over 25 nm. Cryo-TEM gjør det mulig å visualisere de endringer i form og størrelse. I tillegg tillater CD spektroskopi for å utlede det mekanistiske detaljer om selv-montering prosesser før og etter tilsetning av salt. Viktigere, den cooperativity-en viktig funksjon som dikterer de fysiske egenskapene til den produserte supramolecular polymerer-øker dramatisk ved screening de elektrostatiske interaksjoner. Denne økningen i cooperativity resulterer i en betydelig økning i den molekylære vekten av de dannet supramolecular polymerer i vann.

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

Målet med dette forsøket er å bestemme og kontrollere størrelsen, formen og stabiliteten selv monterte discotic amphiphiles i vann. For vandige baserte supramolecular polymerer slik grad av kontroll er svært vanskelig. Vi bruker en strategi med både frastøtende og tiltrekkende interaksjoner. De eksperimentelle teknikkene som brukes for å karakterisere dette systemet er stort sett gjelder.

Kontrollere størrelse, form og stabilitet av supramolecular Polymers i 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

Finjustering av størrelse og minimere støy av Solid-state Nanopores

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

Utarbeidelse av Electrohydrodynamic Bridges fra Polar Transformator Liquids

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

Eksperimentelle metoder for undersøkelse av Shape Memory Basert Elastocaloric Kjøle Prosesser og Modell 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 og varme- og massetransport Phenomena av innføring av vann til et kaldt bad i saltlake

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

Oppdage vannløselige klorid fordelingen av sement lim på høypresisjons måte

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

Generasjon av størrelse-kontrollerte Poly (etylenglykol) Diacrylate dråper via Semi-3-dimensjonale Flow fokus Microfluidic enheter

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

Nær infrarød temperatur måling teknikk for rundt en induksjon-oppvarmet liten magnetisk sfære

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

Fabrikere reaktive overflater med børste som og krysskoblet filmer av Azlactone-Functionalized blokk co polymerer

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

Ex-Situ og In Situ undersøkelser av strukturelle transformasjoner: tilfelle av krystallisering av metallisk briller

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

Design and fabrikasjon av en optisk Fiber laget av vann

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 ...