Name: application of voltage in dynamic light scattering particle size analysis
Uploaded: 2020-01-24T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Application of Voltage in Dynamic Light Scattering Particle Size Analysis at JoVE.com

Forfatterne vil gerne anerkende den finansielle støtte fra NSF (CBET 1638893), (CBET 1638896), NIH (P20 GM113131), og Hamel Center for Undergraduate Research på UNH. Endvidere vil forfatterne gerne anerkende bistand darcy Fournier for bistand i kabler og Scott Greenwood for adgang til DLS.

1. Eksempel polymer præparater
<ol><li>pNIPAM polymer syntese BEMÆRK: Dette præparat producerer 10 ml 1 g/L-opløsning, hvilket er nok til 3-4 forsøg.<ol>
<li>Gør Schlenk-linjeapparatet klar. Sørg for, at den kolde fælde Dewar kolben er fyldt med en gylle af tøris og acetone, eller hvis der anvendes en mekanisk kølefælde, skal du sørge for, at fælden har nået en passende temperatur.</li>
		<li>I en 50 ml rundbundskolbe tilsættes 0,566 g N-isopropylacrylamid (NIPAM) monomer, 0,016 g rev...

<ol>
	<li>Xu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particuology+Light+scattering+:+A+review+of+particle+characterization+applications.">Particuology Light scattering : A review of particle characterization applications.</a> Particuology. 18, 11-21 (2015).</li><li>Szczubia&#322;ka, K., Nowakowska, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+of+micelles+formed+by+smart+terpolymers+to+stimuli+studied+by+dynamic+light+scattering.">Response of micelles formed by smart terpolymers to stimuli studied by dynamic light scattering.</a> Polymer. 44 (18), 5269-5274 (2003).</li><li>Kotsuchibashi, Y., Ebara, M., Aoyagi, T., Narain, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Advances+in+Dual+Temperature+Responsive+Block+Copolymers+and+Their+Potential+as+Biomedical+Applications.">Recent Advances in Dual Temperature Responsive Block Copolymers and Their Potential as Biomedical Applications.</a> Polymers. 8, 380 (2016).</li><li>Lanzalaco, S., Armelin, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(N-isopropylacrylamide)+and+Copolymers:+A+Review+on+Recent+Progresses+in+Biomedical+Applications.">Poly(N-isopropylacrylamide) and Copolymers: A Review on Recent Progresses in Biomedical Applications.</a> Gels. 3, 36 (2017).</li><li>Lessard, D. G., Ousalem, M., Zhu, X. X., Eisenberg, A., Carreau, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+the+phase+transition+of+poly(N,N-diethylacrylamide)+in+water+by+rheology+and+dynamic+light+scattering.">Study of the phase transition of poly(N,N-diethylacrylamide) in water by rheology and dynamic light scattering.</a> Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 41, 1627-1637 (2003).</li><li>Garner, B. W., Cai, T., Hu, Z., Neogi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric+field+enhanced+photoluminescence+of+CdTe+quantum+dots+encapsulated+in+poly+(N-isopropylacrylamide)+nano-spheres.">Electric field enhanced photoluminescence of CdTe quantum dots encapsulated in poly (N-isopropylacrylamide) nano-spheres.</a> Optics express. 16, 19410-19418 (2008).</li><li>Gallei, M., Schmidt, B. V. K. J., Klein, R., Rehahn, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defined+Poly[styrene-+block+-(ferrocenylmethyl+methacrylate)]+Diblock+Copolymers+via+Living+Anionic+Polymerization.">Defined Poly[styrene- block -(ferrocenylmethyl methacrylate)] Diblock Copolymers via Living Anionic Polymerization.</a> Macromolecular Rapid Communications. 30, 1463-1469 (2009).</li><li>Grenier, C., Timberman, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Affinity+Binding+by+a+Fluorescein+Templated+Copolymer+Combining+Covalent,+Hydrophobic,+and+Acid-Base+Noncovalent+Crosslinks.">High Affinity Binding by a Fluorescein Templated Copolymer Combining Covalent, Hydrophobic, and Acid-Base Noncovalent Crosslinks.</a> Sensors. 18, 1330 (2018).</li><li>Chiefari, J., Chong, Y. K. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Living+Free-Radical+Polymerization+by+Reversible+Addition&#8722;Fragmentation+Chain+Transfer:+The+RAFT+Process.">Living Free-Radical Polymerization by Reversible Addition&#8722;Fragmentation Chain Transfer: The RAFT Process.</a> Macromolecules. 31, 5559-5562 (1998).</li><li>Perrier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=50th+Anniversary+Perspective+:+RAFT+Polymerization-A+User+Guide.">50th Anniversary Perspective : RAFT Polymerization-A User Guide.</a> Macromolecules. 50, 7433-7447 (2017).</li></ol>

Anvendelse spænding til enten pNIPAM ellerp (NIPAM- b-FMMA) løsninger ændret polymer sammenlægning adfærd som reaktion på temperaturen. Med begge materialer, når en anvendt spænding var til stede, polymerernes volumenstørrelse forblev høj, selv når opløsningerne blev afkølet under deres LCST. Dette var et uventet resultat, da forsøgene uden spænding viste polymerer vender tilbage til deres oprindelige størrelser. Disse eksperimenter giver os mulighed for at konkludere, at for vores temperaturomr?...

Dynamisk lysspredning (DLS) er en teknik til at bestemme partikelstørrelse ved hjælp af tilfældige ændringer i intensiteten af lys spredt gennem opløsning1. DLS er i stand til at måle aggregering af polymerer ved at bestemme partikelstørrelse. Til dette eksperiment blev DLS kombineret med kontrollerede temperaturændringer for at observere, når en polymer aggregater, som er tegn på at overskride den lavere kritiske opløsningtemperatur (LCST)2,3. Under LCST findes der en homogen væskefase. over LCST, polymeren bliver mindre opløselige, aggregater, og kondenserer ud af opløsning. En anvendt spænding (dvs. anvendt potentiale eller elektrisk felt) blev indført på tværs af spredningsfeltet for at observere virkningerne af det elektriske felt på aggregering adfærd og LCST. Anvendelsen af spænding i partikeldimensioneringsmålinger giver mulighed for ny indsigt i partikeladfærd og efterfølgende anvendelser inden for sensorer, energilagring, lægemiddelfremføringssystemer, blød robotteknologi og andre.
I denne protokol blev der anvendt to eksempelpolymerer. Poly( N-isopropylacrylamide), eller pNIPAM, er en termisk følsom polymer, som indeholder både en hydrofile amidgruppe og en hydrofob isopropyl gruppe på den makromolekylære kæde4,5. Termisk-lydhør polymer materialer som pNIPAM har været meget udbredt i kontrolleret lægemiddelfrigivelse, biokemisk adskillelse, og kemiske sensorer i de seneste år3,4. LCST-litteraturværdien af pNIPAM er omkring 30-35 °C4. pNIPAM er typisk ikke elektrokemisk aktiv. Derfor, som en anden prøve polymer en elektrokemisk-aktiv blok blev tilføjet til polymeren. Specifikt blev ferrocenylmethyl methacrylate brugt til at skabe et poly(N-isopropylacrylamide)-blok-poly (ferrocenylmethyl methacrylate) blok-copolymer, eller p(NIPAM- b-FMMA)6,7. Begge eksempler polymerer blev syntetiseret ved reversibel tilføjelse fragmentering kæde-overførsel polymerisation med kontrolleret kædelængde8,9,10. Den ikke-elektrokemisk aktive polymer, pNIPAM, blev syntetiseret som 100 mer ren pNIPAM. Den elektrokemisk aktive polymer, p(NIPAM- b-FMMA), var også 100 mer kædelængde, som indeholder 4% ferrocenylmethyl methacrylate (FMMA) og 96% NIPAM.
I denne artikel, en protokol og metode til at undersøge effekten af anvendt spænding på polymer sammenlægning er påvist. Denne metode kan også udvides til andre anvendelser af DLS, såsom analyse af protein foldning / udfoldelse, protein-protein interaktioner, og agglomeration af elektrostatisk ladede partikler for at nævne nogle få. Prøven blev opvarmet fra 20 °C til 40 °C for at identificere LCST i mangel og tilstedeværelse af et 1 V-anvendt felt. Derefter blev prøven afkølet fra 40 °C til 20 °C uden at forstyrre det anvendte felt for at undersøge eventuelle hysteretiske eller ligevægtseffekter.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>N-Isopropylacrylamide</td>
			<td>Tokyo Chemical Industry CO., LTD</td>
			<td>I0401-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,4-Dioxane</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>39118</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2,2&#34;-Azobis(2-methylpropionitrile)</td>
			<td>SIGMA-ALDRICH</td>
			<td>441090-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cuvette</td>
			<td>Malvern</td>
			<td>DTS0012</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dynamic Light Scattering</td>
			<td>Malvern</td>
			<td>Zetasizer NanoZS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferrocenylmethyl methacrylate</td>
			<td>ASTATECH</td>
			<td>FD13136-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phthalimidomethyl butyl trithiocarbonate</td>
			<td>SIGMA-ALDRICH</td>
			<td>777072-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat</td>
			<td>Gamry</td>
			<td>Reference 600</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

application of voltage in dynamic light scattering particle size analysis

Dynamisk lysspredning (DLS) er en almindelig metode til at karakterisere størrelsesfordelingen af polymerer, proteiner og andre nano- og mikropartikler. Moderne instrumentering tillader måling af partikelstørrelse som en funktion af tid og/ eller temperatur, men i øjeblikket er der ingen enkel metode til udførelse af DLS partikelstørrelse sadel målemål i overværelse af anvendt spænding. Evnen til at udføre sådanne målinger ville være nyttig i udviklingen af elektroaktive, stimuli-responsive polymerer til applikationer såsom sensing, blød robotteknologi, og energilagring. Her præsenteres en teknik, der anvender anvendt spænding kombineret med DLS og en temperaturrampe til at observere ændringer i aggregering og partikelstørrelse i termoresponsive polymerer med og uden elektroaktive monomerer. Ændringerne i aggregering adfærd observeret i disse eksperimenter var kun muligt gennem den kombinerede anvendelse af spænding og temperaturkontrol. For at opnå disse resultater, en potentiostat blev forbundet til en modificeret cuvette for at anvende spænding til en løsning. Ændringer i polymerpartikelstørrelsen blev overvåget ved hjælp af DLS i nærvær af konstant spænding. Samtidig blev de nuværende data produceret, som kunne sammenlignes med partikelstørrelsesdata, for at forstå forholdet mellem nuværende og partikeladfærd. Polymeren poly( N-isopropylacrylamide) (pNIPAM) tjente som en test polymer til denne teknik, som pNIPAM's reaktion på temperaturen er godt undersøgt. Ændringer i den lavere kritiske opløsningstemperatur (LCST) aggregering adfærd pNIPAM og poly( N-isopropylacrylamide)-blok-poly (ferrocenylmethyl methacrylate), en elektrokemisk aktiv blok-copolymer, i overværelse af anvendt spænding er observeret. Forståelse af mekanismerne bag sådanne ændringer vil være vigtigt, når de forsøger at opnå reversible polymer strukturer i overværelse af anvendt spænding.

Realtidsfiloutputtet for hvert løb i temperaturrampen præsenteres som en tabel, som det fremgår af figur 3. Hver post kan vælges uafhængigt for at se volumenstørrelsen (figur 4) og korrelationskoefficienten (figur 5). Volumenpartikelstørrelsesfordeling (PSD) er de mest nøjagtige data til fortolkning af den samlede fordeling og LCST, men dataenes kvalitet bør vurderes via korrelationsgraf (<s...

Watch this Scientific Journal Video about Application of Voltage in Dynamic Light Scattering Particle Size Analysis at JoVE.com

Application of Voltage in Dynamic Light Scattering Particle Size Analysis

Her præsenteres en protokol til anvendelse af spænding på opløsning under målinger af dynamisk lysspredningpartikelstørrelse med den hensigt at udforske effekten af spænding og temperaturændringer på polymersammenlægningen.

Anvendelse af spænding i dynamisk lysspredning partikelstørrelse analyse

Dynamic light scattering (DLS) is a common method for characterizing the size distribution of polymers, proteins, and other nano- and microparticles. ...

Vores protokol undersøger ændringer i stimuli-responsive polymerer, der anvendes i elektrokemiske sensorer under en anvendt spænding i opløsning og gør det muligt at observere påvirkninger i stimuli-responsive polymerer. Fordelene ved denne teknologi er, at det er simpelt og kan bruges til at observere dynamikken i poly-NIPAM med anvendt spænding. Analysen af polymerer og partikler under en anvendt spænding har applikationer i sensorer, blød robotteknologi og energilagring.Nye praktikanter skal passe på at forberede prøven omhyggeligt og for at undgå luftboble med kuvette til optimal dataindsamling. Det er nemt at være skødesløs med enkle analytiske teknikker, så pas på, da små ændringer i protokollen kan føre til variable data. For at forberede prøver til DLS analyse, opløse 10 milligram polymer pulver i 10 milliliter filtreret deioniseret vand og gemme blandingen på fire grader Celsius natten over.For at forberede DLS cuvette, skæres to 6,3 millimeter med 7 centimeter stykker fra enkeltsidet kobbertape og bruge pincet til at holde hvert stykke tape til modsatte sider af indersiden af en DLS prøve cuvette vinkelret på den lyse vej med bunden af båndet nær bunden af cuvette. Fold kanterne af kobbertape over toppen af cuvette og sørg for, at kobbertape er nær toppen af cuvette for at sikre god elektrisk kontakt. Derefter vaskes kuvette tre gange med deioniseret vand dabbing det overskydende vand ud med en lab tørre efter den sidste vask.For at opsætte DLS instrument kontrol, næste morgen, tilsæt 1,5 milliliter deioniseret vand til den forberedte cuvette og tilsæt to dråber af en standard opløsning til cuvette. Sæt cuvette til cuvette indehaveren og pas på, at den lille pil på toppen af cuvette er på linje med cuvette indehaveren og lukke låget. Vælg mål i instrumentsoftwaren, og indstil temperaturen til det eksperimentelle udgangspunkt.Efter målingen skylles kuvetteten, og den forberedte polymertestopløsning filtreres ind i kuvette. Derefter indlæses og måles kuvette som netop demonstreret. Der skal observeres en klar måling af den indledende testopløsning.Hvis du vil konfigurere DLS-måleprotokollen, skal du i instrumentsoftwaren vælge fil og ny for at konfigurere en ny standarddriftsprocedure og klikke på måletype for at vælge trend, temperatur og størrelse. Vælg det relevante materiale- og brydningsindeks under materiale. Vælg det relevante opløsningsmiddel under dispergeringsmiddel.Under sekvens indstille starttemperaturen og sluttemperaturen for både opvarmnings- og køleforsøg. Fjern derefter markeringen i feltet Return til starttemperatur. Vælg et interval for hver temperaturtrinændring, og under størrelsesmåling skal du indstille ligevægtstiden.Vælg tre målinger i automatisk for målingens varighed. Gem derefter protokollen, og luk filen. Hvis der skal anvendes anvendt spænding, skal du vælge to ledninger, der er tynde nok til at passe gennem den lille sprække på øverste højre kant af DLS-kuvetteholderområdet.Strip off isoleringen fra den ene ende af en ledning for at lette en forbindelse til potentiostat. På den modsatte ende af samme ledning lodder du en kort aligatorklemme til ledningen og fastgør klemmen til kuvette. Klem den hvide reference potentiostat bly og den røde counter-potentiostat føre til en af de forberedte ledninger og klemme den grønne arbejder potentiostat bly og den blå arbejder forstand potentiostat føre til den anden forberedte wire.Lad den orange modsans og sorte jord potentiostat fører flyder uden at røre noget andet udstyr eller materialer. Klik på eksperiment og E fysisk elektrokemi på Gamry-softwareværktøjet, og vælg chronoamperometry. Indstil pre-step, trin et og trin to spænding versus henvisning til den anvendte spænding på tværs af hele feltet af cuvette.Indstil spændingen til en volt versus referencen for alle tre trin. Indstil både trin et gang og trin to gang for at styre, hvor længe spændingen skal anvendes, og angiv prøveperioden for at vælge, hvor ofte grafen skal læse og registrere strøm- og spændingsværdierne. Klik på OK. Der vises et aktivt tegn, der angiver, at der anvendes spænding.Klik på Målpunkt i Malvern DLS-softwaren, og klik på Start SOP. Når teksten nederst i standardvinduet i driftsprotokollen læser indsæt celle og trykker på start, når du er klar, skal du klikke på startknappen for at starte eksperimentet. Hver realtidsfiloutput for hver kørsel i temperaturrampen kan vælges uafhængigt for at få vist volumenstørrelsen og korrelationskoefficienten.Korrelationsgrafer, der har en generelt jævn kurve, betragtes som gode kvaliteter, mens ikke-glatte grafer eller data af lav kvalitet bør overvejes med hensyn til udelukkelse fra analysen. Som observeret, poly-NIPAM udviser en LCST ved 30 grader Celsius, en temperatur tæt på litteraturen beskrevet værdier. Uden spænding er poly-NIPAM i stand til at samle og opdele inden for det testede temperaturområde, der vender tilbage til sin oprindelige størrelse og viser den forventede reversibilitet.Med spænding, poly-NIPAM ændringer fra at være opløselig til aggregering til en størrelse på 2, 000 nanometer derefter reducerer til en størrelse på omkring 1.000 nanometer under køling, aldrig vender tilbage til den oprindelige opløselige tilstand. Her vises de aktuelle data fra poly-NIPAM med de anvendte spændings- og opvarmnings- og køleforsøg, der svarer til tidligere data. Til dette eksperiment var 26 grader Celsius et centralt overgangspunkt for poly-NIPAM, hvor der blev observeret en faseændring med DLS.Ved 40 grader Celsius blev den maksimale temperatur i målingen opnået før kølecyklussen. Hvis strømmen ikke overvåges nøje, kan dataene misforstås og potentielt misforstås. For eksempel, i denne analyse, spændingen blev kun anvendt tilfældigt og sporadisk resulterer i en tendens mere ligner ingen spænding tilstand.Standarden er en nyttig indikator for opsætningen og kvaliteten af dataene. Rene standardresultater viser, at eksperimentet kan fuldføres med en større chance for succes. Forskere kan bruge denne procedure til at teste sammenlægning adfærd polymerer eller andre elektrokemisk lydhør polymerer med anvendt spænding.Vi er i øjeblikket ved at undersøge, hvorfor LCST skift, og hvorfor den irreversible sammenlægning adfærd opstår. Vi forventer, at dette videnskabelige spørgsmål giver større indsigt i LCST adfærd.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Quantitative and Qualitative Examination of Particle-particle Interactions Using Colloidal Probe Nanoscopy

Kvantitative og kvalitative Undersøgelse af Particle-partikel vekselvirkninger Brug Kolloid Probe Nanoscopy

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate ...

Diffuse Reflectance Infrared Spectroscopic Identification of Dispersant/Particle Bonding Mechanisms in Functional Inks

Diffus reflektans Infrarød Spektroskopiske Identifikation af dispergeringsmiddel / Partikel Limning Mekanismer i Funktionelle blæk

In additive manufacturing, or 3D printing, material is deposited drop by drop, to create micron to macroscale layers.  A typical inkjet ink is a colloidal ...

Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions

Dynamisk Elektrokemisk Måling af chloridioner

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver ...

Standards for Quantitative Metalloproteomic Analysis Using Size Exclusion ICP-MS

Standarder for Kvantitative Metalloproteomic Analyse Brug Size Udelukkelse ICP-MS

Metals are essential for protein function as cofactors to catalyze chemical reactions. Disruption of metal homeostasis is implicated in a number of ...

Measurement of Particle Size Distribution in Turbid Solutions by Dynamic Light Scattering Microscopy

Måling af Particle Size Distribution i uklare Solutions af Dynamic Light Scattering Microscopy

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a ...

Nanosponge Tunability in Size and Crosslinking Density

Nanosponge Tunability i størrelse og Crosslinking tæthed

We describe a protocol for the synthesis of linear polyesters containing pendant epoxide functionality and their incorporation into a nanosponge with ...

Observation and Analysis of Blinking Surface-enhanced Raman Scattering

Observation og analyse af blinkende overflade-forstærket Raman spredning

From a single molecule at a silver nanoaggregate junction, blinking surface-enhanced Raman scattering (SERS) is observed. Here, a protocol is presented on ...

DNA-magnetic Particle Binding Analysis by Dynamic and Electrophoretic Light Scattering

DNA-magnetiske partikel bindende analyse af dynamiske og elektroforese lysspredning

Isolation of DNA using magnetic particles is a field of high importance in biotechnology and molecular biology research. This protocol describes the ...

Microfluidic Chips for In Situ Crystal X-ray Diffraction and In Situ Dynamic Light Scattering for Serial Crystallography

Microfluidic Chips for In Situ Crystal X-ray Diffraction and In Situ Dynamic Light Scattering for Serial Crystallography

Mikrofluid Chips for In Situ Crystal røntgen diffraktion og In Situ dynamisk lysspredning for serielle krystallografi

This protocol describes fabricating microfluidic devices with low X-ray background optimized for goniometer based fixed target serial crystallography. The ...

Elemental-sensitive Detection of the Chemistry in Batteries through Soft X-ray Absorption Spectroscopy and Resonant Inelastic X-ray Scattering

Elemental-følsomme påvisning af kemi i batterier gennem bløde X-ray Absorption spektroskopi og Resonant uelastisk X-ray spredning

Energy storage has become more and more a limiting factor of today's sustainable energy applications, including electric vehicles and green electric grid ...