Name: application of voltage in dynamic light scattering particle size analysis
Uploaded: 2020-01-24T13:00:00
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著者らは、NSF(CBET 1638893)、(CBET 1638896)、NIH(P20 GM113131)、およびUNHのハーメル学部研究センターからの財政支援を認めたいと思います。さらに、著者らは、DLSへのアクセスのためのケーブル配線とスコット・グリーンウッドの支援のためのダーシー・フルニエの支援を認識したいと考えています。

1. ポリマー製剤の例
<ol><li>pNIPAMポリマー合成 注:この準備は1g/L溶液の10 mLを生成し、3-4の実験のために十分です。<ol>
<li>シュレンク線装置を準備します。冷たいトラップデュワーフラスコがドライアイスとアセトンのスラリーで満たされていることを確認するか、機械式冷凍トラップを使用する場合は、トラップが適切な温度に達していることを確認してください。</li>
		<li>5...

<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>

pNIPAMまたはp(NIPAM-b-FMMA)溶液に電圧を印加すると、温度に応じてポリマー凝集挙が変化しました。両方の材料で、印加電圧が存在する場合、溶液がLCST以下で冷却されてもポリマーの体積サイズは高いままでした。これは、電圧のない試験でポリマーが元のサイズに戻ることを示したため、予想外の結果でした。これらの実験により、温度範囲に対して、加えられる電圧では、pNIPAMに追加...

動的光散乱(DLS)は、溶液1を通じて散乱する光の強度のランダムな変化を用い、粒子サイズを決定する技術である。DLSは、粒子サイズを決定することによってポリマーの凝集を測定することができる。この実験では、DLSを制御温度変化と組み合わせることで、低臨界溶液温度(LCST)2,3を超えることを示すポリマー凝集体を観察した。LCSTの下には、均質な液相が1つ存在する。LCSTの上に、ポリマーは溶けにくくなり、凝集し、溶液から凝縮する。散乱場全体に印加電圧(電位や電界)を導入し、電界が散乱挙動やLCSTに及ぼす影響を観察しました。粒子サイジング測定における電圧の適用は、センサー、エネルギー貯蔵、薬物送達システム、ソフトロボティクスなどの分野における粒子挙動とその後の応用に関する新たな洞察を可能にします。
このプロトコルでは、2つの例のポリマーが使用された。ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)、またはpNIPAMは、高分子鎖4、5上に親水性アミド基と疎水性イソプロピル基の両方を含む熱感受性ポリマーである。pNIPAMのような熱応答性ポリマー材料は、近年3、4において、制御薬物放出、生化学的分離、および化学センサーに広く使用されている。pNIPAMのLCST文献値は30〜35°C4の程度である。pNIPAMは、典型的には電気化学的に活性ではない。そこで、第2の試料ポリマーとして、電気化学的に活性なブロックをポリマーに添加した。具体的には、フェロセニルメチルメタクリル酸エステルを用いて、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)-ブロック-ポリ(フェロセニルメチルメタクリレート)ブロックコポリマー、またはp(NIPAM-b-FMMA)6,7を作成した。いずれの例のポリマーも、制御された鎖長8、9、10で連鎖移動重合を可逆的付加的に付加して合成した。非電気化学的活性ポリマーを、pNIPAM、純粋なpNIPAM100マーとして合成した。電気化学的に活性なポリマーp(NIPAM-b-FMMA)も100のメル鎖長で、4%のフェロセニルメチルメタクリル酸エステル(FMMA)および96%NIPAMを含む。
本稿では、高分子凝集に対する印加電圧の影響を調べるためのプロトコルと方法論を示す。この方法は、タンパク質の折り畳み/展開、タンパク質とタンパク質の相互作用、静電荷電粒子の凝集の分析など、DLSの他の用途にも拡張することができます。試料を20°Cから40°Cまで加熱し、1Vの適用フィールドの存在がないLCSTを同定した。次いで、試料を40°Cから20°Cまで冷却し、適用フィールドを破壊することなく、任意のヒステリティックまたは平衡効果を研究した。

<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

動的光散乱(DLS)は、ポリマー、タンパク質、その他のナノ粒子および微粒子のサイズ分布を特徴付けるための一般的な方法です。現代の計測では、時間や温度の関数として粒径の測定が可能ですが、現在は印加電圧の存在下でDLS粒子径分布測定を行う簡単な方法はありません。このような測定を行う能力は、センシング、ソフトロボット、エネルギー貯蔵などのアプリケーションに対する電気活性、刺激応答性ポリマーの開発に役立ちます。ここでは、DLSと結合した印加電圧と温度ランプを用いて、電気活性モノマーの有無にかかわらず熱応答性ポリマーにおける凝集および粒子サイズの変化を観察する手法が提示される。これらの実験で観察された凝集動作の変化は、電圧と温度制御の組み合わせによる応用によってのみ可能であった。これらの結果を得るために、ポテンショスタットを溶液に電圧を印加するために修正されたキュベットに接続した。ポリマー粒子径の変化は、定電圧の存在下でDLSを用いてモニタリングした。同時に、現在のデータを生成し、粒子サイズデータと比較して、現在と粒子の挙動の関係を理解した。ポリマーポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(pNIPAM)は、温度に対するpNIPAMの応答が十分に研究されているように、この技術の試験ポリマーとして役立った。pNIPAMおよびポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)の低臨界溶液温度(LCST)凝集挙挙の変化は、電気化学的に活性なブロックコポリマーであるブロック-ポリ(フェロセニルメチルメタクリレート)、適用電圧の存在下で観察される。このような変化の背後にあるメカニズムを理解することは、印加電圧の存在下で可逆性ポリマー構造を達成しようとする際に重要です。

図 3に示すように、温度ランプ内の各実行のリアルタイム ファイル出力は、表として示されます。各レコードは、ボリュームサイズ (図 4)と相関係数 (図5)を表示するために個別に選択できます。体積粒度分布(PSD)は、分布全体とLCSTを解釈する最も正確なデータですが、データの品質は相関グラフ(<stron...

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Application of Voltage in Dynamic Light Scattering Particle Size Analysis

ここでは、動的光散乱粒子径測定時に、ポリマー凝集に対する電圧及び温度変化の影響を探ることを目的として、溶液に電圧を印加するプロトコルを提示する。

動的光散乱粒子径解析における電圧の応用

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

当社のプロトコルは、溶液中の印加電圧下で電気化学センサーに使用される刺激応答性ポリマーの変化を調査し、刺激応答性ポリマーの影響を観察することを可能にする。この技術の利点は、それが簡単で、印加電圧でポリNIPAMの動的を観察するために使用することができるということです。印加電圧下でのポリマーと粒子の分析は、センサ、ソフトロボティクス、エネルギー貯蔵に応用されています。新しい研修生は、サンプルを慎重に準備し、最適なデータ取得のためにキュベットで気泡を避けるために注意する必要があります。簡単な分析技術で不注意になることは簡単ですので、プロトコルの小さな変更が可変データにつながる可能性があるので注意してください。DLS分析用のサンプルを調製するには、10ミリグラムのポリマー粉末を10ミリリットルの濾過された脱イオン水に溶解し、混合物を摂氏4度で一晩保存します。DLSキュベットを準備するには、片面銅テープから6.3ミリメートルで7センチメートルの部分を2つカットし、ピンセットを使用して、各テープをCUVETTEの底近くの光路に垂直なDLSサンプルキュベットの内側の反対側に貼り付けます。銅テープの端をキュベットの上部に折り畳み、銅テープがキュベットの上部付近にあることを確認して、良好な電気的接触を確保します。その後、最後の洗浄後にラボワイプで余分な水を手を出して、キュベットを3回洗います。DLS計器コントロールを設定するには、翌朝、準備されたキュベットに1.5ミリリットルの脱イオン水を加え、キュベットに標準溶液を2滴加えます。キュベットの上の小さな矢印がキュベットホルダーに合うようにキュベットホルダーにキュベットを挿入し、蓋を閉じます。計測器ソフトウェアで測定を選択し、温度を実験開始点に設定します。測定後、キュベットをすすい、調製したポリマー試験溶液をキュベットにフィルター処理します。次に、ちょうど実証したようにキュベットをロードして測定します。初期試験溶液の明確な測定を観察する必要があります。DLS測定プロトコルを設定するには、計測器ソフトウェアで、ファイルと新規を選択して新しい標準操作手順を設定し、測定タイプをクリックしてトレンド、温度、サイズを選択します。材料の下で、適切な材料と屈折率を選択します。分散剤の下で、適切な溶媒を選択します。シーケンスの下で、加熱と冷却の両方の実験の開始温度と終了温度を設定します。次に、開始温度に戻るボックスをオフにします。各温度ステップの変化の間隔を選択し、サイズ測定の下で平衡時間を設定します。自動で測定期間を 3 つ選択します。次に、プロトコルを保存してファイルを閉じます。印加電圧を使用する場合は、DLSキュベットホルダー領域の右上端にある小さな割れ目に収まるほど細い2本のワイヤを選択します。ポテンショスタットへの接続を容易にするために、1本のワイヤーの一端から絶縁を取り除きます。同じワイヤーの反対側の端で、短いアリゲータークランプをワイヤーにはんだ付けし、クランプをキュベットに取り付けます。白い参照ポテンショスタットの鉛をクランプし、赤のカウンターポテンショスタットは、準備されたワイヤの1つにつながり、緑色の作業ポテンショスタットリードと青色の作業センスポテンショスタットを他の準備されたワイヤに導くクランプ。オレンジ色のカウンターセンスと黒い地面ポテンショスタットは、他の機器や材料に触れることなく浮いたままにしておきます。Gamry ソフトウェアツールバーで、実験とE物理電気化学をクリックし、クロノアンペロメトリーを選択します。事前ステップ、ステップ1およびステップ2電圧を、キュベットの全フィールド全体で印加された電圧に対して基準値に設定します。電圧を3つのステップすべてで1ボルト対リファレンスに設定します。ステップ 1 回とステップ 2 の両方を設定して、電圧を適用する時間を制御し、サンプル期間を設定して、グラフが電流値と電圧値を読み取って記録する頻度を選択します。[OK] をクリックします。電圧が適用されていることを示すアクティブサインが表示されます。Malvern DLS ソフトウェアで、[メジャー] をクリックし、[SOP の開始] をクリックします。標準の操作プロトコル ウィンドウの下部にあるテキストが挿入セルを読み込み、準備ができたら [開始] をクリックして実験を開始します。温度ランプ内の各実行の各リアルタイムファイル出力を個別に選択して、ボリュームサイズと相関係数を表示できます。一般的に滑らかな曲線を持つ相関グラフは良質と見なされますが、非滑らかなグラフまたは低品質のデータは、分析から除外するために考慮する必要があります。観察されるように、ポリ-NIPAMは、30°CでLCSTを示し、文献に記載された値に近い温度を示す。電圧を持たないポリ-NIPAMは、テストされた温度範囲内で元のサイズに戻り、期待される可逆性を実証することができます。電圧を使用すると、ポリ-NIPAMは可溶性から凝集して2,000ナノメートルのサイズに変化し、冷却中に約1,000ナノメートルのサイズに縮小し、元の可溶性状態に戻ることはありません。ここでは、以前のデータに対応する電圧及び冷暖房実験を用いたポリ-NIPAMからの電流データを示す。この実験では、26°Cが、DLSで位相変化が観察されたポリNIPAMの重要な転移点であった。摂氏40度で、測定の最高温度は冷却サイクルの前に達成された。電流が注意深く監視されていない場合、データが誤解され、誤解される可能性があります。例えば、この分析では、電圧をランダムかつ散発的に適用するだけで、電圧なし条件に近い傾向が生じます。標準は、データの設定と品質の有用な指標です。クリーンな標準結果は、実験が成功の可能性が高いと完了できることを示しています。研究者は、この手順を使用して、ポリマーまたは他の電気化学的に応答性の高いポリマーの集積挙動を電圧を印加してテストすることができます。現在、LCST がずれる理由と、元に戻せない集約動作が発生する理由について調査中です。我々は、この科学的な質問がLCSTの行動に対するより大きな洞察を提供することを期待する。

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