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

Os autores gostariam de reconhecer o apoio financeiro da NSF (CBET 1638893), (CBET 1638896), NIH (P20 GM113131) e do Hamel Center for Undergraduate Research da UNH. Além disso, os autores gostariam de reconhecer a ajuda de Darcy Fournier para a assistência em cabeamento e Scott Greenwood para acesso ao DLS.

1. Exemplo preparações de polímero
<ol><li>síntese de polímero pNIPAM NOTA: Esta preparação produz 10 mL de solução 1 g/L, o que é suficiente para experimentos 3-4.<ol>
<li>Prepare o aparelho de linha Schlenk. Certifique-se de que o frasco de deguerra de guerra está cheio de um chorume de gelo seco e acetona, ou se uma armadilha mecânica de refrigeração for usada, certifique-se de que a armadilha tenha atingido uma temperatura apropriada.</li>
		<li>Em um frasco de fundo redondo de 50 ...

<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>

A aplicação da tensão às soluçõespNIPAM ou p (NIPAM-b -FMMA) alterou o comportamento de agregação de polímeros em resposta à temperatura. Com ambos os materiais, quando uma tensão aplicada estava presente, o tamanho do volume dos polímeros permaneceu alto mesmo quando as soluções foram resfriadas abaixo de seu LCST. Este foi um resultado inesperado, pois os ensaios sem tensão mostraram os polímeros retornando aos seus tamanhos originais. Esses experimentos nos permitem concluir que para nossa fai...

A dispersão dinâmica de luz (DLS) é uma técnica para determinar o tamanho das partículas através do uso de alterações aleatórias na intensidade da luz espalhadas pela solução1. O DLS é capaz de medir a agregação de polímeros determinando o tamanho das partículas. Para este experimento, o DLS foi associado a mudanças de temperatura controladas para observar quando um polímero agregado, o que indica superar a temperatura de solução crítica mais baixa (LCST)2,3. Abaixo do LCST, existe uma fase líquida homogênea; acima do LCST, o polímero torna-se menos solúvel, agregados e condensa-se fora da solução. Uma tensão aplicada (ou seja, potencial aplicado ou campo elétrico) foi introduzida em todo o campo de dispersão para observar os efeitos do campo elétrico no comportamento de agregação e LCST. A aplicação de tensão em medições de dimensionamento de partículas permite novas percepções sobre o comportamento de partículas e aplicações subsequentes nos campos de sensores, armazenamento de energia, sistemas de entrega de medicamentos, robótica macia e outros.
Neste protocolo, foram utilizados dois exemplos de polímeros. Poly (N-isopropilacrilamida), ou pNIPAM, é um polímero sensível térmico, que contém um grupo de amida hidrofílica e um grupo isopropílico hidrofóbico na cadeia macromolecular4,5. Materiais de polímero de resposta térmica como pNIPAM têm sido amplamente utilizados na liberação controlada de medicamentos, separação bioquímica e sensores químicos nos últimos anos3,4. O valor da literatura LCST do pNIPAM gira em torno de 30-35 °C4. pNIPAM normalmente não é eletroquimicamente ativo. Portanto, como uma segunda amostra de polímero um bloco eletroquimicamente ativo foi adicionado ao polímero. Especificamente, o metocrilado de ferrocenylmefoi foi usado para criar umpoli(N-isopropylacrilamida)-bloco-poliscenylme methacrilate, ou p(NIPAM-b-FMMA)6,7. Ambos os exemplos os polímeros foram sintetizados pela polimerização de fragmentação reversível de fragmentação com comprimento de cadeia controlada8,9,10. O polímero não eletroquimicamente ativo, pNIPAM, foi sintetizado como 100 mer puro pNIPAM. O polímero eletroquimicamente ativo, p (NIPAM-b-FMMA), também tinha 100 mers comprimento sacada, que contém 4% de metocrilato de ferrocentileme (FMMA) e 96% NIPAM.
Neste artigo, é demonstrado um protocolo e metodologia para estudar o efeito da tensão aplicada na agregação de polímeros. Este método também poderia ser estendido a outras aplicações de LLS, como a análise do dobrável/desdobramento de proteínas, interações proteica-proteína e aglomeração de partículas eletrostáticas carregadas para citar algumas. A amostra foi aquecida de 20 °C a 40 °C para identificar o LCST na ausência e presença de um campo aplicado de 1 V. Em seguida, a amostra foi ressada de 40 °C a 20 °C sem interromper o campo aplicado para estudar quaisquer efeitos histeréticos ou de equilíbrio.

<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

A dispersão dinâmica de luz (DLS) é um método comum para caracterizar a distribuição de tamanho de polímeros, proteínas e outras nano-e micropartículas. A instrumentação moderna permite a medição do tamanho das partículas em função do tempo e/ou temperatura, mas atualmente não há um método simples para a realização de medições de distribuição de tamanho de partículas DLS na presença de tensão aplicada. A capacidade de realizar tais medidas seria útil no desenvolvimento de polímeros eletroativos e responsivos a estímulos para aplicações como sensoriamento, robótica macia e armazenamento de energia. Aqui, uma técnica utilizando tensão aplicada aliada ao DLS e uma rampa de temperatura para observar alterações na agregação e tamanho da partícula em polímeros termoresponsivos com e sem monômeros eletroativos é apresentada. As mudanças no comportamento de agregação observadas nesses experimentos só foram possíveis através da aplicação combinada de controle de tensão e temperatura. Para obter esses resultados, um potenciostat foi conectado a um cuvette modificado, a fim de aplicar tensão a uma solução. Alterações no tamanho da partícula de polímero foram monitoradas utilizando DLS na presença de tensão constante. Simultaneamente, foram produzidos dados atuais, que poderiam ser comparados com dados de tamanho de partículas, para entender a relação entre o comportamento atual e das partículas. O polímero poly(N-isopropylacrilamida) (pNIPAM) serviu como polímero de teste para esta técnica, já que a resposta do pNIPAM à temperatura é bem estudada. Alterações no comportamento de agregação de solução de menor crítica (LCST) de pNIPAM e poli(N-isopropylacrylamide)-bloco-poli (metocrilato ferrocenylme), um conpolímero de bloco eletroquimicamente ativo, na presença de tensão aplicada são observadas. Entender os mecanismos por trás dessas mudanças será importante ao tentar alcançar estruturas de polímeros reversíveis na presença de tensão aplicada.

A saída de arquivo em tempo real de cada execução na rampa de temperatura é apresentada como uma tabela, como visto na Figura 3. Cada registro pode ser escolhido independentemente para ver o tamanho do volume (Figura 4) e coeficiente de correlação (Figura 5). A distribuição do tamanho da partícula de volume (PSD) é o dado mais preciso para interpretar a distribuição global e o LCST, mas a...

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

Aqui, um protocolo para aplicar tensão à solução durante medidas dinâmicas de tamanho de partículas de dispersão de luz com a intenção de explorar o efeito das alterações de tensão e temperatura na agregação do polímero é apresentado.

Aplicação da tensão na análise dinâmica do tamanho da partícula de dispersão de luz

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

Nosso protocolo investiga mudanças em polímeros responsivos a estímulos que são usados em sensores eletroquímicos sob uma tensão aplicada na solução e permite que influências em polímeros responsivos a estímulos sejam observadas. As vantagens desta tecnologia são que ela é simples e pode ser usada para observar a dinâmica do poli-NIPAM com tensão aplicada. A análise de polímeros e partículas sob uma tensão aplicada tem aplicações em sensores, robótica macia e armazenamento de energia.Novos estagiários devem ter o cuidado de preparar a amostra cuidadosamente e evitar bolha de ar com cuvette para aquisição ideal de dados. É fácil ser descuidado com técnicas analíticas simples, então tome cuidado, pois pequenas mudanças no protocolo podem levar a dados variáveis. Para preparar amostras para análise de DLS, dissolva 10 miligramas de pó de polímero em 10 mililitros de água deionizada filtrada e armazene a mistura a quatro graus Celsius durante a noite.Para preparar o cuvette DLS, corte duas peças de 6,3 milímetros por 7 centímetros de fita de cobre unilateral e use pinças para enfiar cada pedaço de fita em lados opostos do interior de uma amostra de DLS perpendicular ao caminho de luz com a parte inferior da fita perto da parte inferior do cuvette. Dobre as bordas da fita de cobre sobre a parte superior da cuvette certificando-se de que a fita de cobre está perto da parte superior da cuvette para garantir um bom contato elétrico. Em seguida, lave a cuvette três vezes com água deionizada tirando o excesso de água com um lenço de laboratório após a última lavagem.Para configurar os controles de instrumentos DLS, na manhã seguinte, adicione 1,5 mililitros de água deionizada ao cuvette preparado e adicione duas gotas de uma solução padrão ao cuvette. Insira a cuvette no suporte de cuvette, tomando cuidado para que a pequena seta em cima da cuvette esteja alinhada com o suporte de cuvette e feche a tampa. Selecione a medida no software de instrumento e defina a temperatura para o ponto de partida experimental.Após a medição, enxágue a cuvette e filtre a solução de teste de polímero preparada para dentro da cuvette. Em seguida, carregue e meça o cuvette como apenas demonstrado. Deve-se observar uma medição clara da solução inicial de teste.Para configurar o protocolo de medição DLS, no software de instrumento, selecione arquivo e novo para configurar um novo procedimento operacional padrão e clique no tipo de medição para selecionar a tendência, temperatura e tamanho. Em material, selecione o material apropriado e o índice de refração. Sob dispersão, selecione o solvente apropriado.Em sequência, defina a temperatura inicial e a temperatura final para os experimentos de aquecimento e resfriamento. Em seguida, desmarque o retorno à caixa de temperatura inicial. Selecione um intervalo para cada mudança de etapa de temperatura e, em termos de medição, defina o tempo de equilíbrio.Selecione três medidas automáticas para a duração da medição. Em seguida, salve o protocolo e feche o arquivo. Se for utilizada a tensão aplicada, selecione dois fios finos o suficiente para caber através da pequena fenda na borda superior direita da área do suporte de cuvette DLS.Retire o isolamento de uma extremidade de um fio para facilitar uma conexão com o potencialiostat. Na extremidade oposta do mesmo fio, solde um grampo curto de aligador no fio e conecte o grampo à cuvette. Fixar o chumbo de potencialiostat de referência branca e o contra-potencialiostat vermelho levar a um dos fios preparados e prender o chumbo de potencialiostat de trabalho verde e o senso de trabalho azul potencialiostat levar ao outro fio preparado.Deixe o sentido de contador laranja e os condutores de potencialiostat de solo preto flutuando sem tocar em nenhum outro equipamento ou materiais. Dentro da barra de ferramentas do software Gamry, clique em experimento e eletroquímica física E e selecione cronoamperometria. Defina a pré-etapa, a voltagem passo um e a segunda etapa versus referência à tensão aplicada em todo o campo da cuvette.Defina tensão em um volt versus a referência para as três etapas. Defina o passo uma vez e o segundo passo para controlar quanto tempo a tensão será aplicada e defina o período amostral para selecionar com que frequência o gráfico lerá e registrará os valores de corrente e tensão. Clique em OK. Um sinal ativo será exibido indicando que a tensão está sendo aplicada.No software Malvern DLS, clique em medir e clique em iniciar o SOP. Quando o texto na parte inferior da janela do protocolo de funcionamento padrão ler a célula de inserção e pressionar quando estiver pronto, clique no botão iniciar para iniciar o experimento. Cada saída de arquivo em tempo real de cada execução na rampa de temperatura pode ser selecionada independentemente para visualizar o tamanho do volume e o coeficiente de correlação.Gráficos de correlação que possuem uma curva geralmente suave são considerados de boa qualidade, enquanto gráficos não suaves ou dados de baixa qualidade devem ser considerados para exclusão da análise. Como observado, o poli-NIPAM exibe um LCST a 30 graus Celsius, uma temperatura próxima aos valores descritos pela literatura. Sem tensão, o poly-NIPAM é capaz de agregar e desagregar dentro da faixa de temperatura testada retornando ao seu tamanho original e demonstrando a reversibilidade esperada.Com a tensão, o poli-NIPAM muda de solúvel para agregar para um tamanho de 2.000 nanômetros, em seguida, reduz para um tamanho de cerca de 1.000 nanômetros durante o resfriamento, nunca retornando ao estado solúvel original. Aqui, os dados atuais do poly-NIPAM com os experimentos de tensão e aquecimento e resfriamento aplicados correspondentes aos dados anteriores são mostrados. Para este experimento, 26 graus Celsius foi um ponto de transição chave do poli-NIPAM no qual foi observada uma mudança de fase com DLS.A 40 graus Celsius, a temperatura máxima na medição foi alcançada antes do ciclo de resfriamento. Se a corrente não for cuidadosamente monitorada, os dados podem ser mal interpretados e potencialmente mal interpretados. Por exemplo, nesta análise, a tensão só foi aplicada aleatoriamente e esporadicamente resultando em uma tendência mais semelhante à condição sem tensão.O padrão é um indicador útil da configuração e qualidade dos dados. Resultados padrão limpos mostram que o experimento pode ser concluído com uma maior chance de sucesso. Os pesquisadores podem usar este procedimento para testar o comportamento de agregação de polímeros ou outros polímeros eletroquimicamente responsivos com tensão aplicada.No momento, estamos investigando por que a mudança do LCST e por que o comportamento irreversível de agregação ocorre. Esperamos que essa questão científica forneça maior visão sobre o comportamento da LCST.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

O exame quantitativo e qualitativo dos Interações partícula-partícula coloidal Usando Probe Nanoscopia

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

Química

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

Reflexão difusa no infravermelho espectroscópica Identificação de dispersante / partícula Criar Laços Mecanismos em tintas funcionais

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

Dinâmica eletroquímico Medição de íons cloreto

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

Normas para Análise Quantitativa Metalloproteomic Usando Tamanho Exclusão 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

Medição do Tamanho de Partículas Distribuição em turvas Solutions pela Dynamic dispersão de luz Microscopia

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

Ajustabilidade de Nanoesponjas em Tamanho e Densidade Reticular

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

Observação e Análise da Espalhamento Raman Aprimorado por Superfície do Piscar de Olhos.

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-magnético partícula análise por dispersão de luz dinâmica e eletroforético de vinculação

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

Chips microfluídicos por difração de raio x de cristal In Situ e In Situ Difusão dinâmica da luz de cristalografia de Serial

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-sensíveis à deteção da química em baterias através de espectroscopia de absorção de raios-x moles e espalhamento inelástico de raios-x ressonante

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