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

Авторы хотели бы отметить финансовую поддержку со стороны NSF (CBET 1638893), (CBET 1638896), NIH (P20 GM1131331) и Центра исследований бакалавриата Hamel при UNH. Кроме того, авторы хотели бы признать помощь Дарси Фурнье для оказания помощи в кабелей и Скотт Гринвуд для доступа к DLS.

1. Пример полимерных препаратов
<ol><li>pNIPAM полимерный синтез ПРИМЕЧАНИЕ: Этот препарат производит 10 мл 1 г/л раствора, который достаточно для 3-4 экспериментов.<ol>
<li>Подготовьте линейный аппарат Schlenk. Убедитесь, что холодная ловушка Dewar колба заполнена суспензией сухого льда и аце...

<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>

Применение напряжения к решениям pNIPAM или p(NIPAM - b-FMMA) изменило поведение агрегации полимеров в ответ на температуру. С обоими материалами, когда прикладное напряжение присутствовало, размер тома полимеров оставался высоким даже тогда, когда растворы охлаждались ниже их LCST. Это был н...

Динамическое рассеяние света (DLS) является методом для определения размера частиц с помощью случайных изменений в интенсивности света, рассеянного через решение1. DLS способен измерять агрегацию полимеров, определяя размер частиц. Для этого эксперимента, DLS был в сочетании с контролируемыми изменениями температуры наблюдать, когда полимерные агрегаты, что свидетельствует о превышении нижней критической температуры раствора (LCST)2,3. Под LCST существует одна однородная жидкая фаза; над LCST, полимер становится менее растворимым, агрегаты, и конденсируется из раствора. Прикладное напряжение (т.е. прикладной потенциал или электрическое поле) было введено через поле рассеяния для наблюдения за воздействием электрического поля на поведение агрегации и LCST. Применение напряжения в измерениях размеров частиц позволяет по-новому взглянуть на поведение частиц и последующее применение в области датчиков, хранения энергии, систем доставки лекарств, мягкой робототехники и других.
В этом протоколе были использованы два примера полимеров. Поли (N -изопропилакриламид), или pNIPAM, является термическим чувствительным полимером, который содержит как гидрофильные группы амида и гидрофобных изопропилгрупповой группы на макромолекулярной цепи4,5. Тепловые полимерные материалы, такие как pNIPAM, широко используются в контролируемом выпуске лекарств, биохимическом разделении и химических датчиках в последние годы3,4. Значение литературы LCST pNIPAM составляет около 30-35 градусов по Цельсию4. pNIPAM, как правило, не электрохимически активен. Поэтому в качестве второго образца полимера в полимер был добавлен электрохимически активный блок. В частности, ферроцинметил метакрилат был использован для создания поли(N-изопропилокриламид) -блок-поли(ферроцилметил метакрилат) блок-кополимер, или p (NIPAM -b-FMMA)6,7. Оба примера полимеров были синтезированы обратимым дополнением фрагментации цепной передачи полимеризации с контролируемой длиной цепи8,9,10. Неэлектрохимически активный полимер, pNIPAM, был синтезирован как 100 мер чистый pNIPAM. Электрохимически активный полимер, p(NIPAM - b-FMMA), также был 100 мер длиной цепи, которая содержит 4% ферроцилметил метакрилат (FMMA) и 96% NIPAM.
В этой статье демонстрируется протокол и методология изучения влияния прикладного напряжения на агрегацию полимеров. Этот метод также может быть распространен на другие применения DLS, такие как анализ сворачивания/разворачивания белков, белково-белковых взаимодействий и агломерации электростатически заряженных частиц, чтобы назвать несколько. Образец нагревался от 20 до 40 градусов по Цельсию, чтобы определить LCST при отсутствии и наличии прикладного поля 1 V. Затем образец охлаждался от 40 до 20 градусов по Цельсию, не нарушая прикладное поле для изучения каких-либо исистообразительных или равновесных эффектов.

<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

Динамическое рассеяние света (DLS) является распространенным методом для характеристики распределения размеров полимеров, белков и других нано- и микрочастиц. Современные приборы позволяют измерять размер частиц как функцию времени и/или температуры, но в настоящее время нет простого метода для выполнения измерений распределения размеров частиц DLS в присутствии прикладного напряжения. Возможность проведения таких измерений была бы полезна при разработке электроактивных, стимулирующих полимеров для таких применений, как зондирование, мягкая робототехника и хранение энергии. Здесь представлена техника с использованием прикладного напряжения в сочетании с DLS и температурным пандусом для наблюдения за изменениями в агрегатации и размерах частиц в термочувствительных полимерах с электроактивными мономерами и без них. Изменения в агрегированном поведении, наблюдаемые в ходе этих экспериментов, были возможны только благодаря комбинированному применению контроля напряжения и температуры. Чтобы получить эти результаты, potentiostat был подключен к модифицированной кювет для того, чтобы применить напряжение к решению. Изменения размера частиц полимера отслеживались с помощью DLS при наличии постоянного напряжения. Одновременно были получены текущие данные, которые можно было бы сравнить с данными о размере частиц, чтобы понять взаимосвязь между поведением тока и частиц. Полимерполи (N -изопропилакриламид) (pNIPAM) служил тестовым полимером для этой техники, так как реакция pNIPAM на температуру хорошо изучена. Наблюдаются изменения в низкокритической температуре раствора (LCST) агрегации поведения pNIPAM и поли(N-изопропилацриламидамид)-блока-поли (ферроцилметил метакририл), электрохимически активного бло-кополимера, в присутствии прикладного напряжения. Понимание механизмов, лежащих в основе таких изменений, будет важно при попытке достичь обратимых полимерных структур в присутствии прикладного напряжения.

Выход файла в реальном времени каждого запуска в температурном пандусе представлен в виде таблицы, как видно на рисунке 3. Каждая запись может быть выбрана независимо, чтобы увидеть размер объема(рисунок 4)и коэффициент корреляции<strong cla...

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

Здесь представлен протокол о применении напряжения к раствору при измерениях размера динамического рассеяния света с намерением изучить влияние напряжения и изменения температуры на агрегацию полимеров.

Применение напряжения в анализе динамического рассеяния света

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

Наш протокол исследует изменения в стимулах-реагирующих полимеров, которые используются в электрохимических датчиков под прикладным напряжением в растворе и позволяет наблюдать влияние в стимулы-реагирующих полимеров. Преимущества этой технологии в том, что она проста и может быть использована для наблюдения за динамикой поли-НИПАМ с прикладным напряжением. Анализ полимеров и частиц под прикладным напряжением имеет применение в датчиках, мягкой робототехнике и хранении энергии.Новые стажеры должны позаботиться о том, чтобы тщательно подготовить образец и избежать воздушного пузыря с cuvette для оптимального сбора данных. Легко быть небрежным с простыми аналитическими методами, поэтому позаботьтесь, поскольку небольшие изменения в протоколе могут привести к переменным данным. Чтобы подготовить образцы для анализа DLS, растворите 10 миллиграммов полимерного порошка в 10 миллилитров фильтрованной деионизированной воды и хранить смесь при четырех градусах Цельсия на ночь.Чтобы подготовить DLS cuvette, вырезать два 6,3 миллиметра на 7 сантиметров штук из односторонней медной лентой и использовать пинцет придерживаться каждого куска ленты на противоположные стороны внутри DLS образца кукет перпендикулярно световой путь с нижней части ленты в нижней части кюветт. Сложите края медной ленты поверх кювета убедившись, что медная лента находится в верхней части кювета, чтобы обеспечить хороший электрический контакт. Затем мыть cuvette три раза с деионизированной водой dabbing избыток воды с лабораторным протрите после последней стирки.Чтобы настроить элементы управления прибором DLS, на следующее утро добавьте 1,5 миллилитров деионизированной воды в подготовленный кюветт и добавьте две капли стандартного раствора в кювет. Вставьте кюветт к держатель cuvette заботясь что малая стрелка на верхней части cuvette выровняна с держателем cuvette и закройте крышку. Выберите меру в программном обеспечении прибора и установите температуру до экспериментальной отправной точки.После измерения прополощите кювет и профильтруйте подготовленный полимерный тестовый раствор в кювет. Затем загрузите и измерьте cuvette, как только что продемонстрировано. Следует про наблюдать четкое измерение первоначального тестового решения.Для настройки протокола измерения DLS в программном обеспечении прибора выберите файл и новый для настройки новой стандартной операционной процедуры и нажмите тип измерения, чтобы выбрать тренд, температуру и размер. Под материалом выберите соответствующий материал и рефракционный индекс. Под диспергатором выберите соответствующий растворитель.В соответствии с последовательностью установите температуру старта и температуру конца как для экспериментов по нагреванию, так и для охлаждения. Затем снимите возврат к исходной температуре коробки. Выберите интервал для каждого изменения шага температуры и при измерении размера установите равновесное время.Выберите три измерения в автоматическом режиме для продолжительности измерения. Затем сохраните протокол и закройте файл. Если применяется напряжение, выберите два провода, которые являются достаточно тонкими, чтобы поместиться через небольшую щель на верхнем правом краю области держателя DLS cuvette.Сдирать изоляцию с одного конца одного провода, чтобы облегчить подключение к potentiostat. На противоположном конце той же проволоки, припой короткий зажим алигатора к проводу и прикрепить зажим к cuvette. Зажим белый ссылка potentiostat свинца и красный контр-potentiostat привести к одному из подготовленных проводов и зажим зеленый рабочий potentiostat свинца и синий рабочий смысл potentiostat привести к другой подготовленный провод.Оставьте оранжевый счетчик смысле и черной земле potentiostat приводит плавающей, не касаясь любого другого оборудования или материалов. В панели программного обеспечения Gamry нажмите на эксперимент и физическую электрохимию E и выберите хроноамперометрию. Установите предварительный шаг, шаг один и шаг два напряжения по сравнению со ссылкой на прикладное напряжение по всему полю cuvette.Установите напряжение до одного вольта по сравнению со ссылкой на все три шага. Установите как шаг один раз, так и шаг два времени, чтобы контролировать, как долго напряжение будет применяться и установить период выборки, чтобы выбрать, как часто график будет читать и записывать текущие и значения напряжения. Нажмите OK. Будет отображаться активный знак, указывающий на то, что напряжение применяется.В программном обеспечении Malvern DLS нажмите меру и нажмите кнопку запуска SOP. Когда текст в нижней части стандартного окна операционного протокола читает ячейку вставки и нажмите кнопку, когда она будет готова, нажмите кнопку «Пуск», чтобы начать эксперимент. Каждый выход файла в режиме реального времени каждого запуска в температурной рампе может быть выбран независимо для просмотра размера объема и коэффициента корреляции.Корреляционные графики, которые имеют в целом гладкую кривую, считаются хорошим качеством, в то время как неровные графики или низкое качество данных следует рассматривать для исключения из анализа. Как отмечается, поли-НИПАМ демонстрирует LCST при температуре 30 градусов по Цельсию, близкой к описанным значениям литературы. Без напряжения поли-НИПАМ способен агрегировать и дезагрегировал в пределах испытанного температурного диапазона, возвращаясь к своему первоначальному размеру и демонстрируя ожидаемую обратимость.С напряжением, поли-НИПАМ меняется от растворимого к агрегации до размера 2000 нанометров затем уменьшается до размера около 1000 нанометров во время охлаждения, никогда не возвращаясь к первоначальному растворимому государству. Здесь показаны текущие данные поли-НИПАМ с прикладным напряжением и нагреванием и охлаждением, соответствующие предыдущим данным. В ходе этого эксперимента 26 градусов по Цельсию были ключевой точкой перехода поли-НИПАМ, на которой наблюдалось изменение фазы с помощью DLS.При температуре 40 градусов по Цельсию максимальная температура в измерении была достигнута до цикла охлаждения. Если ток не тщательно контролируется, данные могут быть неправильно истолкованы и потенциально неправильно поняты. Например, в этом анализе напряжение применялось только случайным образом и спорадически, что приводило к тенденции, более похожей на состояние нет напряжения.Стандарт является полезным показателем настройки и качества данных. Чистые стандартные результаты показывают, что эксперимент может быть завершен с более высокими шансами на успех. Исследователи могут использовать эту процедуру для проверки агрегации поведения полимеров или других электрохимически отзывчивых полимеров с прикладным напряжением.В настоящее время мы расследуем, почему сдвиг LCST и почему происходит необратимое поведение агрегации. Мы ожидаем, что этот научный вопрос даст более глубокое представление о поведении LCST.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Количественный и качественный анализ взаимодействий между частицами Использование коллоидных Probe Наноскопия

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

Диффузного отражения инфракрасного спектроскопического идентификации диспергирующих / частиц Адгезивы механизмов в функциональных чернил

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

Динамический Электрохимический Измерение ионы хлора

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

Стандарты для количественного анализа с использованием Metalloproteomic гельпроникающей 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

Измерение Распределение частиц по размерам в мутных растворах с помощью динамического рассеяния света микроскопии

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 перестройки в размер и плотность сшивки

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

Наблюдение и анализ мигает поверхности расширение комбинационного рассеяния

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

ДНК-магнитопорошковый обязательного анализа динамических и электрофоретической рассеяние света

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

Microfluidic чипы для In Situ кристалл рентгеновской дифракции и на месте Динамическое рассеяние света для последовательного кристаллографии

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

Элементаль чувствительных обнаружение химии в батареи через мягкие рентгеновской спектроскопии поглощения и резонансных неупругого рентгеновского рассеяния

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