Kontrollierte Synthese und Fluoreszenz-Tracking von Hoch Uniform Poly (<em> N</em> Isopropylacrylamid) Mikrogele
Summary
Nicht gerührt Fällungspolymerisation liefert eine schnelle, reproduzierbare Prototyping Ansatz zur Synthese von Stimuli empfindlichen Poly (N Isopropylacrylamid) Mikrogele mit enger Größenverteilung. In diesem Protokoll Synthese, Charakterisierung Lichtstreuung und Einzelpartikelfluoreszenz-Tracking dieser Mikrogele in einem Weitfeldmikroskopie Einrichtung demonstriert.
Abstract
Stimuli-sensitive Poly (N Isopropylacrylamid) (PNIPAM) Mikrogele haben verschiedene potenzielle praktische Anwendungen und nutzt in der Grundlagenforschung. In dieser Arbeit verwenden wir einzelne Partikel von fluoreszenzmarkierten PNIPAM-Mikrogele als Schaufenster für Tuning Mikrogel Größe durch eine schnelle nicht gerührten Fällungspolymerisation Verfahren zu verfolgen. Dieser Ansatz eignet sich für das Prototyping neuer Reaktionszusammensetzungen und Bedingungen oder für Anwendungen, die keine großen Mengen des Produkts benötigen. Microgel Synthese, Partikelgröße und Strukturbestimmung durch dynamische und statische Lichtstreuung sind im Protokoll aufgeführt. Es wird gezeigt, dass die Zugabe von funktionellen Comonomeren einen großen Einfluß auf die Kornkeimbildung und Struktur haben kann. Einzelpartikel Tracking von Weitfeldfluoreszenzmikroskopie ermöglicht eine Untersuchung der Diffusion von markiertem Tracer-Mikrogele in einer konzentrierten Matrix von nicht-markiertem Mikrogele, ein System nicht leicht untersucht durchandere Verfahren, wie beispielsweise dynamische Lichtstreuung.
Introduction
Stimuli-sensitive Poly (N Isopropylacrylamid) (PNIPAM) Mikrogele 1,2 haben kontinuierliche Interesse in den vergangenen zwei Jahrzehnten angezogen aufgrund ihres Potenzials in den verschiedenen intelligenten Anwendungen. Nachgewiesene Anwendungsfälle sind schaltbare Emulsionsstabilisatoren 3-8, Mikrolinsen 9, Zellkultur – Substrate für die einfache Zellernte 10,11 und intelligente Träger für niedermolekulare Verbindungen und anderen biomedizinischen 12 verwendet. Aus einer Grundlagenforschung Sicht haben diese Teilchen erwiesen für die Untersuchung Themen wie kolloidale Wechselwirkungen 13-15 und Polymer-Lösungsmittel – Wechselwirkungen 16-18 nützlich.
Erfolgreiche Verwendung von PNIPAM-Mikrogele und ihre Derivate in einer gegebenen Anwendung benötigt typischerweise Wissen über die mittlere Partikelgröße und die Breite der Teilchengrößenverteilung. Für die korrekte Interpretation der experimentellen Ergebnisse Beteiligung PNIPAM MikroGele, die Kornstruktur, die durch funktionelle Comonomere beeinflußt werden kann, muß bekannt sein. Dynamische und statische Lichtstreuung (DLS und SLS sind) sind in einzigartiger Weise geeignet, diese Informationen für den Erwerb, weil diese Methoden sind schnell und relativ einfach zu bedienen; und sie untersuchen die Partikeleigenschaften nicht-invasiv in ihrer natürlichen Umgebung (Dispersion). auch DLS und SLS sammeln Daten aus großen Anzahl von Teilchen, die die Vorspannung die sich aus kleinen Probengrößen, die typisch für Mikroskopieverfahren zu vermeiden. Daher ist das erste Ziel dieser Arbeit für die Praxis gute Praxis in Bezug auf die Lichtstreuung zur Einführung neuer kolloidale Charakterisierung.
Typischerweise wird die Fällungspolymerisation in Labormaßstab durchgeführt und das Finden der richtigen Reaktionsbedingungen für bestimmte Partikeleigenschaften aufwendig und viele Wiederholungen der Synthese erforderlich sein kann. Im Gegensatz zu großen Batch – Synthese, nicht gerührte Fällungspolymerisation 19,20 ist arapid Verfahren, bei dem Chargen unterschiedlicher Reaktionszusammensetzung können gleichzeitig ertragreiche Teilchen mit enger Größenverteilung polymerisiert werden. Die gleichzeitige Polymerisation minimiert experimentelle Variation und große Leistung bedeutet, dass richtige Reaktionsbedingungen schnell gefunden werden kann, um die Reaktion für Upscaling. Daher ist unser zweites Ziel, den Nutzen von nicht gerührten Fällungspolymerisation in Prototyping und in Anwendungen zu zeigen, dass nicht eine große Menge an Produkt erfordern.
Verschiedene Aspekte der Synthese und Charakterisierung kommen zusammen in dem Beispiel der Anwendung der fluoreszenzmarkierten PNIPAM-Mikrogele in kolloidalen Wechselwirkung Forschung. Hier verwenden wir eine hochgenaue Einzelpartikelverfolgung, die Diffusion von markierten Tracers Mikrogele in Dispersion von nicht-markierten Matrix Mikrogele über einen weiten Konzentrationsbereich Matrix zu untersuchen und den Käfig-Effekt in konzentrierter kolloidalen Dispersion lösen. Weitfeld-Fluoreszenzmikroskopie ist gut geeignet, for diesen Zweck, da sie kann unter einer großen Anzahl von potentiell unterschiedlichen Matrixspezies das spezifische Verhalten von einigen Tracermoleküle zu charakterisieren. Dies steht im Gegensatz zu Techniken wie DLS, SLS und Rheologie, die die Gesamtdurchschnittseigenschaften von Systemen messen und daher nicht das Verhalten von kleinen Anzahl von Sonden Teilchen in einem großen System auflösen kann. Weiterhin kann in diesem speziellen Beispiel herkömmlichen Lichtstreuungsverfahren nicht auch aufgrund der hohen Partikelkonzentration verwendet werden, die starke Mehrfachstreuung führt jede Standardanalyse ungültig gemacht. Die Verwendung von automatischen Datenverarbeitung und statistischen Methoden ermöglichen die Analyse von Gesamtsystemverhalten auch für Einzelpartikelverfolgung, wenn über große Probengrößen gemittelt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Zugabe von geringen Mengen von funktionellen Comonomer kann eine signifikante Wirkung auf die Partikelgröße und Struktur der PNIPAM abgeleitet Mikrogele. Gleichzeitige kleine Reagenzglas Polymerisation ist eine gute Methode, um solche Änderungen zu berücksichtigen, und hilft, schnell die richtigen Reaktantenzusammensetzungen für Zielpartikelgröße finden für Upscaling der Reaktion nach Bedarf. Die Masse der Teilchen etwa exponenti…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) is acknowledged for financial support within the Sonderforschungsbereich SFB 985 “Functional Microgels and Microgel Systems”.
Materials
| Acetone | VWR Chemicals | KRAF13455 | |
| Bisacrylamid | AppliChem | A3636 | |
| n-Hexane | Merck | 104374 | |
| N-Isopropylacrylamide | Fisher Scientific | AC412785000 | recrystallized from n-hexane |
| Methacryloxyethyl thiocarbamoyl rhodamine B | Polysciences | 23591 | |
| Potassium peroxodisulfate | Merck | 105091 | |
| Silicone oil 47 V 350 | VWR Chemicals | 83851 | |
| Toluene | Sigma Aldrich | 244511 | |
| F12 Refrigerated/heating circulator | Julabo | 9116612 | |
| Microscope | Olympus | IX83 | |
| XY(Z) Piezo System | Physik Instrumente | P-545.3R7 | |
| 100x Oil immersion objective | Olympus | UPLSAPO | |
| QuadLine Beamsplitter | AHF Analysentechnik | F68-556T | |
| Cobolt Jive 150 laser | Cobolt | 0561-04-01-0150-300 | |
| Multimode Fiber | Thorlabs | UM22-600 | |
| iXON Ultra 897 EMCCD camera | Andor | DU-897U-CS0-BV | |
| Laser goniometer | SLS Systemtechnik | Mark III | |
| CF40 Cryo-compact circulator | Julabo | 9400340 | |
| Laser goniometer system | ALV GmbH | ALV / CGS-8F | |
| Multi-tau corretator | ALV GmbH | ALV-7004 | |
| Light scattering electronics | ALV GmbH | ALV / LSE 5004 | |
| Photon counting module | PerkinElmer | SPCM-CD2969 | 2 units in pseudo cross-correlation mode |
| 633 nm HeNe Laser | JDS Uniphase | 1145P | |
| F32 Refrigerated/heating circulator | Julabo | 9312632 |
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