Síntese controlada e Fluorescência de rastreamento de Poly altamente uniforme (<em> N</em> -isopropylacrylamide) microgéis
Summary
Não agitada polimerização precipitação fornece uma abordagem de prototipagem rápida, reprodutível para a síntese de estímulos-Sensitive poli (N -isopropylacrylamide) microgéis de distribuição de tamanhos estreita. Nesta síntese protocolo, luz caracterização dispersão e rastreamento de partículas de fluorescência única dessas microg�s em uma configuração de microscopia de campo amplo são demonstrados.
Abstract
Estímulos sensíveis poli (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microg�s têm várias aplicações práticas potenciais e usa na investigação fundamental. Neste trabalho, usamos única partícula de rastreamento microg�s PNIPAM de fluorescente etiquetado como uma vitrine para ajustar o tamanho da microgel por um procedimento de precipitação rápida polimerização não se mexeu. Esta abordagem é adequada para prototipagem novas composições e condições de reacção ou para aplicações que não necessitam de grandes quantidades de produto. síntese do microgel, tamanho de partícula e a determinação da estrutura por difusão de luz dinâmica e estática são detalhados no protocolo. Mostra-se que a adição de comonómeros funcionais pode ter uma grande influência sobre a nucleação e a estrutura das partículas. acompanhamento de uma única partícula por microscopia de fluorescência de campo amplo permite uma investigação sobre a difusão de microgéis tracer rotulados de uma matriz concentrada de microgéis não marcado, um sistema que não é facilmente investigado pelaoutros métodos, tais como dispersão de luz dinâmica.
Introduction
Estímulos sensíveis poli (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microg�s 1,2 têm atraído o interesse contínuo sobre as últimas duas décadas devido ao seu potencial em várias aplicações inteligentes. Casos de uso demonstrados incluem estabilizadores comutáveis emulsão 3-8, microlentes 9, substratos de cultura de células para facilitar a colheita de células 10,11 e transportadores inteligentes para compostos de baixo peso molecular e outros biomédica utiliza 12. De um ponto de pesquisa fundamental de vista estas partículas têm provado ser útil para investigar temas como interações coloidais 13-15 e interações polímero-solvente 16-18.
O uso bem sucedido de microgéis PNIPAM e seus derivados em qualquer dada aplicação, tipicamente requer o conhecimento sobre o tamanho de partícula médio e a largura da distribuição de tamanho de partícula. Para a correta interpretação dos resultados experimentais envolvendo PNIPAM microgeles, a estrutura da partícula, que pode ser afectada por comonómeros funcionais, tem de ser conhecida. Estática e dinâmica de espalhamento de luz (DLS e SLS, respectivamente) são excepcionalmente adequado para adquirir esta informação porque esses métodos são rápidos e relativamente fácil de usar; e eles sondar as propriedades de partícula de forma não invasiva no seu ambiente nativo (dispersão). DLS e SLS também coletar dados de grande número de partículas evitando o viés decorrente de pequenos tamanhos de amostra, típicos para métodos de microscopia. Portanto, o primeiro objetivo deste trabalho é apresentar boas práticas em matéria de dispersão de luz para os profissionais novos para a caracterização coloidal.
Tipicamente, a precipitação a polimerização é realizada em escala laboratorial e encontrando as condições de reacção adequadas para as propriedades específicas de partículas pode ser trabalhoso e requerem muitas repetições de síntese. Em contraste com a síntese do lote grande, a polimerização não é agitada precipitação 19,20 ARAPID procedimento no qual os lotes de composição reagente diferente pode ser polimerizado simultaneamente partículas rendimento de distribuição estreita de tamanhos. polimerização simultânea minimiza a variação experimental e grande produção significa que as condições de reação adequadas podem ser encontradas rápida para upscaling a reação. Por isso, o nosso objectivo é a segunda demonstrar a utilidade da polimerização não-precipitação agitada em prototipagem e em aplicações que não requerem uma grande quantidade de produto.
Diferentes aspectos da síntese e caracterização se reúnem no exemplo de aplicação da marcação fluorescente microgéis PNIPAM em investigação interacção coloidal. Aqui usamos rastreamento única partícula de alta precisão para investigar a difusão de microgéis tracer rotulados na dispersão de microgéis de matriz não marcados em uma ampla faixa de concentração da matriz e resolver o efeito gaiola em dispersão coloidal concentrado. microscopia de fluorescência de campo amplo é bem adequado for este propósito, uma vez que pode caracterizar o comportamento específico de algumas moléculas marcadoras entre um grande número de diferentes espécies potencialmente matriz. Isto está em contraste com técnicas tais como DLS, SLS e reologia, que medem as propriedades média do conjunto de sistemas e, portanto, não é possível resolver o comportamento de pequeno número de partículas de sonda num sistema de grande. Além disso, neste exemplo específico métodos de dispersão de luz convencionais não podem ser utilizados também, devido à alta concentração de partículas, o que leva a uma forte dispersão múltipla invalidando a análise standard. Uso de tratamento automatizado de dados e métodos estatísticos permitem a análise do comportamento do sistema geral também para rastreamento de uma única partícula, quando a média ao longo de grandes tamanhos de amostra.
Protocol
Representative Results
Discussion
A adição de pequenas quantidades de co-monómero funcional pode ter um efeito significativo sobre o tamanho das partículas e da estrutura dos microgéis PNIPAM derivado. Simultânea em pequena escala tubo de ensaio de polimerização é um bom método para contabilizar tais mudanças, e ajuda a localizar rapidamente as composições de reagentes adequados para o tamanho de partícula alvo para redimensionar o reacção conforme necess…
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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