Summary

Síntesis controlada y de seguimiento de la fluorescencia de muy uniforme de poli (<em> N</em> -isopropylacrylamide) microgeles

Published: September 08, 2016
doi:

Summary

Polimerización por precipitación no agitada proporciona un enfoque de prototipado rápido, reproducible para la síntesis de los estímulos sensibles al poli (N -isopropylacrylamide) microgeles de estrecha distribución de tamaños. En esta síntesis protocolo, la caracterización de dispersión de luz y fluorescencia de seguimiento de partículas individuales de estos microgeles en una configuración de la microscopía de campo amplio se demuestran.

Abstract

Los estímulos sensibles poli (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgeles tienen diversas aplicaciones prácticas potenciales y usos en la investigación fundamental. En este trabajo, utilizamos solo rastreo de partículas microgeles de PNIPAM marcados con fluorescencia como un escaparate para el tamaño de sintonía microgel por un procedimiento de polimerización por precipitación no agitada rápida. Este enfoque es muy adecuado para la creación de prototipos nuevas composiciones y condiciones de reacción o para aplicaciones que no requieren grandes cantidades de producto. la síntesis de microgel, tamaño de partícula y la determinación de la estructura mediante dispersión de luz dinámica y estática se detallan en el protocolo. Se muestra que la adición de comonómeros funcionales puede tener una gran influencia sobre la nucleación y la estructura de las partículas. rastreo de partículas Single de campo amplio microscopía de fluorescencia permite una investigación de la difusión de microgeles trazador marcado en una matriz concentrada de microgeles no etiquetados, un sistema que no fue investigado por la facilidadotros métodos tales como dispersión de luz dinámica.

Introduction

Los estímulos sensibles poli (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgeles 1,2 han atraído el interés continuo en las últimas dos décadas debido a su potencial en diversas aplicaciones inteligentes. Casos de uso demostradas incluyen estabilizadores de emulsión conmutables 3-8, microlentes 9, sustratos de cultivo celular para facilitar la recolección de células, 10,11 y portadores inteligentes para compuestos de bajo peso molecular y otros usos biomédicos 12. Desde un punto de vista de investigación fundamental estas partículas se han demostrado ser útiles para la investigación de temas tales como las interacciones coloidales 13-15 y las interacciones de polímero-disolvente 16-18.

El uso exitoso de microgeles de PNIPAM y sus derivados en cualquier aplicación dada normalmente requiere el conocimiento del tamaño de partícula medio y la anchura de la distribución del tamaño de partícula. Para la correcta interpretación de los resultados experimentales implica PNIPAM microgeles, la estructura de las partículas, que puede ser afectada por comonómeros funcionales, tiene que ser conocida. dispersión de luz dinámica y estática (DLS y SLS, respectivamente) son especialmente adecuado para la adquisición de esta información debido a que estos métodos son rápidos y relativamente fácil de usar; y sondean las propiedades de las partículas de forma no invasiva en su ambiente nativo (dispersión). DLS y SLS también recogen datos de gran número de partículas evitando el sesgo derivado de tamaños de muestra pequeños, típicos de métodos de microscopía. Por lo tanto, el primer objetivo de este trabajo es dar a conocer las buenas prácticas en relación con la dispersión de luz de los nuevos practicantes de la caracterización coloidal.

Típicamente, la polimerización por precipitación se lleva a cabo a escala de laboratorio y encontrando las condiciones de reacción adecuadas para propiedades de las partículas específicas puede ser laborioso y requiere muchas repeticiones de la síntesis. En contraste con la síntesis de lotes grandes, polimerización no agitada precipitación 19,20 es arAPID procedimiento en el que los lotes de diferente composición de reactivo puede ser polimerizado partículas simultáneamente rendimiento de estrecha distribución de tamaños. polimerización simultánea minimiza la variación experimental y salida grande significa que las condiciones de reacción adecuadas se pueden encontrar rápida ampliación de la escala de la reacción. Por lo tanto, nuestro segundo objetivo es demostrar la utilidad de la polimerización no se agita la precipitación en la creación de prototipos y en aplicaciones que no requieren una gran cantidad de producto.

Diferentes aspectos de la síntesis y caracterización se unen en el ejemplo de aplicación de la etiqueta fluorescente microgeles de PNIPAM en la investigación de la interacción coloidal. Aquí se utiliza el seguimiento de partícula de gran precisión para investigar la difusión de microgeles trazador marcado en dispersión de microgeles de matriz no marcados en un amplio intervalo de concentración de la matriz y resolver el efecto jaula en dispersión coloidal concentrada. microscopía de fluorescencia de campo amplio es muy adecuado for este propósito, ya que puede caracterizar el comportamiento específico de unas pocas moléculas de trazador entre un gran número de especies potencialmente diferentes de la matriz. Esto está en contraste con las técnicas tales como DLS, SLS y reología, que miden las propiedades medias conjunto de sistemas y por lo tanto no puede resolver el comportamiento de pequeño número de partículas de la sonda en un sistema grande. Además, en este ejemplo específico métodos de dispersión de luz convencionales no pueden ser utilizados también debido a la alta concentración de partículas, lo que conduce a una fuerte dispersión múltiple invalidar cualquier análisis estándar. El uso de tratamiento automatizado de datos y métodos estadísticos permiten el análisis del comportamiento del sistema en general también para el rastreo de partículas individuales, promediada sobre muestras de gran tamaño.

Protocol

1. Síntesis microgel NOTA: -isopropylacrylamide N (NIPAM) se recristalizó en n-hexano. Otros reactivos se utilizaron tal como se recibieron. Síntesis de lotes convencional de poli (NIPAM) microgeles Matrix Disolver 1,8 g de NIPAM y 24 mg de N, N '-bisacrylamide (BIS) en 245 ml filtrados (0,2 micras de celulosa regenerada (RC) filtro de membrana) agua doblemente destilada en un 500 ml de tres bocas matraz de fondo redondo equipado con un condensado…

Representative Results

El número de partículas de microgel de PNIPAM en el lote, y por tanto el volumen de la partícula final, se determina temprano en la reacción durante la fase de nucleación 20 hidrófoba metacriloxietil colorante co-monómero tiocarbamoil rodamina B influye en la nucleación mediante la reducción de la densidad del número de partículas en el lote. La disminución de la concentración de partículas para dos con…

Discussion

La adición de pequeñas cantidades de comonómero funcional puede tener un efecto significativo en el tamaño de partícula y la estructura de los microgeles de PNIPAM derivada. polimerización simultánea tubo de ensayo a pequeña escala es un buen método para dar cuenta de estos cambios, y ayuda a encontrar rápidamente las composiciones de reactivos adecuados para el tamaño de partícula objetivo de ampliación de la escala de la r…

Divulgations

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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Citer Cet Article
Virtanen, O. L. J., Purohit, A., Brugnoni, M., Wöll, D., Richtering, W. Controlled Synthesis and Fluorescence Tracking of Highly Uniform Poly(N-isopropylacrylamide) Microgels. J. Vis. Exp. (115), e54419, doi:10.3791/54419 (2016).

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