电压在动态光散射粒子尺寸分析中的应用
Summary
这里提出了在动态光散射颗粒尺寸测量过程中将电压应用于溶液的协议，旨在探索电压和温度变化对聚合物聚合的影响。
Abstract
动态光散射 （DLS） 是描述聚合物、蛋白质和其他纳米和微粒大小分布的常见方法。现代仪器允许测量颗粒大小作为时间和/或温度的函数，但目前没有简单的方法在应用电压的情况下执行 DLS 颗粒大小分布测量。执行此类测量的能力将有助于开发用于传感、软机器人和储能等应用的电活性、刺激响应聚合物。这里介绍了一种利用施加电压与DLS和温度斜坡相结合的技术，用于观察带和无电活性单体的热响应聚合物的聚合和颗粒尺寸变化。这些实验中观察到的聚合行为变化只能通过电压和温度控制的组合应用才有可能。为了获得这些结果，将电位器连接到经过修饰的比色皿，以便对溶液施加电压。在恒定电压存在的情况下，使用DLS监测聚合物颗粒尺寸的变化。同时，生成了当前数据，这些数据可与粒子大小数据进行比较，以了解当前行为和粒子行为之间的关系。聚合物聚物（N-丙丙丙烯酰胺）（pNIPAM）作为该技术的测试聚合物，因为pNIPAM对温度的反应得到了很好的研究。观察pNIPAM和聚氨酯（N-同丙烯酰胺）-块-聚物（铁甲基丙烯酸酯）的低临界溶液温度（LCST）聚集行为的变化，这是一种电化学活性块共聚物，存在施加电压。当试图在施加电压的情况下实现可逆聚合物结构时，了解这种变化背后的机制非常重要。
Introduction
动态光散射（DLS）是一种通过随机改变通过溶液1散射的光强度来确定颗粒大小的技术。DLS 能够通过确定颗粒尺寸来测量聚合物的聚合。在本实验中，DLS与受控温度变化相结合，以观察聚合物聚集物时，该聚合物指示超过较低临界溶液温度（LCST）2、3。在LCST下方，存在一个均质液相;在LCST之上，聚合物变得不溶性、聚合和冷凝出溶液。在散射场中引入一个施加的电压（即应用电位或电场），以观察电场对聚合行为和LCST的影响。电压在颗粒尺寸测量中的应用有助于深入了解粒子行为以及随后在传感器、储能、药物输送系统、软机器人等领域的应用。
在该协议中，使用了两个示例聚合物。聚类（N-异丙烯酰胺），或pNIPAM，是一种热敏聚合物，它同时含有亲水酰胺组和大分子链4，5上的疏水异丙基组。热反应聚合物材料，如pNIPAM，近年来已广泛应用于受控药物释放、生化分离和化学传感器。pNIPAM 的 LCST 文献值约为 30-35 °C4。pNIPAM 通常不具有电化学活性。因此，作为第二样品聚合物，在聚合物中加入了电化学活性块。具体来说，铁甲基丙烯酸酯用于创建聚（N-丙烯酰胺）-聚聚（铁甲基丙烯酸酯）块-共聚物，或p（NIPAM-b-FMMA）6、7。两种示例聚合物均通过可逆添加碎片链转移聚合合成，其链长度为8、9、10。非电化学活性聚合物pNIPAM合成为100mer纯pNIPAM。电化学活性聚合物p（NIPAM-b-FMMA）的链长为100mer，含有4%的甲基丙烯酸酯（FMMA）和96%的NIPAM。
本文介绍了一种研究施加电压对聚合物聚合影响的协议和方法。该方法还可以扩展到DLS的其他应用，例如分析蛋白质折叠/展开、蛋白质-蛋白质相互作用以及静电带电粒子的聚集等。样品从20°C加热至40°C，以在1V应用场不存在的情况下识别LCST。然后，将样品从40°C冷却至20°C，同时不中断应用场以研究任何滞后或平衡效应。
Protocol
Representative Results
Discussion
对pNIPAM或p（NIPAM-b-FMMA）溶液施加电压改变了聚合物聚集行为，以响应温度。在这两种材料中，当存在施加电压时，即使溶液冷却到LCST以下，聚合物的体积尺寸仍然很高。这是一个意想不到的结果，因为没有电压的试验表明聚合物恢复到原来的尺寸。这些实验使我们能够得出结论，对于我们的温度范围，并在施加电压下，聚合物聚合不是完全可逆的，无论在pNIPAM中添加的电活性单体是什么?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
作者感谢NSF（CBET 1638893）、（CBET 1638896）、NIH（P20 GM1113131）和联合国大学哈默本科研究中心的财政支持。此外，提交人希望感谢达西·富尼耶协助布线和斯科特·格林伍德访问DLS。
Materials
| N-Isopropylacrylamide | Tokyo Chemical Industry CO., LTD | I0401-500G | |
| 1,4-Dioxane | Alfa Aesar | 39118 | |
| 2,2"-Azobis(2-methylpropionitrile) | SIGMA-ALDRICH | 441090-100G | |
| Cuvette | Malvern | DTS0012 | |
| Dynamic Light Scattering | Malvern | Zetasizer NanoZS | |
| Ferrocenylmethyl methacrylate | ASTATECH | FD13136-1G | |
| Phthalimidomethyl butyl trithiocarbonate | SIGMA-ALDRICH | 777072-1G | |
| Potentiostat | Gamry | Reference 600 |
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