동적 광 산란 입자 크기 분석에 전압 적용
Summary
여기서, 폴리머 응집에 대한 전압 및 온도 변화의 효과를 탐구하고자 하는 의도로 동적 광 산란 입자 크기 측정 시 용액에 전압을 적용하는 프로토콜이 제시된다.
Abstract
동적 광 산란(DLS)은 중합체, 단백질 및 기타 나노 및 미립자의 크기 분포를 특성화하는 일반적인 방법입니다. 현대계측은 시간 및/또는 온도의 함수로 입자 크기를 측정할 수 있지만, 현재 는 인가 된 전압이 있는 경우 DLS 입자 크기 분포 측정을 수행하는 간단한 방법이 없습니다. 이러한 측정을 수행하는 능력은 감지, 소프트 로봇 공학 및 에너지 저장과 같은 응용 분야에 대한 전기 활성, 자극 반응 폴리머의 개발에 유용 할 것입니다. 여기서, 전기활성 단량체가 유무에 관계없이 열반응 폴리머의 응집 및 입자 크기의 변화를 관찰하기 위해 DLS 및 온도 램프와 결합된 인가 전압을 사용하는 기술이 제시된다. 이러한 실험에서 관찰된 응집 거동 변화는 전압 및 온도 제어의 결합 된 적용을 통해서만 가능했습니다. 이러한 결과를 얻기 위해, potentiostat는 용액에 전압을 가하기 위해 수정된 큐벳에 연결되었다. 폴리머 입자 크기의 변화는 일정한 전압이 있는 경우 DLS를 사용하여 모니터링되었습니다. 동시에 현재 데이터와 입자 크기 데이터를 비교할 수 있는 현재 데이터가 생성되어 현재 및 입자 동작 간의 관계를 이해할 수 있습니다. 중합체폴리(N-이소프로필라크릴라미드)(pNIPAM)는 온도에 대한 pNIPAM의 반응이 잘 연구됨에 따라 이 기술에 대한 시험 중합체로서 사용하였다. pNIPAM 및 폴리(N-isopropylacrylamide)의 저임계 용액 온도(LCST) 응집 거동에서의 변화는-블록-폴리(ferrocenylmethylmethacrylate), 전기화학적 활성 블록-공중합체, 인가된 전압의 존재 하에서 관찰된다. 인가 된 전압이있는 경우 가역적 인 폴리머 구조를 달성하려고 할 때 이러한 변화의 뒤에 메커니즘을 이해하는 것이 중요합니다.
Introduction
동적 광 산란(DLS)은 용액1을통해 산란된 빛의 강도에 임의의 변화를 사용하여 입자 크기를 결정하는 기술이다. DLS는 입자 크기를 결정하여 폴리머의 응집을 측정할 수 있습니다. 본 실험에서, DLS는 낮은 임계 용액 온도(LCST)2,3을초과하는 것을 나타내는 중합체 응집체때 관찰하기 위해 제어된 온도 변화와 결합되었다. LCST 아래에는 하나의 균질성 액체 상이 존재합니다. LCST 위에, 중합체는 용해성, 응집체 및 용액에서 응축됩니다. 적용 된 전압 (즉, 적용 된 전위 또는 전기장) 응집 동작 및 LCST에 전기장의 영향을 관찰 하기 위해 산란 필드에 걸쳐 도입 되었다. 입자 크기 측정에서 전압을 적용하면 센서, 에너지 저장, 약물 전달 시스템, 소프트 로봇 등 다양한 분야에서 입자 거동 및 후속 애플리케이션에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있습니다.
이 프로토콜에서, 2개의 예시 중합체가 사용되었다. 폴리(N-isopropylacrylamide) 또는 pNIPAM은, 광수분자 사슬 에 친수성 아마이드 기 및 소수성 이소프로필 기 모두를 포함하는 열에 민감한 중합체이다4,5. pNIPAM과 같은 열 반응 성 폴리머 재료는 최근3,4에서통제 약물 방출, 생화학 적 분리 및 화학 센서에 널리 사용되어 왔다. pNIPAM의 LCST 문헌 값은 약 30-35 °C4입니다. pNIPAM은 전형적으로 전기화학적으로 활성화되지 않습니다. 따라서, 제2 샘플 중합체로서 전기화학적 활성 블록을 중합체에 첨가하였다. Specifically, ferrocenylmethyl methacrylate was used to create a poly(N-isopropylacrylamide)-block-poly(ferrocenylmethyl methacrylate) block-copolymer, or p(NIPAM-b-FMMA)6,7. 두 예 중합체 모두 제어 된 사슬 길이8,9,10을가진 가역 적 첨가 단편화 사슬 전달 중합에 의해 합성되었다. 비전기화학적 활성 폴리머인 pNIPAM을 100 머퓨어 pNIPAM으로 합성하였습니다. 전기화학적 활성 중합체p(NIPAM-b-FMMA)는 또한 100메르 사슬 길이였으며, 이는 4% 페로세닐메틸 메타크릴레이트(FMMA) 및 96% NIPAM을 함유하였다.
이 문서에서는 중합체 응집에 대한 인가 전압의 영향을 연구하는 프로토콜 및 방법론이 입증되었습니다. 이 방법은 또한 단백질 접기/전개, 단백질 단백질 상호 작용 및 정전기로 충전된 입자의 응집 분석과 같은 DLS의 다른 응용 분야로 확장될 수 있습니다. 샘플을 20°C 에서 40°C로 가열하여 1V 적용 필드의 부재 및 존재 시 LCST를 식별하였다. 이어서, 샘플을 임의의 히스테리또는 평형 효과를 연구하기 위해 적용된 필드를 방해하지 않고 40°C 에서 20°C로 냉각시켰다.
Protocol
Representative Results
Discussion
pNIPAM 또는 p(NIPAM-b-FMMA) 용액에 전압을 가하여 온도에 반응하여 중합체 응집 거동을 변화시켰습니다. 두 재료 모두 인가된 전압이 있을 때 용액이 LCST 이하로 냉각된 경우에도 폴리머의 부피 크기가 높게 유지되었습니다. 전압이 없는 시험에서 중합체가 원래 크기로 돌아오는 것을 보여주었기 때문에 이것은 예상치 못한 결과였습니다. 이러한 실험을 통해 우리는 온도 범위와 적용된 전압을 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 NSF (CBET 1638893), (CBET 1638896), NIH (P20 GM113131), UNH에서 학부 연구를위한 하멜 센터의 재정 지원을 인정하고 싶습니다. 또한, 저자는 DLS에 대한 액세스를 위해 케이블 링과 스콧 그린 우드의 지원에 대한 Darcy Fournier의 지원을 인식하고 싶습니다.
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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