Gecontroleerde Synthese en Fluorescentie Tracking of Highly Uniform Poly (<em> N</em> -isopropylacrylamide) Microgels

Stimuli-gevoelige poly (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels ^1,2 zijn continue rente over de afgelopen twee decennia aangetrokken omwille van hun potentieel in diverse slimme toepassingen. Aantoonbare use cases bevatten schakelbare emulsiestabilisatoren ^3-8, microlenzen ^9, celkweek substraten voor gemakkelijke cel oogsten ^10,11, en ​​slimme dragers voor verbindingen met laag molecuulgewicht en andere biomedische gebruikt ^12. Vanuit een fundamenteel onderzoek oogpunt van deze deeltjes zijn bewezen nuttig zijn voor het onderzoeken van onderwerpen, zoals colloïdale interacties ^13-15 en polymeer-oplosmiddel interacties ^16-18.

Succesvolle gebruik van PNIPAM microgels en derivaten daarvan in een bepaalde toepassing vereist gewoonlijk kennis van de gemiddelde deeltjesgrootte en breedte van de deeltjesgrootteverdeling. Voor de juiste interpretatie van de experimentele resultaten met betrekking tot PNIPAM microgels, de deeltjesstructuur, die kan worden beïnvloed door functionele comonomeren, moet gekend worden. Dynamische en statische lichtverstrooiing (DLS en SLS respectievelijk) zijn uitermate geschikt voor het verkrijgen van deze informatie, omdat deze werkwijzen zijn snel en relatief eenvoudig te gebruiken; en ze sonde het deeltje eigenschappen niet-invasief in hun eigen omgeving (dispersie). DLS en SLS ook gegevens verzamelen van de enorme aantal deeltjes vermijden van de vertekening die voortvloeien uit kleine steekproeven, typisch voor microscopie methoden. Daarom is het eerste doel van dit werk is om goede praktijken in te voeren ten aanzien van lichtverstrooiing voor beoefenaars nieuwe colloïdale karakterisering.

Typisch wordt precipitatie polymerisatie in laboratoriumschaal uitgevoerd en vinden van de juiste reactieomstandigheden voor specifieke deeltjeseigenschappen kan moeizaam en vereist vele herhalingen van de synthese. In tegenstelling tot grote batch synthese, niet-geroerde precipitatie polymerisatie ^19,20 is arAPID procedure waarbij batches van verschillende reactantsamenstelling kunnen worden gepolymeriseerd gelijktijdig meegevende deeltjes smalle grootteverdeling. Gelijktijdige polymerisatie minimaliseert experimentele variatie en grote output betekent dat de juiste reactie-omstandigheden snel kan worden gevonden voor opschaling van de reactie. Vandaar ons tweede doel is om het gebruik van niet-geroerde precipitatie polymerisatie aantonen prototyping en toepassingen die een grote hoeveelheid product vereisen.

Verschillende aspecten van de synthese en karakterisering komen samen in het voorbeeld van toepassing van fluorescent gemerkte PNIPAM microgels in colloïdale interactie onderzoek. Hier gebruiken we zeer nauwkeurige enkel deeltje volgen van de verspreiding van gemerkte tracer microgels in dispersie van ongelabelde matrix microgels over een breed matrix concentratiegebied te onderzoeken en op te lossen de kooi effect in geconcentreerde colloïdale dispersie. Wide-field fluorescentie microscopie is goed geschikt for dit doel kan het specifieke gedrag van enkele tracer moleculen karakteriseren van een groot aantal potentieel verschillende soorten matrix. Dit is in tegenstelling tot technieken zoals DLS, SLS en reologie, die het geheel gemiddelde eigenschappen van verschillende metingen en daarom kan het gedrag van kleine aantal probe deeltjes niet worden gevonden in een groot systeem. Verder in dit specifieke voorbeeld lichtverstrooiing conventionele werkwijzen kunnen niet worden ook gebruikt door de hoge concentratie van deeltjes, wat leidt tot een sterke meervoudige verstrooiing ongeldig maakt standaardanalyse. Het gebruik van geautomatiseerde verwerking van gegevens en statistische methoden mogelijk te maken analyse van de totale gedrag van het systeem ook voor enkel deeltje tracking, gemiddeld over grote steekproeven.