水中での超分子ポリマーのサイズ、形状と安定性を制御する

スキームは、1。ビルディングブロックのミリモルの濃度で、約5 nmの直径を示す球状の凝集体にクエン酸緩衝液にBTAベースdiscoticsの自己集合。約3 nmと長さ> 25 nmの直径を持つ細長い棒の形成におけるNaClの結果を添加することによりイオン強度を増加させること。 拡大図を表示するには、ここをクリックしてください 。 1。 NaClの濃度の関数としての温度依存CDスペクトルのCD分光法と測定のためのBTA-GD（III）DTPA溶液の調製 100mMクエン酸緩衝液（pH6.0）を準備します。 2 M NaClで100mMクエン酸緩衝液（pH6.0）を準備します。 BTA-GD（III）の100mMクエン酸緩衝液、10mLのDTPA（MW = 3184グラム•モル-1）tの0.254 mgを溶解するarget濃度8•BTA-GD（III）DTPAの10 -3 mMの。 5分のためのソリューションを超音波処理してください。 ソリューションを1センチメートルUVキュベットを記入し、230から350 nmのCDスペクトル及び363から最高強度のCDバンドのCDの冷却曲線（例えば、λ= 269 nm）の測定- 1 K minの速度で283 Kを- 1。 MのNaClの半分の濃度にdiscoticsを希釈し、1MのNaClのイオン強度を増加させるために、BTA-GD（III）DTPAの緩衝溶液クエン酸を緩衝溶液2の同じボリューム、目標濃度4•10 -3を追加します。 BTA-GD（III）DTPAのMM。 5分間増加したイオン強度と渦ソリューションを提供します。 1 K min -1の速度で283 K – 230から350 nmおよび363から最高強度のCDバンドのCDの冷却曲線からCDスペクトルを再測定。 2。 T-依存するためにモデルにT-依存CDのデータを当てはめENTセルフアセンブリ raw CDデータはOrigin 8.5の正規化に輸出された。これが0に等しい、1に等しいとして最低測定温度でのCDの効果として最高測定温度でのCDの効果を定義することによって達成された。 CD効果の大きさは凝集8の度合いに比例するので、正規化されたCD-曲線は凝集の程度に比例します。 正規化されたデータは、ファンデSchoot 8,9により導出T-依存性の自己組織化モデルを使用してOriginPro 8.5の非線形カーブフィットオプションを使用して取り付けました。このモデルでは、核形成と伸長政権は区別されます。最初の伸長体制（T <t e）の凝集の程度は次の式を使用して、装着されました。 上記の式（変数温度、t、およびaggr度隣に含まれていますegation、Φn）の3パラメータ;伸長h e、伸長温度t e（自己組織化が始まる温度）とΦn >•s -1で 。基準として、D 2のHDOの自己拡散OはVARIAN 2 HzのD 2 O標準サンプルで測定され、その標準値に校正されています。凝集体の流体力学的半径R Hを計算するために使用されるモデルは、球状粒子の拡散のためのStokes-Einsteinの関係である。 5。代表的な結果 BTA-M（III）-DTPAにおける1 H-DOSY NMRおよび小角X線散乱測定：クエン酸緩衝液で球状のオブジェクト周辺のGd（III）錯体のイオンの文字は、コア細長い棒状凝集体を重合するように設計されている円盤状のモノマーの一次元成長のフラストレーションを導入しています。魅力的な反発的相互作用のバランスはサイズと凝集体（ スキーム2）の形状を制御します。 スキーム2。 大きさと溶液中の粒子の形状を決定するための強力な手法は、放射光小角X線散乱（SAXS）である。 BTA-GD（III）-DTPAは、クエン酸緩衝液に溶解し、SAXSプロファイルが記録され、地域0.01 <q <0.1Å-1に装着された。低qでゼロに近づく傾斜領域（q <0.06Å-1）は、球状のオブジェクト（ 図1）の存在を示唆し、集計の形状異方性の欠如を示しています。異なる濃度で測定したデータは、3.2 nmの計算された半径rにつながる均一な単分散の球状のフォームファクタを使用して、装着しました。単量体のディスコティックbta-gd（iii）-dtpaの計算幾何学的半径は1に近いアスペクト比を持つ凝集体の存在を示唆している3.0 nmである。 <br /> 図1。0.5〜1.0 mMの（上側）にクエン酸緩衝液にBTA-GD（III）-DTPAのためにSAXSプロファイル（100mMのは、pH 6）。 BTA-YのDOSY NMR（III）-DTPAの50 mM 1.0 mMの（下）のd 6-コハク酸緩衝液。 拡大図を表示するには、ここをクリックしてください 。 自己組織化オブジェクトの球面形状とナノサイズのさらなる証拠を提供するために、我々は、1 Hを行った拡散順序付けられたNMR分光法（1 H-DOSY NMR）（ 図1）。 DOSY-NMRは、流体力学的半径（R H）を計算することができ、そこから集合体の拡散係数の測定を可能にします。のGd（III）が非常に常磁性と1 Hの信号であるため、それによって大幅に拡大されるでしょう、我々は反磁性のY（III）のためのGd（III）を変更しました。重水素化コハク酸バッファー中で集約された磁性円盤状両親媒性物質の拡散係数（50mMの、pHが6、C = 1 mM）を0.69×10-10 M 2 S -1であると決定された。 Stokes-Einsteinの関係を通じて、我々は、球状のサイズの個別のオブジェクト（ 表1）2.9 nmの流体力学的半径R Hを計算します 。このサイズは、BTA-GD（III）-DTPAのためにSAXSデータから得られた値とよく一致している。 BTA-M（III）-DTPA [mm]の D T [10 -10 M 2 S -1] R H [nm]の R bは [nm]の 1 0.69 2.9 3.2 DOSYから、SAXS から b BTA-M（III）-DTPAのためにSAXSとDOSY測定値の表1の結果。 BTA-GD（III）-DTPAでクライオ-TEM：球面のオブジェクトから細長いナノロッドへ一次元スタックの長さ以上の成功した制御のためのさらなる証拠は、クライオTEM顕微鏡写真から得られた。水溶液のガラス化による低温TEMは、自己集合体の構造の形態を保持し、従来のTEM試料作製に関連する影響を与えます乾燥が回避されます。 図2（左）BTA-GD（III）-DTPAが期待される球形を生成することを示していますSAXSとDOSY測定から結果を確認する1 mMの濃度で6 nmに近い直径を持つオブジェクト。これらの知見によると、我々は樹状高分子の分子と同等の10と考えることができる自己離散オブジェクトを取得することができました。 図2 BTA-GdのクライオTEM像（III）-DTPAクエン酸緩衝液で298 K（100 mMのは、pH 6）でガラス化（左）と1mMの、スケールバーは50nmを表しています。（右）1 298クエン酸緩衝液中のK（100 mMのは、pH 6）でガラス化mMと5 Mの全体的なNaCl濃度では、スケールバーは50nmを表しています。 これまでのところ我々は低イオン強度の緩衝溶液中で働いています。周辺の静電反発力がBTA-GD（III）-DTPAは、フラストレート一次元成長の原点であるにM（III）-DTPA錯体をご利用いただけただし、我々は期待している、バッファリングされた環境のイオン強度を増加させる高度に水和対不活性午前1時01分塩を使用して、静電相互作用を減らす必要があり、それゆえ自己さまざまなタイプのオブジェクトが形成されるべきである。 5 M NaClを含有するクエン酸緩衝液中に、この効果は確かに（ 図2右 ）が観察された。高アスペクト比の超分子ポリマー棒状の形成が明らかに高いイオン強度でのクライオ-TEM顕微鏡写真で観察されています。静電遮蔽は、この知見のために最も可能性の高い説明である。 SPHEからの形状の変更6 nmと数百メートルまでの長さの直径を有する細長い棒に、直径約6 nmのrical集計。 BTA-GD（III）-DTPAのCD測定：イオン強度を増加させることにより自己組織化協同組合のスイッチング円偏光二色性（CD）分光法は、左利きと右円偏光の吸収の差を測定します。時ヘリカルオブジェクトは、優先ヘリカルセンスを持って左と右回り円偏光が故にCD-効果を生じさせ、別のエクステントに吸収されます。分子間水素結合が集合内の連続した​​BTA-GD（III）-DTPAとの間に形成されているので、らせん状に並んだとL-フェニルアラニン部分に立体中心は、他の上で1つヘリカルセンスを支持しており、我々は明確なCDを期待してBTA-GD（III）-DTPAベースの集計11,12からのスペクトル。さらに、温度​​依存のCD分光法は強力ですBTA-GD（III）-DTPA重合の自己組織化機構を評価し、形成される凝集体13の安定性に関する結論を導き出すことができるためのツール。 例として、BTA-Gdの室温でのCDスペクトル（III）-DTPAの増加塩濃度（1.0 M NaClを0〜M NaCl）で（100 mMクエン酸バッファー中で8×10 -3 mMまたは4×10 -3 mM）を与えられている図3Aインチ有意に低い濃度は、CD測定のために適用されますが、明確なコットン効果があってもマイクロモル濃度で、無傷の凝集体の存在を示しています。スタックとdiscoticsの良いパッキングの周縁部での減少相互作用のための良い指標である塩濃度を増大させる時にCDスペクトルの形状が変化する。さらに、同じソリューション（363から283 K、λ= 269または278 nmで測定）のCDの冷却曲線は、形状の明確な違い（ 図3B）を示します 。 AP親T 電子アグリゲーションは、CD-効果でより急激な増加によって特徴付けより高い塩濃度、ますます協力機構で、より高い温度にシフトをを開始する温度は、明らかになります。 0 M NaClで冷却曲線が最もisodesmic自己組織化プロセスによって記述されているのに対し、1.0 M NaClで冷却曲線では、協力的な自己組織化プロセス14の典型的なものです。前者の場合には、すべての関連付けの定数は、後者の場合には自己組織化は、少なくとも2つの別個の段階で行われている間に等しいと見なされます。最初のステップでは、 "核"は精力的に非常に不利ですが形成する必要があります。重要な重合温度以下に冷却した後、高分子量の超分子ポリマーに伸長し、指数関数的成長は、次のとおりです。協力的なモデルを使用して、BTA-GDの自己組織化（III）-DTPA 0と1 M NaClの熱力学パラメータを定量化することは明らかにKの減少を明らかにする<サブ>無次元活性化定数は8です。 Kの値を低くクライオ-TEMで観察された非常に細長い超分子ポリマーの形成に表現される自己組織化プロセスにおける協同性の高度を示しています。 BTA-GD（III）-DTPA C NaClを K 8×10 -3 mMの 0 M 5 10 -2 4×10 -3 mMの 1 M -4 1 10 表2 Kで表さ協同度BTA-Gdの温度依存性の自己組織化（III）-DTPA NaCl濃度（C NaCl）の関数としてインチ 図3。BTA-G100mMのクエン酸緩衝液のd（III）-DTPA（低イオン強度、高イオン強度で4×10 -3 mMのC = 8×10 -3 mM）のイオン強度の関数として293 Kで記録] CDスペクトルは、c のNaCl = 0 M – 1.0 M、モル楕円率のΔεは次のように計算されます。Δε= CD-効果/（CXL）ここで、cはモルL〜（-1）におけるBTAの濃度であり、lは cm単位の光路長です。 ; – 1.0 M、Φ1 M NaCl溶液の場合は0 M NaClおよび278 nmのλで測定したB]対応CDの冷却曲線は= 269 nmのNaClの濃度c のNaCl = 0 Mの関数としての凝集Φnの程度として表現さnは、最大のCD-効果によって測定され、CD-効果で割って計算されます。