Synthèse contrôlée et le suivi Fluorescence de très uniforme Poly (<em> N</em> -isopropylacrylamide) microgels
Summary
Polymérisation par précipitation non agité fournit une approche de prototypage rapide, reproductible à la synthèse de stimuli-sensibles poly (N -isopropylacrylamide) microgels de distribution de taille étroite. Dans cette synthèse de protocole, la caractérisation de la diffusion de la lumière et unique suivi de fluorescence des particules de ces microgels dans une configuration de microscopie à champ large sont démontrées.
Abstract
Stimuli sensible poly (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels ont diverses applications pratiques prospectives et utilise dans la recherche fondamentale. Dans ce travail, nous utilisons seule particule suivi microgels de PNIPAM des marquées par fluorescence comme une vitrine pour la taille tuning microgel par un procédé de polymérisation de précipitation rapide non agité. Cette approche est bien adaptée pour le prototypage de nouvelles compositions de réaction et les conditions ou pour des applications qui ne nécessitent pas de grandes quantités de produit. synthèse de Microgel, la taille des particules et la détermination de la structure par diffusion de lumière dynamique et statique sont détaillés dans le protocole. Il est montré que l'addition de comonomères fonctionnels peuvent avoir une grande influence sur la nucléation des particules et la structure. suivi de particules unique par grand champ microscopie par fluorescence permet une enquête sur la diffusion de microgels traceurs marqués dans une matrice concentrée de microgels non marqués, un système pas facilement étudiée pard'autres méthodes telles que la diffusion de lumière dynamique.
Introduction
Stimuli sensible poly (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels 1,2 ont suscité un intérêt continu au cours des deux dernières décennies , en raison de leur potentiel dans diverses applications intelligentes. Les cas d'utilisation comprennent des stabilisants commutables démontrées en émulsion 3-8, 9 microlentilles, des substrats de culture cellulaire pour faciliter la récolte des cellules 10,11 et les transporteurs à puce pour des composés à faible poids moléculaire et d' autres utilisations biomédicales 12. D'un point de la recherche fondamentale de vue ces particules se sont avérées être utiles pour enquêter sur des sujets tels que les interactions colloïdales 13-15 et les interactions polymère-solvant 16-18.
L'utilisation réussie des microgels de PNIPAM et de leurs dérivés dans une application donnée nécessite généralement la connaissance de la taille moyenne des particules et la largeur de la distribution des tailles des particules. Pour l'interprétation correcte des résultats expérimentaux impliquant PNIPAM microdes gels, de la structure des particules, qui peut être affectée par des comonomères fonctionnels, doit être connue. diffusion de la lumière dynamique et statique (DLS et SLS, respectivement) sont particulièrement adaptés pour l'acquisition de ces informations parce que ces méthodes sont rapides et relativement facile à utiliser; et ils sondent les propriétés des particules non effractive dans leur environnement natif (dispersion). DLS et SLS recueillent également des données de grand nombre de particules en évitant les biais résultant de petite taille des échantillons, typiques pour les méthodes de microscopie. Par conséquent, le premier objectif de ce travail est de présenter les bonnes pratiques en ce qui concerne la diffusion de la lumière pour les praticiens de nouvelles à la caractérisation colloïdale.
En règle générale, la polymérisation par précipitation est effectuée à l'échelle du laboratoire et de trouver les conditions de réaction bonnes pour les propriétés spécifiques de particules peuvent être laborieux et nécessitent de nombreuses répétitions de la synthèse. Contrairement à la synthèse à grande discontinu, la polymérisation non agitée précipitation est de 19,20 arProcédure de apid dans lequel les lots de composition de réactifs différents peuvent être simultanément polymérisée particules plastification de distribution de taille étroite. polymérisation simultanée minimise la variation expérimentale et signifie grande sortie que les conditions de réaction de droite peuvent être trouvés rapide pour upscaling la réaction. Par conséquent, notre deuxième objectif est de démontrer l'utilité de la polymérisation non agitée précipitation dans le prototypage et dans les applications qui ne nécessitent pas une grande quantité de produit.
Différents aspects de la synthèse et la caractérisation sont réunis dans l'exemple d'application marqués par fluorescence microgels de PNIPAM dans la recherche sur l'interaction colloïdale. Ici, nous utilisons un suivi unique de particules de haute précision pour étudier la diffusion des microgels traceurs marqués dans la dispersion de microgels de matrice non marqués sur une large plage de concentration de la matrice et de résoudre l'effet de cage en dispersion colloïdale concentrée. Grand champ microscopie à fluorescence est bien adapté for cet effet, comme on peut caractériser le comportement spécifique de quelques molécules de traceur parmi un grand nombre d'espèces potentiellement différentes de la matrice. Ceci est en contraste avec des techniques telles que DLS, SLS et la rhéologie, qui mesurent les propriétés moyennes d'ensemble des systèmes et donc ne peut pas résoudre le comportement du petit nombre de particules de sonde dans un grand système. En outre, dans cet exemple spécifique des méthodes de diffusion de lumière classiques ne peuvent pas être utilisés aussi en raison de la concentration de particules élevée, ce qui conduit à une forte diffusion multiple viciant toute analyse standard. Utilisation du traitement automatisé des données et des méthodes statistiques permettant l'analyse du comportement global du système aussi pour le suivi des particules individuelles, en moyenne sur les grandes tailles d'échantillon.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'addition de petites quantités de co-monomère fonctionnel peut avoir un effet significatif sur la taille des particules et la structure des dérivés PNIPAM microgels. Simultanée à petite échelle polymérisation en tube à essai est une bonne méthode pour tenir compte de ces changements, et aide à trouver rapidement les compositions réactives à droite pour la taille de particule cible pour upscaling la réaction selon les b…
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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