שליטה על גודל, צורה ויציבות של פולימרים מולקולריים במים

תוכנית 1. הרכבה עצמית של BTA מבוססי discotics ב חיץ ציטראט לתוך אגרגטים כדוריים מראה בקוטר של כ -5 ננומטר, בריכוזים millimolar של אבן הבניין. הגדלת כוח יונית על ידי תוספת של תוצאות NaCl בהיווצרותה של מוטות מאורכים בקוטר של כ 3 ננומטר ומשך> 25 ננומטר. לחץ כאן כדי להציג דמות גדולה . 1. הכנת ה-BTA (III) DTPA פתרונות ספקטרוסקופיה CD ומדידה של ספקטרה טמפרטורה תלוי CD כפונקציה של ריכוז NaCl הכן ציטראט 100 mM חיץ (pH 6.0). הכן ציטראט 100 mM חיץ (pH 6.0) עם 2 מ NaCl. ממיסים 0.254 מ"ג של ה-BTA (III) DTPA (MW = 3184 גרם • mol -1) ב 10 מ"ל של חיץ ציטראט 100 מ"מ, לאarget ריכוז 8 • 10 mM -3 של ה-BTA (III) DTPA. Sonicate פתרון במשך 5 דקות. מלא cuvet UV 1 ס"מ עם פתרון ולמדוד קשת CD מ 230 ל 350 ננומטר קירור CD עקומה על הלהקה הגבוהה ביותר תקליטור עוצמת (למשל λ = 269 nm) 363-283 K בשיעור של 1 K דקות – 1. הוסף באותו נפח של 2 מ 'NaCl שנאגרו פתרון ציטראט שנאגרו הפתרון של ה-BTA (III) DTPA על מנת להגביר את עוצמת יוני עד 1 M NaCl, דילול discotics לריכוז וחצי, ריכוז היעד 4 • 10 -3 מ"מ BTA, ה '(III) DTPA. הפתרון וורטקס עם כוח יונית גדל במשך 5 דקות. מדידה חוזרת קשת CD מ 230 ל 350 ננומטר ו קירור CD עקומה על הלהקה הגבוה ביותר עוצמת CD 363-283 K בשיעור של 1 K דקות -1. 2. התאמת את T תלויי תקליטור נתונים למודל עבור T-תלוייםאף אוזן גרון הרכבה עצמית הנתונים תקליטורים גלם יוצאו אל מקור 8.5 ו מנורמל. זו הושגה על ידי הגדרת אפקט CD בטמפרטורה מדודה ביותר באופן שווה 0, ואת ההשפעה CD בטמפרטורה הנמוכה ביותר נמדדת כשווה 1. מאז גודל אפקט ה-CD, הוא יחסי למידת צבירת 8, לנורמליזציה למוצרי עקומות תקליטורים הן ביחס ישר למידת צבירה. הנתונים לנורמליזציה הותקנו באמצעות עקומת קוי בכושר אפשרות OriginPro 8.5 באמצעות T-תלויים הרכבה עצמית המודל שהפיק ואן דר Schoot 8,9. במודל זה, נוקלאציה ואת המשטר התארכות נבדלים. תואר ראשון של צבירה במשטר התארכות (T <T ה) היה מצויד, באמצעות המשוואה הבאה: המשוואה לעיל מכיל (ליד הטמפרטורה משתנה, T, ואת מידת aggr, egation Φ n) שלושה פרמטרים, כלומר האנתלפיה של התארכות שעות דואר, הטמפרטורה התארכות T E (הטמפרטורה שבה הרכבה עצמית מתחיל) ו פרמטר Φ יום שבת, אשר הציג על מנת להבטיח כי Φ n / Φ יום שבת עושה לא יעלה על האחדות, אשר נובע האילוץ כי רמת צבירה לא יעלה על אחדות. מתאים הופך את האנתלפיה של התארכות שעות E (J / mol) והטמפרטורה התארכות T E (K) המאפיינות את הרכבה עצמית של מולקולות על ריכוז מסוים. כאשר מתאימים, 1 איפוק צריך לציית וזה כי רק את מידת צבירת בטמפרטורות נמוכות מ T e יש להתאים, שכן המשוואה 2.1 תקף רק משטר הארכה. לאחר מכן, תואר מצאו בניסוי של צבירההמשטר נוקלאציה ניתן להתקין, באמצעות המשוואה הבאה: מעל המשוואה מכילה (ליד המשתנים T ו-Φ n) ארבעה פרמטרים אשר כבר 3 שנקבעו עם משוואה 2.1, כלומר האנתלפיה של התארכות שעות דואר, הטמפרטורה התארכות T E ו Φ פרמטר ישב. הפרמטר היחיד הוא ידוע K ערך המתאר את cooperativity של נוקלאציה שלב שבו הוא נמצא על ידי התאמת מידת נמצא בניסוי של צבירה של טמפרטורות מעל T e. 3. הכנת BTA-אלוקים (III) DTPA פתרונות עבור מיקרוסקופית אלקטרונים הילוכים ויזואליזציה של פולימרים מולקולריים באמצעות קריוגני TEM הכן שני מאגרים: 100 ציטראט mM חיץ (pH 6.0) ו – 100 mM ציטראט חיץ (pH 6.0) With 5 M NaCl. ממיסים 0.318 מ"ג של ה-BTA (III) DTPA (MW = 3184 גרם • mol -1) ב 0.1 מ"ל של כל אחד מאגרים מוכנים, ריכוז היעד 1 מ"מ של ה-BTA (III) DTPA. מתהליכי לדוגמה עבור קריוגני TEM מתבצעת באמצעות הרובוט מתהליכי אוטומטית (פיי Vitrobot Mark III). CryoTEM רשתות (R2 / 2 Quantifoil Jena רשתות מ Quantifoil מיקרו כלים בע"מ) הם פני פלזמה טיפול לפני הליך מתהליכי באמצעות 208 Cressington ההפעלה פחמן coater ב mA 5 על 40 s. פתרון מימית מוחל אז במהלך מתהליכי על אוטומטיות פיי Vitrobot ברשת. זה כולל את היישום של המדגם על הרשת, סופג הנוזל העודף כדי ליצור שכבה דקה של פתרון מימית ברשת ו מתהליכי לאחר מכן על ידי טבילה לרשת מהר מאוד אתאן נוזלי. לאחר מתהליכי מדגם נשמר בחנקן נוזלי והועברו באופן ידני על קלטת AUTOLOADER, coole גםד עם חנקן נוזלי. קלטת מוכנס לתוך AUTOLOADER של TEM. כל זה נעשה באופן ידני. הניסויים מתבצעים על cryoTEM TU / e cryoTITAN (פיי), ( www.cryotem.nl ). TU / e cryoTITAN מצויד ההפעלה פליטת שדה (FEG) אקדח kV 300. תמונות נרשמו באמצעות x 2k 2k Gatan מצלמת CCD מצויד עמודה הודעה Gatan אנרגיה מסנן (GIF). 4. 1 H-DOSY תמ"ג מדידות של כדורי עצמית התאספו BTA, ה '(III) DTPA בעוצמה נמוכה יונית הכן 50 מ"מ ד 6-succinate למאגר ב D 2 O ("ה-pH 6.0"); מאגר מוכן ידי המסת ד 6-succinic חומצה D 2 O, ולאחר מכן להתאים את pH עד 6.0 באמצעות 1 M ND 4 OD ב D 2 O. הריכוז הסופי של succinate 50 מ"מ הותאם עם תוספת ד 2 א ' מאז ה '(ג) הוא מאוד פאראמגנטייםו 1 אותות ח היה להיות ובכך הרחיב באופן משמעותי, ה '(III) היה להחליף Y (III). ממיסים 2.98 מ"ג של BTA-Y (III) DTPA (MW = 2979 גרם • mol -1) מ"ל 1 של 50 מ"מ ד 6-succinate חיץ D 2 O ("ה-pH 6.0), ריכוז היעד 1 mM BTA- Y (III) DTPA. את H-1 DOSY מדידות תמ"ג מתבצעות על ספקטרומטר אחדות וריאן 500 Inova מצויד מ"מ 5 ID-PFG בדיקה של וריאן. הניסויים DOSY בוצעו באמצעות DOSY 1-shot (Doneshot, וריאן) רצף הדופק. 90 מעלות הדופק und פעמים ערבוב הותאמו בהתאם. שינויים כימיים היו הפניה באמצעות שינוי כימי של 3 – (trimethylsilyl) propionic-2, 2,3,3 – [D 4] נתרן חומצת מלח (TMSP). דיפוזיה עצמית של HDO שימש לכייל את המדידות, ידוע מהספרות כי עצמי דיפוזיה של HDO ב D 2 O ב 298 K הוא 19.0 מ '× 10-09 פבואר </sup> • s -1. כנקודת התייחסות, עצמי דיפוזיה של HDO ב D 2 O נמדד 2 וריאן הרץ מדגם D 2 O ו מכויל תקן לערך הסטנדרטי שלה. מודל לחישוב רדיוס הידרודינמית R H של אגרגטים את היחס סטוקס-איינשטיין על דיפוזיה של חלקיקים כדוריים. 5. נציג תוצאות 1 H-NMR DOSY מדידות SAXS על BTA-M (III)-DTPA: חפצים כדורית חיץ ציטראט האופי היוני של הפריפריה אלוקים (III) מתחמי מציג תסכול בצמיחה חד ממדית של מונומרים discotic הליבה אשר נועד לפלמר אל מוט כמו אגרגטים מאורכים. איזון בין אינטראקציות אטרקטיבי ודוחה שולט על הגודל והצורה של אגרגטים (ערכת 2). תוכנית 2. טכניקה חזקה כדי לקבוע את גודל וצורה של חלקיקים בתמיסה הוא synchrotron קטן מקור זווית פיזור קרני רנטגן (SAXS). BTA-אלוקים (III)-DTPA פורקה בפתרון חיץ ציטראט לבין פרופילים SAXS נרשמו והתאים באזור 0.01 <ש <0.1 Å -1. השיפוע קרובה לאפס מעלות באזור נמוך q (q <0.06 Å -1) מצביע על חוסר אנאיזוטרופיה הצורה באופן מצטבר, דבר המצביע על נוכחות של עצמים כדוריים (איור 1). הנתונים נמדד בריכוזים שונים הותקנו באמצעות גורם צורה כדורית הומוגנית monodisperse המוביל רדיוס מחושב, R, של 3.2 ננומטר. רדיוס גיאומטרי מחושב של discotic monomeric BTA, ה '(III)-DTPA הוא 3.0 ננומטר, המציעה את הנוכחות של אגרגטים עם יחס הממדים קרוב 1. <br /> באיור 1. פרופילים SAXS עבור BTA, ה '(III)-DTPA במאגר ציטרט (100 מ"מ, ה-pH 6) על 0.5 ו -1.0 מ"מ (למעלה). DOSY התמ"ג של BTA-Y (III)-DTPA ב 50 מ"מ ד 6-succinate למאגר ב 1.0 מ"מ (למטה). לחץ כאן כדי להציג דמות גדולה . על מנת לספק הוכחה נוספת עבור הצורה הכדורית ו ננומטר גודל עצמית התאספו חפצים, הופענו 1 H-דיפוזיה הורה NMR ספקטרוסקופיה (1 H-NMR DOSY) (איור 1). DOSY-NMR מאפשר קביעת מקדמי דיפוזיה של אגרגטים, שממנו רדיוס הידרודינמית (R H) יכול להיות מחושב. מאז ה '(ג) הוא מאוד פאראמגנטיים ו 1 אותות ח היה להיות ובכך הרחיב באופן משמעותי, שינינו את ה' (ג) עבור diamagnetic Y (III). דיפוזיה של מקדמי amphiphile diamagnetic מצטבר discotic ב חיץ succinate deuterated (50 מ"מ, ה-pH 6, C = 1 מ"מ) היה נחוש בדעתו להיות 0.69×10-10 מ '2 של -1. דרך ביחס סטוקס איינשטיין, אנו מחשבים רדיוס הידרודינמית R H של 2.9 ננומטר עבור אובייקטים נפרדים בגודל כדורי (טבלה 1). גודל זה הוא בהסכם מצוין עם ערך התקבל מנתונים SAXS עבור BTA, ה '(III)-DTPA. BTA-M (III)-DTPA [מ"מ] D לא [10 -10 מ 'של 2 -1] R-H [Nm] ר ב [Nm] 1 0.69 2.9 3.2 מ DOSY; ב מ SAXS לוח 1. תוצאות SAXS ומדידות DOSY עבור BTA-M (III)-DTPA. Cryo-TEM על BTA, ה '(III)-DTPA: מעצמים כדורי nanorods מאורכים עדות נוספת עבור מוצלחת לאורך חד ממדית מחסנית התקבל cryo-TEM micrographs. כתוצאה מתהליכי של תמיסות מימיות קריוגני TEM משמר מורפולוגיה מבנית של עצמית התאספו אגרגטים ונמנע ייבוש משפיע על החברה לצורך ההיערכות TEM קונבנציונלי המדגם. איור 2 (משמאל) מראה כי ה-BTA (III)-DTPA מייצר כדורי הצפוי אובייקטים בקטרים ​​קרוב ל 6 ננומטר בריכוז 1 מ"מ, אשר מאשרת את התוצאות של SAXS ומדידות DOSY. על פי ממצאים אלה, הצלחנו להשיג עצמית התאספו אובייקטים נפרדים שיכול להיחשב המקבילה מולקולריים של מקרומולקולות הדנדריטים 10. . איור 2 cryo-TEM תמונות עבור BTA-III (ה '), DTPA (משמאל) 1 מ"מ מזוגגת ב K 298 במאגר ציטרט (100 מ"מ, ה-pH 6), בר בקנה מידה מייצג 50 ננומטר;(מימין) 1 mM מזוגגת ב K 298 במאגר ציטרט (100 מ"מ, ה-pH 6), ריכוז NaCl כולל של 5 מ ', בר בקנה מידה מייצג 50 ננומטר. עד כה עבדנו רק פתרונות שנאגרו כוח יונית נמוכה. עם זאת, אם כוחות הדחייה אלקטרוסטטיים של היקפי טעונה ז (III)-DTPA מתחמי ב-BTA ה '(III)-DTPA הם המקור של צמיחה חד ממדית מתוסכל, ציפינו כי הגדלת כוח יונית הסביבה שנאגרו, באמצעות מלח אינרטי 01:01 עם counterions hydrated מאוד, צריך לצמצם את אינטראקציות אלקטרוסטטיות, ולכן סוג אחר של אובייקט עצמית התאספו צריך להיווצר. במאגר ציטראט המהווים 5 M NaCl השפעה זו אכן נצפתה (תרשים 2, מימין). היווצרות של יחס גבוה כמו מוט פולימרים מולקולריים הוא ציין באופן ברור את חוזק יוני גבוה cryo-TEM micrographs. סינון אלקטרוסטטי הוא ההסבר הסביר ביותר לממצא זה. את הצורה משתנה מ spheהמצרפי rical של כ 6 ננומטר בקוטר כדי מוטות מאורכים בקוטר של 6 ננומטר ואורך של עד מאות ננומטרים אחדים. מדידות התקליטורים של BTA-אלוקים (III)-DTPA: מיתוג שיתופי הרכבה עצמית על ידי הגדלת כוח יונית חוזר dichroism (CD) ספקטרוסקופיה מודד את ההפרש בין קליטת שמאלי ולא ימני אור מקוטב מעגלית. כאשר אובייקט הסליל יש חוש הסליל מועדפת, משמאל ומימין ריקות אור מקוטב מעגלית ייקלטו אל ובמידות שונות, ולכן והוליד אפקט ה-CD. מאז קשרי מימן שנוצר בין מולקולאריים ברציפות BTA, ה '(III)-DTPA בתוך אגרגטים את, מסודרים באופן הסליל והמרכז stereogenic על מחצית L-פנילאלנין מעדיף 1 תחושת הסליל על פני השני, אנו מצפים CD ברור הספקטרום של ה-BTA (III)-DTPA אגרגטים מבוססי 11,12. בנוסף, הטמפרטורה תלויה ספקטרוסקופיה CD הוא חזקכלי להעריך את מנגנון הרכבה עצמית של BTA-אלוקים (III)-DTPA polymerisation ומאפשר להפיק מסקנות על יציבות של אגרגטים שנוצרו 13. לדוגמה, הטמפרטורה בחדר תקליטור הספקטרום של ה-BTA (III)-DTPA (מ"מ 8×10 -3 או mM 4×10 -3 ב חיץ ציטראט 100 מ"מ) עם ריכוז מלח הגדלת (0 M NaCl כדי 1.0 מ 'NaCl) מקבלים ב איור 3 א. למרות ריכוז נמוך משמעותית מוחל על מדידות תקליטורים, כותנה השפעה ברורה מעיד על קיומו של אגרגטים שלמים, אפילו בריכוזים מיקרו. משתנה צורת הספקטרום תקליטור עם הגדלת ריכוז המלח, המהווה אינדיקציה טובה עבור אינטראקציות מופחת בשולי ערימות ואריזה טוב יותר את discotics. בנוסף, הקירור תקליטורים הקימורים של הפתרונות זהה (363-283 K, נמדד λ = 269 או 278 ננומטר) מראים הבדלים ברורים בצורת (איור 3 ב). APהאם T דואר הטמפרטורה שבה צבירה מתחיל, עובר בטמפרטורות גבוהות יותר על ריכוז מלח גבוה מנגנון שיתוף פעולה יותר ויותר, המאופיינת על ידי עלייה חדה יותר השפעה-CD, מתברר. ואילו עקומת קירור ב 0 M NaCl מתוארת בצורה הטובה ביותר על ידי תהליך ההרכבה העצמית isodesmic, עקומת קירור ב 1.0 מ 'NaCl אופייני לתהליך הרכבה עצמית שיתופית 14. במקרה הראשון, כל קבועי העמותה הם מניחים כי שווה ואילו במקרה האחרון, הרכבה עצמית מתרחשת לפחות שני שלבים מובחנים. בשלב הראשון, "הגרעין" צריך להיווצר שהיא במרץ שלילי ביותר. לאחר קירור מתחת לטמפרטורת פילמור קריטי, התארכות וצמיחה מעריכי תוך מולקולריים של פולימרים משקל מולקולרי גבוה כדלקמן. לכימות פרמטרים תרמודינמיים של הרכבה עצמית של BTA-אלוקים (III)-DTPA ב 0 ו 1 M NaCl באמצעות מודל שיתופי מגלה בבירור ירידה K <תת>, שהיא הפעלת מימדים קבוע 8. ערכים נמוכים יותר עבור K עולה דרגה גבוהה יותר של cooperativity בתהליך הרכבה עצמית, אשר באה לידי ביטוי במבנה של פולימרים מולקולריים מאורכים ביותר שנצפו כמו cryo-TEM. BTA-אלוקים (III)-DTPA C NaCl K 8 x10 -3 mM 0 מ ' 5 10 -2 4 x10 -3 mM 1 M 1 -4 10 טבלה 2. מידת cooperativity לידי ביטוי K ב הרכבה עצמית הטמפרטורה תלוי של ה-BTA (III)-DTPA כפונקציה של ריכוז NaCl (C NaCl). איור 3. BTA-Gד (III)-DTPA במאגר ציטראט 100 מ"מ (c = 8 מ"מ X10 -3 בעוצמה יונית נמוך 4 מ"מ X10 -3 בעוצמה יונית גבוהה)] ספקטרום CD נרשם ב K 293 כפונקציה של כוח יונית , ג NaCl = 0 מ '- 1.0 מ', Δε סגלגלות טוחנת מחושב באופן הבא: Δε = CD-אפקט / (cxl) בו C הוא הריכוז של BTA ב -1 mol L ו – L הוא אורך מסלול אופטי ס"מ , b] מקבילים קירור תקליטורים עקומות הנמדדים λ = 269 nm עבור 0 M NaCl ו 278 nm עבור פתרונות 1 ז NaCl כפי שבאה לידי ביטוי מידת צבירת Φ n כפונקציה של ריכוז NaCl ג NaCl = 0 מ '- 1.0 מ', Φ n מחושב על ידי חלוקת מדוד CD-השפעה מקסימלית על ידי CD-לתוקף.