Synthese und Charakterisierung von supramolekularen Kolloid-

Mesostrukturierte kolloidale Materialien finden breite Anwendung in Wissenschaft und Technologie, als Modellsysteme für grundlegende Untersuchungen auf atomarer und molekularer Materialien ^1,2, als photonischer Materialien ^3,4, als Drug – Delivery – Systeme ^5,6, als Beschichtungen ⁷ und in der Lithographie für Oberflächenstrukturierung ^8,9. Da lyophoben Kolloide metastabilen Materialien sind, die schließlich irreversibel aggregieren aufgrund der allgegenwärtigen van der Waals-Wechselwirkungen, deren Manipulation in spezifische Zielstrukturen ist notorisch schwierig. Zahlreiche Strategien wurden kolloidale Selbstaufbau , einschließlich der Verwendung von Additiven , um die elektrostatischen tune ^10,11 oder Abreicherung Wechselwirkungen ^12,13 oder externe Trigger, wie Magnet ¹⁴ oder ¹⁵ elektrische Felder zur Steuerung entwickelt. Eine hoch entwickelte alternative Strategie Kontrolle über die Struktur zu erzielen, Dynamik und Mechanik dieser Systeme ist ihre Funktionalisierung with Moleküle durch gezielte und gerichtete Kräfte interagieren. Supramolekularen Chemie bietet eine umfassende Toolbox von kleinen Molekülen mit ortsspezifischen, Richtungs- und starken , aber reversible Wechselwirkungen, die in der Stärke von Losungsmittelpolaritat, Temperatur und Licht ¹⁶ moduliert werden kann. Da ihre Eigenschaften extensiv in der Masse und in Lösung untersucht wurden, sind diese Moleküle attraktive Kandidaten weichen Materialien in exotische Phasen in einer vorhersagbaren Weise zu strukturieren. Trotz der klaren Potential eines solchen integrierten Ansatz kolloidalen Montage über der Supramolekularen Chemie zu orchestrieren, haben diese Disziplinen selten eine Schnittstelle , die Eigenschaften mesostrukturierter kolloidalen Materialien ^17,18 zuzuschneiden.

Eine solide Basis von supramolekularen Kolloide müssen drei Anforderungen erfüllen. Erstens Kopplung des supramolekularen Gruppierung sollte unter milden Bedingungen durchgeführt werden Abbau zu verhindern. Zweitens Oberflächenkräfte bei separations größer als direkten Kontakt sollten von den angebundenen Motiven dominiert werden, was bedeutet, dass unbeschichtete Kolloide fast ausschließlich über Volumenausschluss Wechselwirkungen interagieren sollen. Daher sollten die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Kolloide zugeschnitten werden, um andere Wechselwirkungen inhärent in kolloidalen Systemen zu unterdrücken, wie van der Waals oder elektrostatische Kräfte. Drittens sollte die Charakterisierung für eine eindeutige Zuordnung der Montage auf das Vorhandensein der supramolekularen Einheiten ermöglichen. Um diese drei Voraussetzungen, eine robuste zweistufigen Synthese von supramolekularen Kolloide erfüllen wurde (Abbildung 1a) entwickelt. In einem ersten Schritt hydrophobe NVOC-funktionalisierten Silicateilchen sind zur Dispergierung in Cyclohexan hergestellt. Die NVOC-Gruppe leicht gespalten werden kann, Amin-funktionalisierte Partikel ergibt. Die hohe Reaktivität von Aminen ermöglicht die direkte Nachfunktionalisierung mit der gewünschten supramolekularen Einheit, die eine breite Palette von milden Reaktionsbedingungen. Wir berichten hier über prepare supramolekulare Kolloide durch Funktionalisierung von Silicabeads mit Stearylalkohol und einem Benzol-1,3,5-tricarboxamide (BTA) Derivat ^20. Der Stearylalkohol spielt mehrere wichtige Aufgaben: es macht die Kolloide organophile und führt es mit kurzer Reichweite sterische Abstoßungen , die die nicht – spezifische Interaktion zwischen Kolloide ^21,22 zu reduzieren hilft. van der Waals – Kräfte sind weiter aufgrund der engen Übereinstimmung zwischen dem Brechungsindex der Kolloide reduziert und das Lösungsmittel ^23. Licht-und thermoresponsive Kurzstrecken attraktive Oberflächenkräfte werden durch den Einbau von o – Nitrobenzyl erzeugt BTAs geschützt . ²⁰ O – Nitrobenzyl – Einheit ist ein Foto-spaltbare Gruppe , die blockiert die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen benachbarten BTAs , wenn sie in den Diskoten auf den Amiden aufgenommen (Abbildung 1b). Beim Photo durch UV-Licht, ist die BTA in Lösung können mit identischen BTA Molekülen durch eine 3-fach h zu erkennen und zu interagieren,ydrogen Bindung Array, mit einer Bindungsstärke , die stark temperaturabhängig ¹⁷ ist. Da die van der Waals-Attraktionen sind minimal für Stearyl beschichtete Silicapartikel in Cyclohexan sowie licht- und temperaturunabhängig, die beobachtete stimuliresponsive muss kolloidale Montage sein BTA-vermittelte.

Diese detaillierte Video zeigt, wie supramolekulare Kolloide zu synthetisieren und zu charakterisieren, und wie sie ihre Selbstorganisation bei der UV-Bestrahlung durch konfokale Mikroskopie zu untersuchen. Darüber hinaus, um ein einfaches Bildanalyseprotokoll kolloidale Singuletts von gruppierten Kolloide unterscheiden und die Menge der Kolloide pro Cluster zu bestimmen, gemeldet wird. Die Vielseitigkeit der Synthesestrategie ermöglicht es leicht variieren, um Partikelgröße, Oberflächenabdeckung sowie die eingeführte Bindungseinheit, die neue Wege für die Entwicklung einer großen Familie von kolloidalem Bausteine ​​für mesostrukturierter fortschrittliche Materialien eröffnet.