Die Autoren erkennen an, der niederländischen Organisation für wissenschaftliche Forschung (NWO ECHO-STIP Zuschuss 717.013.005, NWO VIDI Zuschuss 723.014.006) für die finanzielle Unterstützung.

1. Synthese von Kern-Schale-Silica Particles Anmerkung: Silica - Partikel werden hergestellt nach dem folgenden Verfahren, die auf dem Stöber - Verfahren 24,25 basiert. <ol><li> Synthese von fluoreszierenden Kieselsäure Samen <ol><li> Man löst 105 mg (0,27 mmol) von Fluorescein-isothiocyanat in 5 ml Ethanol gegeben. </li><li> Füge 100 &amp; mgr; l von (3-Aminopropyl) triethoxysilan (APTES, 0,43 mmol) zu der vorherigen Lösung. </li><li> Beschallen die Lösung während 5 Minuten und lassen Sie es bei Raumtemperatur über Nacht unter einer Argonatmosphäre reagieren unter Rühren. Der Farbstoff-funktionalisierte APTES Komplex wird ohne Reinigung verwendet. </li><li> In einem 1 L Rundkolben Mischung 2,5 ml der Farbstoff-funktionalisierten APTES mit 25 ml Ammoniak (25% in Wasser) und 250 ml Ethanol gegeben. </li><li> 10 ml Tetraethylorthosilikat (TEOS) unter dem Meniskus der vorhergehenden Reaktionsmischung mit Hilfe einer Glaspipette while Rühren mit einem Magnetrührer. </li><li> In ähnlicher Weise nach 5 Stunden, eine weitere 1,75 ml TEOS hinzufügen und rühren Sie die Mischung über Nacht unter einer Argonatmosphäre. </li><li> Gießen Sie die Dispersion in mehrere 45-ml-Röhrchen. </li><li> Zentrifugieren Sie die Röhrchen (350 · g, 30 min), entfernen Sie den Überstand und 30 ml frischem Ethanol in jedem Röhrchen. Beschallen die neuen Dispersionen für 3 min und zentrifugieren wieder den Überstand zu entfernen. Wiederholen Sie diese 3-maligem Waschen Schritte. </li><li> Halten Sie die fluoreszierenden Samen in Ethanol in einer Konzentration von etwa 13,6 mg / ml und im Dunkeln (vermeiden Sie Belichtung). </li><li> Bereiten nichtfluoreszierenden Samen nach dem gleichen Verfahren die Zugabe des fluoreszierenden Farbstoff weggelassen wurde. Anmerkung: Nach diesem Verfahren, Samen von etwa 100 nm im Radius erhalten werden. </li></ol></li><li> Synthese von Kern-Schale - Silicateilchen <ol><li> Füllen Sie einen 1 L Rundkolben mit 51 ml Ethanol, 17 ml entionisiertes Wasser, 3,4 ml Ammoniak (25% in Wasser) und 4ml der Keimdispersion (54,4 mg von fluoreszierenden Samen ungefähr). </li><li> Füllen einer Kunststoffspritze mit 5 ml TEOS und 10 ml Ethanol gegeben. </li><li> Füllen eines zweiten Kunststoffspritze mit 1,34 ml Ammoniak (25% in Wasser), 3,4 ml entionisiertes Wasser und 10,25 ml Ethanol. </li><li> Verbinden die beiden Spritzen in den Rundkolben, der mit Kunststoffschlauch. </li><li> Anlegen des Kolbens mit einem Argonstrom und einem Magnetrührer. Der Argoneinlass mit dem Auslass der zweiten Spritze neben sein Tröpfchen zu vermeiden Kontakt zwischen Ammoniakgasen aus den TEOS sekundäre Keimbildung zu verhindern. </li><li> Fügen den Inhalt beider Spritzen gleichzeitig mit 1,7 ml / h unter Verwendung von peristaltischen Pumpen, während die Mischung gerührt wurde. Stellen Sie sicher, frei fallenden Tropfen zu erhalten, an den Wänden zu vermeiden gleiten und somit eine sekundäre Keimbildung. </li><li> Stoppen Sie die Zugabe nach 7 h Kern-Schale-Partikel mit einem Radius von etwa 300 nm zu erhalten. </li><li> Gießen Sie den Inhalt des Kolbens in mehrere 45-ml-Röhrchen. </li><li> Zentrifugieren Sie die Röhrchen (350 · g, 30 min), entfernen Sie den Überstand und 30 ml frischem Ethanol in jedem Röhrchen. Beschallen die neue Dispersion für 3 min und zentrifugieren wieder den Überstand zu entfernen. Wiederholen Sie diese 3-maligem Waschen Schritte. </li><li> Halten Sie die Kern-Schale-Teilchen in Ethanol und in der Dunkelheit (vermeiden Belichtung). </li><li> Bereiten nichtfluoreszierenden Siliciumdioxidteilchen dem gleichen Verfahren folgend, aber die nicht-fluoreszierenden Samen verwendet. </li></ol></li></ol> 2. Funktionalisierung von Siliciumdioxidkolloide <ol><li> Synthese von NVOC-funktionalisierten Kolloide <ol><li> Disperse 10 mg der Kern-Schale-Siliciumdioxidteilchen in 1 ml Ethanol mit 12 mg (0,03 mmol) der NVOC-C11-OH-Molekül und 31 mg (0,11 mmol) Stearylalkohol in einem 50 ml Rundkolben (resultierend in einem 20/80 NVOC-C11-OH / Stearylalkohol Molverhältnis). </li><li> Beschallen die Mischung 10 min, um sicherzustellen, dass alle Moleküle gelöst sind, und die Teilchen sind gut dispeRSED. </li><li> In dem Gemisch einen magnetischen Rührstab und dampfe das Ethanol mit einem stetigen Strom von Argon bei Raumtemperatur. Bevor Sie fortfahren, stellen Sie sicher, dass es kein Ethanol vorhanden ist, sonst ist es mit den Silanolgruppen der Partikel reagieren könnten. Um zu überprüfen, ob das Ethanol vollständig achten Sie auf die Temperatur des Bodens des Kolbens verdampft. Wenn es fühlt sich kalt wird Ethanol noch nicht vollständig verdampft. </li><li> Wird der Kolben bis zu 180 ° C für 6 Stunden unter kontinuierlichem Rühren und unter einem stetigen Strom von Argon 22. </li><li> Lassen Sie den Kolben auf Raumtemperatur abkühlen. </li><li> 3 ml CHCl 3 in den Kolben gegeben und mit Ultraschall 5 min (oder bis das gesamte Feststoffgehalt gelöst oder dispergiert wurde). </li><li> Zentrifugieren der Dispersion (2600 × g, 4 min), entfernen Sie den Überstand und fügen Sie frische CHCl 3. Beschallen die neue Dispersion für 3 min und zentrifugieren wieder den Überstand zu entfernen. Wiederholen Sie diese 6-maliges Waschen Schritte. </li&gt; <li> Trocknen Sie die Partikel bei 70 ° C im Vakuum über Nacht und speichern sie in einem Exsikkator. </li></ol></li><li> Synthese von BTA-Kolloide <ol><li> Disperse 10 mg der Teilchen mit einem 20/80 Molverhältnis von funktionalisierten NVOC-C11-OH / Stearylalkohol in 3 ml CHCl 3. </li><li> Bestrahlen , um die Dispersion in einem UV-Ofen (λ max = 354 nm) für 1 Stunde die NVOC Gruppe zu spalten. Sicherzustellen, dass die Entfernung der Schutzgruppen an der Oberfläche der Partikel durch Rühren der Dispersion leicht mit einem Magnetrührer homogen ist, während Entschützen. Dies ergibt die Amin-funktionalisierten Partikel (Abbildung 1a). </li><li> Man löst 9 mg des Benzol-1,3,5-tricarboxamide Derivat (BTA, 0,01 mmol), 8,7 &amp; mgr; l N, N - Diisopropylethylamin (DIPEA, 0,05 mmol) und 5,2 mg (Benzotriazol-1-yloxy) tripyrrolidinophosphonium - hexafluorophosphat ( PyBOP, 0,01 mmol) in 1 ml CHCl 3. </li><li> Fügen Sie die Lösung für das Amin- funktionalisierten pArtikel Dispersion hinzu und rühre über Nacht bei Raumtemperatur und unter einer Argonatmosphäre. </li><li> Zentrifugieren der Dispersion (2600 × g, 4 min), der Überstand entfernt und 3 ml frischem CHCl 3. Beschallen die neue Dispersion für 3 min und zentrifugieren wieder den Überstand zu entfernen. Wiederholen Sie diese 6-maliges Waschen Schritte. </li><li> Trocknen Sie die Partikel bei 70 ° C im Vakuum für 48 Stunden und speichert sie in einem Exsikkator. </li></ol></li></ol> 3. Statische Streulichtmessungen (SLS) Anmerkung: Mit nicht-fluoreszierenden Teilchen, da das fluoreszierende Kern Licht der gleichen Wellenlänge wie das einfallende Laserlicht von herkömmlichen Lichtstreuungsgeräte aufnimmt. <ol><li> Funktionalisieren 10 mg nicht-fluoreszierenden Silicapartikel mit Stearylalkohol nur (keine NVOC-C11-OH) nach dem in Abschnitt 2.1 beschriebenen Verfahren. </li><li> Bereiten 500 ul einer Dispersion von 0,033 mg / ml nicht-funktionalisierten Partikel in Wasser und einemandere von 2 mg / ml der Stearylalkohol-beschichteten Teilchen in Cyclohexan. </li><li> Beschallen beide Dispersionen für mindestens 20 min, um sicherzustellen, daß die Teilchen gut dispergiert sind. </li><li> Messung der Streuintensität der beiden Dispersionen, die Lösungsmittel und die Referenz Lösungsmittel von 30 ° bis 120 ° in 5 ° -Schritten. </li><li> Plotten der Intensität der Probe (I Probe) als eine Funktion des q (Gleichung 1) q = 4π n Lösungsmittel sin (θ / 2) / λ o mit dem Streuwinkel θ, der Brechungsindex des Lösungsmittels n Lösungsmittel und die Wellenlänge des Lasers λ o. </li><li> Montieren Sie die Daten an die folgende Gleichung unter Verwendung von Software (zB Origin) (Gleichung 2) I Probe = CP (qR) wobei C eine Konstante ist und der Formfaktor P (qR) gegeben ist durch (Gleichung 3) &lt;img alt = &quot;Gleichung 3&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 53934 / 53934eq3.jpg&quot; /&gt; wobei der mittlere Radius der kugelförmigen Kolloiden ist R. </li><li> Auszug R aus den Passungen für jede Dispersion. </li><li> Berechne die Rayleigh - Verhältnis (R θ), das für die Intensität des gestreuten Lichts ein absolutes Maß ist, gemäß der folgenden Gleichung für jedes θ. (Gleichung 4) <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/53934/53934eq4.jpg" /> mit der Intensität der Probe, das Lösungsmittel und der Referenz, Probe I, I Solvent und I Referenz bzw. der Brechungsindex des Lösungsmittels und der Referenz n Lösungsmittel und n Referenz, entsprechend und das Rayleigh - Verhältnis der Referenz R Referenz. Hier verwenden Toluol als Referenz, So dass n Wasser = 1,332, n Toluol = 1,497, n Cyclohexan = 1,426; R Toluol = 2.74x10 -3 m -1 26. </li><li> Berechnen des mittleren Brechungsindex der Kolloide (n Colloids) von R und θ die Gleichung 5. (Gleichung 5) <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/53934/53934eq5.jpg" /> wobei die Anzahl der Teilchen pro Volumen N, das Volumen eines Teilchens v Partikels durch v Teilchen gegeben = 4/3 &amp; pgr; R 3 und unter der Annahme , dass der Strukturfaktor S (q) ~ 1, die die Grenze der nicht-interagierenden Teilchen ist. </li></ol> 4. Quantifizierung der Anzahl der aktiven Zentren pro Teilchen Hinweis: Verwenden Sie kleine Partikel von 13 nm im Radius (mit einer größeren Fläche zu-Volumen-Verhältnis). <ol><li> Funktionalisieren kleine kommerziell erhältlichen Partikel mit einem 20/80 Molverhältnis von NVOC-C11-OH / Stearylalkohol die in Abschnitt 2.1 beschriebenen Verfahren. </li><li> Disperse 20 mg der kleinen funktionalisierte Partikel in 1 ml CHCl 3 und bestrahlen die Dispersion in einem UV-Ofen (λ max = 354 nm) für 1 Stunde die NVOC - Gruppe abzuspalten. Rühren Sie die Dispersion vorsichtig mit einem Stab Magnetrührer während Entschützen. Auf diese Weise haben die Kolloide nicht sedimentieren und deren Oberfläche bleibt mit dem UV-Licht ausgesetzt, damit homogene Entschützung gewährleisten. </li><li> Spin down die resultierende Amin-funktionalisierte Partikel (3.400 × g, 10 min) und der Überstand entfernt. </li><li> Trocknen der Teilchen bei 70 ° C für 2 Stunden. </li><li> Man löst 0,50 mg Succinimidyl-3- (2-pyridyldithio) propionat (SPDP, 0,0016 mmol) in 200 ul Dimethylformamid (DMF). </li><li> Fügen Sie die SPDP Lösung für die 20 mg der getrockneten Amin-funktionalisierten Partikel und Wirbel derSystem für 30 min. Innerhalb dieser Zeit werden alle verfügbaren primären Amine auf den Kolloiden wurden mit dem SPDP umgesetzt. </li><li> Waschen der Teilchen mit 1 ml DMF für 6 Mal (oder bis kein freies SPDP wird in dem Überstand durch UV-Vis-Spektroskopie bei λ = 375 nm nachgewiesen). In dem letzten Waschschritt versuchen, so viel Überstand wie möglich zu entfernen. </li><li> Man löst 0,53 mg Dithiothreitol (DTT, 0,0034 mmol) in 50 &amp; mgr; l DMF. Fügen Sie die DTT-Lösung auf die Partikel und verwirbeln die Dispersion 30 min. Innerhalb dieser Zeit wird das Pyridin-2-thion-Gruppe abgespalten. </li><li> Bestimme die Extinktion des freien Pyridin-2-thion in dem Überstand befreit bei λ = 293 nm mit einem Mikrovolumen-UV-Vis-Spektrophotometer. </li><li> Einer Eichkurve des Extinktionskoeffizienten ɛ (~ 12.1x10 3 M -1 cm -1) des Pyridin-2-thion in DMF zu bestimmen , indem die Extinktion einer Verdünnungsreihe von verschiedenen bekannten Mengen von SPDP mit einem Überschuss an DTT Mess . </li><li&gt; Die Konzentration von Pyridin-2-thion, C p2t, das von den Teilchen unter Verwendung des Lambert-Beer&#39;schen Gesetz Berechnen gespalten wird: (Gleichung 6) Abs = C p2t ε l mit der molaren Konzentration von Pyridin-2-thion C p2t, dem Extinktionskoeffizienten ɛ und der Weglänge l. </li><li> Berechnen der Anzahl der aktiven Stellen (Amine) pro Teilchen mit der folgenden Gleichung (Gleichung 7) <img alt="Gleichung 7" src="/files/ftp_upload/53934/53934eq7.jpg" /> mit der Masse eines Teilchens M Partikel dh M Teilchen = 4 / 3πR 3 ρ mit ρ = 1,295 g / cm 3, die gesamte gewichtete Masse von Teilchen M insgesamt (20 mg) und das Gesamtvolumen V total (50 ul). Diese Gleichung geht davon aus, dass alle verfügbarenAmine reagieren mit dem SPDP und DTT reduziert alle SPDP-Molekülen an die Partikel gebunden. </li></ol> 5. Überwachen Kolloidales Montage durch konfokale Mikroskopie Anmerkung: Mit Core-Shell-Siliciumdioxidteilchen (mit einem fluoreszierenden Kern und einem nicht-fluoreszierenden Shell). <ol><li> Bereiten 400 ul einer Dispersion von 0,1 Gew% der BTA-funktionalisierten Partikel in Cyclohexan und beschallen die Probe für 20 min. </li><li> Bestrahlen , um die Probenfläschchen im UV - Ofen (λ max = 354 nm) , die o - Nitrobenzyl - Gruppe des BTA abzuspalten. 25 &amp; mgr; l Aliquots zu verschiedenen Zeitpunkten der Bestrahlung, beispielsweise von 0 bis zu 30 min, die Clustering-Prozess zu überwachen. </li><li> Legen Sie die verschiedenen Teilmengen auf verschiedenen Glasobjektträger mit Hilfe eines Abstandshalters und schließen Sie die Kammern mit einem Deckglas (Kammergröße ist 13 mm Durchmesser x 0,12 mm Höhe). Nach dem Schließen der Kammer, drehen Sie das Deckglas den Kopf die Partikel Sediment und Adsor zu lassenb auf das Glas, das die Bildgebung erleichtert. </li><li> Nehmen mehrerer Bilder jeder Probe mit dem konfokalen Mikroskop möglichst bald nach der Probenvorbereitung für jede Bestrahlungszeit. </li></ol> 6. Bildanalyse <ol><li> Quantifizierung der Anzahl von Singuletts mit ImageJ Hinweis: Alle Befehle verwendet, um das Skript zu schreiben, werden in der ImageJ Handbuch beschrieben: http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/user-guide.pdf <ol><li> Glätten Sie die konfokale Bilder isolierte Pixel von den Kanten zu entfernen und füllen kleine Löcher laufen die &quot;Smooth&quot; -Funktion. </li><li> Da nur die Kerne sind fluoreszierend, erweitern die hellen Bereiche, bis der Rand der Partikel, die zu demselben Cluster gehören Touch und Partikel verschmelzen. Tun Sie dies das &quot;Dilate&quot; Filter. Mit Teilchen mit etwa 180 nm Schalendicke und Bilder mit einer Auflösung von 0,02 &amp; mgr; m / Pixel sind zwei Dilatation Schritte genug. </li><li> Konvertieren Sie die Bilderin ein binäres Bild, um die &quot;Make binäre&quot; Funktion ausgeführt wird. </li><li> Stellen Sie die Skala von der &quot;&quot; Set-Skala ... &quot;ausgeführt wird, Abstand = 1 bekannt = 0,02 Pixel = 1 Einheit = um&quot; &quot;für mit einer Auflösung aufgenommenen Bilder von 0,02 &amp; mgr; m / Pixel zum Beispiel. </li><li> Tragen Sie eine Schwellengröße Rauschen zu unterscheiden und out-of-Fokus-Partikel von in-Fokus-Partikel. Zum Beispiel mit Bildern mit einer Auflösung von 0,02 &amp; mgr; m / Pixel genommen, alle Flächen, die kleiner als 0,2 Pixel sind ausgeschlossen. Tun Sie dies die Verwendung von &quot;Analyze Teilchen ...&quot;, &quot;size = 0,2-Infinity&quot; Befehl. </li><li> Erstellen Sie ein all.jpg Bild und eine all.txt Datei mit der Größe aller hellen Bereiche im Bild (Cluster und Singuletts), indem Sie die Befehle mit &quot;&quot; Ergebnisse &quot;, _all.txt&quot; &quot;und&quot; &quot;JPEG&quot;, &quot;all&quot; &quot;. </li><li> Angenommen , dass alle hellen Bereiche zwischen 0,2 und 0,7 Pixel groß und mit einer Zirkularität (Kreisförmigkeit = 4 π Fläche / Umfang 2) zwischen 0,7 und 1,0 sindsinglets den Befehl &quot;Analysieren Partikel ...&quot; laufen &quot;Kreisförmigkeit = 0,7-1,0&quot;. </li><li> Erstellen Sie ein singlets.jpg Bild und eine singlets.txt Datei mit den Informationen aller hellen Bereiche, die Singuletts sind durch die Befehle mit &quot;&quot; Ergebnisse &quot;, _singlets.txt&quot; &quot;und&quot; &quot;JPEG&quot;, &quot;singlets&quot; &quot;. </li></ol></li><li> Verarbeiten Sie die Informationen mit Matlab <ol><li> Lesen Sie den Singulett - TXT - Datei und berechnen Sie die durchschnittliche Größe eines Singulett pro Bild (A Singulett). </li><li> Verwenden Sie die durchschnittliche Größe eines Singulett die Anzahl der Partikel pro Cluster (Dublette = 2A Singulett, ein Triplett = 3A Singulett ...) zu berechnen und die Gesamtzahl der Teilchen in dem Bild von der anderen all.txt Datei. </li><li> Berechnen Sie den Anteil an Partikeln in Singuletts für jede Belichtungszeit: f singlets = Anzahl singlets / Gesamt Teilchen </li><li> Berechnen Sie den Anteil von Doubletten, Drillinge usw.: F Dubletten = 2 * Anzahl der Dubletten / Gesamt Teilchen usw. </li></ol></li></ol>

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	<li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloids+with+valence+and+specific+directional+bonding.">Colloids with valence and specific directional bonding.</a> Nature. 491 (7422), 51-55 (2012).</li><li>Klinkova, A., Therien-Aubin, H., Choueiri, R. M., Rubinstein, M., Kumacheva, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloidal+analogs+of+molecular+chain+stoppers.">Colloidal analogs of molecular chain stoppers.</a> PNAS. 110 (47), 18775-18779 (2013).</li><li>Galisteo-L&#245;pez, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembled+photonic+structures.">Self-assembled photonic structures.</a> Adv. Mater. 23 (1), 30-69 (2011).</li><li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+colour+printing+using+a+magnetically+tunable+and+lithographically+fixable+photonic+crystal.">Structural colour printing using a magnetically tunable and lithographically fixable photonic crystal.</a> Nat. Photonics. 3 (9), 534-540 (2009).</li><li>Dinsmore, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloidosomes:+Selectively+permeable+capsules+composed+of+colloidal+particles.">Colloidosomes: Selectively permeable capsules composed of colloidal particles.</a> Science. 298 (5595), 1006-1009 (2002).</li><li>Destribats, M., Rouvet, M., Gehin-Delval, C., Schmitt, C., Binks, B. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emulsions+stabilised+by+whey+protein+microgel+particles:+Towards+food-grade+Pickering+emulsions.">Emulsions stabilised by whey protein microgel particles: Towards food-grade Pickering emulsions.</a> Soft Matter. 10 (36), 6941-6954 (2014).</li><li>Prevo, B. G., Hon, E. W., Velev, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assembly+and+characterization+of+colloid-based+antireflective+coatings+on+multicrystalline+silicon+solar+cells.">Assembly and characterization of colloid-based antireflective coatings on multicrystalline silicon solar cells.</a> J. Mater. Chem. 17 (8), 791-799 (2007).</li><li>Kitaev, V., Ozin, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembled+surface+patterns+of+binary+colloidal+crystals.">Self-assembled surface patterns of binary colloidal crystals.</a> Adv. Mater. 15 (1), 75-78 (2003).</li><li>Plettl, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-Close-Packed+crystals+from+self-assembled+polystyrene+spheres+by+isotropic+plasma+etching:+adding+flexibility+to+colloid+lithography.">Non-Close-Packed crystals from self-assembled polystyrene spheres by isotropic plasma etching: adding flexibility to colloid lithography.</a> Adv. Funct. Mater. 19 (20), 3279-3284 (2009).</li><li>Yethiraj, A., Van Blaaderen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+colloidal+model+system+with+an+interaction+tunable+from+hard+sphere+to+soft+and+dipolar.">A colloidal model system with an interaction tunable from hard sphere to soft and dipolar.</a> Nature. 421 (6922), 513-517 (2003).</li><li>Spruijt, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+assembly+of+oppositely+charged+hairy+colloids+in+water.">Reversible assembly of oppositely charged hairy colloids in water.</a> Soft Matter. 7 (18), 8281-8290 (2011).</li><li>Kraft, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+roughness+directed+self-assembly+of+patchy+particles+into+colloidal+micelles.">Surface roughness directed self-assembly of patchy particles into colloidal micelles.</a> PNAS. 109 (27), 10787-10792 (2012).</li><li>Rossi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cubic+crystals+from+cubic+colloids.">Cubic crystals from cubic colloids.</a> Soft Matter. 7 (9), 4139-4142 (2011).</li><li>Erb, R. M., Son, H. S., Samanta, B., Rotello, V. M., Yellen, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+assembly+of+colloidal+superstructures+with+multipole+symmetry.">Magnetic assembly of colloidal superstructures with multipole symmetry.</a> Nature. 457 (7232), 999-1002 (2009).</li><li>Vutukuri, H. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloidal+analogues+of+charged+and+uncharged+polymer+chains+with+tunable+stiffness.">Colloidal analogues of charged and uncharged polymer chains with tunable stiffness.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 51 (45), 11249-11253 (2012).</li><li>De Greef, T. F. A., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Materials+science:+Supramolecular+polymers.">Materials science: Supramolecular polymers.</a> Nature. 453 (7192), 171-173 (2008).</li><li>De Feijter, I., Albertazzi, L., Palmans, A. R. A., Voets, I. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-responsive+colloidal+assembly+driven+by+surface-grafted+supramolecular+moieties.">Stimuli-responsive colloidal assembly driven by surface-grafted supramolecular moieties.</a> Langmuir. 31 (1), 57-64 (2015).</li><li>Celiz, A. D., Lee, T. C., Scherman, O. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer-mediated+dispersion+of+cold+nanoparticles:+using+supramolecular+moieties+on+the+periphery.">Polymer-mediated dispersion of cold nanoparticles: using supramolecular moieties on the periphery.</a> Adv. Mater. 21 (38-39), 3937-3940 (2009).</li><li>Cantekin, S., De Greef, T. F. A., Palmans, A. R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Benzene-1,3,5-tricarboxamide:+A+versatile+ordering+moiety+for+supramolecular+chemistry.">Benzene-1,3,5-tricarboxamide: A versatile ordering moiety for supramolecular chemistry.</a> Chem. Soc. Rev. 41 (18), 6125-6137 (2012).</li><li>Mes, T., Van Der Weegen, R., Palmans, A. R. A., Meijer, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-chain+polymeric+nanoparticles+by+stepwise+folding.">Single-chain polymeric nanoparticles by stepwise folding.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 50 (22), 5085-5089 (2011).</li><li>van Blaaderen, A., Vrij, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+characterization+of+monodisperse+colloidal+organo-silica+spheres.">Synthesis and characterization of monodisperse colloidal organo-silica spheres.</a> J. Colloid Interf. Sci. 156 (1), 1-18 (1993).</li><li>Van Helden, A. K., Jansen, J. W., Vrij, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+characterization+of+spherical+monodisperse+silica+dispersions+in+nonaqueous+solvents.">Preparation and characterization of spherical monodisperse silica dispersions in nonaqueous solvents.</a> J. Colloid Interf. Sci. 81 (2), 354-368 (1981).</li><li>Israelachvili, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intermolecular+and+Surface+Forces.">Intermolecular and Surface Forces.</a> Van der Waals forces between particles and surfaces. , 253-289 (2011).</li><li>van Blaaderen, A., Vrij, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+characterization+of+colloidal+dispersions+of+fluorescent,+monodisperse+silica+spheres.">Synthesis and characterization of colloidal dispersions of fluorescent, monodisperse silica spheres.</a> Langmuir. 8 (12), 2921-2931 (1992).</li><li>Giesche, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+monodispersed+silica+powders+II.+Controlled+growth+reaction+and+continuous+production+process.">Synthesis of monodispersed silica powders II. Controlled growth reaction and continuous production process.</a> J. Eur. Ceram. Soc. 14 (3), 205-214 (1994).</li><li>Wu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlations+between+the+Rayleigh+ratio+and+the+wavelength+for+toluene+and+benzene.">Correlations between the Rayleigh ratio and the wavelength for toluene and benzene.</a> Chem. Phys. 367 (1), 44-47 (2010).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Wenn Cyclohexan, mit einem Brechungsindex von 1,426, als Lösungsmittel verwendet wird, um die BTA-Kolloide, van der Waals-Wechselwirkungen sind sehr schwach, da die Brechungsindices von Kolloiden und Lösungsmittel sind nahezu gleich zu dispergieren. Man beachte, dass die Konzentration von funktionalisierten Kolloide für die SLS-Experimente in Cyclohexan verwendet wird, ist viel höher im Vergleich zu den bloßen Siliciumdioxidkolloide in Wasser. Dies ist notwendig, um eine ausreichend starke Streuung aufgrund der ger...

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.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1805">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">APTES</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:1035px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">FTIC</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">TEOS</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">LUDOX AS-40</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Silica particles of 13 nm in radius</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">MilliQ</td>
			<td style="width:128px;">---</td>
			<td style="width:119px;">---</td>
			<td style="width:1035px;">18.2 M&#937;&#183;cm at 25 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Ethanol</td>
			<td style="width:128px;">SolvaChrom</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:1035px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Ammonia (25% in water)</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:1035px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Chloroform</td>
			<td style="width:128px;">SolvaChrom</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:1035px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Cyclohexane</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:1035px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Dimethylformamide (DMF)</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:1035px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Stearyl alcohol</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:1035px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">N,N-Diisopropylethylamine (DIPEA)</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:1035px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Benzotriazol-1-yl-oxytripyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate (PyBOP)</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:1035px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)propionate (SPDP)</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:1035px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dithiothreitol (DTT)&#160;</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:1035px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">NVOC-C11-OH</td>
			<td style="width:128px;">Synthesized</td>
			<td style="width:119px;">---</td>
			<td style="width:1035px;">I. de Feijter, 2014 Responsive materials from adaptive supramolecular constructs, Doctoral thesis, Technical University of Eindhoven, The Netherlands</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">BTA</td>
			<td style="width:128px;">Synthesized</td>
			<td style="width:119px;">---</td>
			<td style="width:1035px;">I. de Feijter, 2014 Responsive materials from adaptive supramolecular constructs, Doctoral thesis, Technical University of Eindhoven, The Netherlands</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Centrifuge</td>
			<td style="width:128px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Heraeus Megafuge 1.0</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Ultrasound bath</td>
			<td style="width:128px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Ultrasonic cleaner</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Peristaltic pumps</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td></td>
			<td>PHD Ultra Syringe Pump</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:524px;">UV-oven</td>
			<td style="width:128px;">Luzchem</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>LZC-a V UV reactor equipped with 8x8 UVA light bulbs (&#955;max=354 nm)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Stirrer-heating plate</td>
			<td style="width:128px;">Heidolph</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>MR-Hei Standard</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Light Scattering</td>
			<td style="width:128px;">ALV</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>CGS-3 MD-4 compact goniometer system, equipped with a Multiple Tau digital real time correlator (ALV-7004) and a solid-state laser (&#955;=532 nm, 40 mW)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">UV-Vis spectrophotometer</td>
			<td style="width:128px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>NanoDrop 1000 Spectrophotometer</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Confocal microscope</td>
			<td style="width:128px;">Nikon</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Ti Eclipse with an argon laser with &#955;excitation=488 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Slide spacers</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Grace BioLabs Secure seal imaging spacer (1 well, diam. &#215; thickness 13 mm &#215; 0.12 mm)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Syringes</td>
			<td style="width:128px;">BD Plastipak</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>20 mL syringe</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Plastic tubing</td>
			<td style="width:128px;">SCI</td>
			<td style="width:119px;">BB31695-PE/5</td>
			<td>Ethylene oxide gas sterilizable micro medical tubing</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:524px;">Pulsating vortex mixer</td>
			<td style="width:128px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Electrical: 120V, 50/60Hz, 150W Speed Range: 500&#8211;3000 rpm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis and characterization of supramolecular colloids

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical properties for applications in photonics, drug delivery and coating technology. Here we present a new family of colloidal building blocks, coined supramolecular colloids, whose self-assembly is controlled through surface-functionalization with a benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derived supramolecular moiety. Such BTAs interact via directional, strong, yet reversible hydrogen-bonds with other identical BTAs. Herein, a protocol is presented that describes how to couple these BTAs to colloids and how to quantify the number of coupling sites, which determines the multivalency of the supramolecular colloids. Light scattering measurements show that the refractive index of the colloids is almost matched with that of the solvent, which strongly reduces the van der Waals forces between the colloids. Before photo-activation, the colloids remain well dispersed, as the BTAs are equipped with a photo-labile group that blocks the formation of hydrogen-bonds. Controlled deprotection with UV-light activates the short-range hydrogen-bonds between the BTAs, which triggers the colloidal self-assembly. The evolution from the dispersed state to the clustered state is monitored by confocal microscopy. These results are further quantified by image analysis with simple routines using ImageJ and Matlab. This merger of supramolecular chemistry and colloidal science offers a direct route towards light- and thermo-responsive colloidal assembly encoded in the surface-grafted monolayer.

Da das zweistufige Verfahren verwendet , um die supramolekularen Kolloide (Abbildung 1a) zu synthetisieren, koppelt die BTA- Derivate (Abbildung 1b) in einem zweiten Schritt bei Raumtemperatur und in milden Reaktionsbedingungen, die Stabilität gewährleistet ist. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53934/53934fig1.jpg" /> Abbildung 1 : Schema der Synthe...

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Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

A protocol for the synthesis and characterization of colloids coated with supramolecular moieties is described. These supramolecular colloids undergo self-assembly upon the activation of the hydrogen-bonds between the surface-anchored molecules by UV-light.

Synthese und Charakterisierung von supramolekularen Kolloid-

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

synthesis-and-characterization-of-supramolecular-colloids

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9.7K Aufrufe.  Eindhoven University of Technology. A protocol for the synthesis and characterization of colloids coated with supramolecular moieties is described. These supramolecular colloids undergo self-assembly upon the activation of the hydrogen-bonds between the surface-anchored molecules by UV-light.

Serie: Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Split-and-pool Synthesis and Characterization of Peptide Tertiary Amide Library

Peptidomimetics are great sources of protein ligands. The oligomeric nature of these compounds enables us to access large synthetic libraries on solid phase by using combinatorial chemistry. One of the most well studied classes of peptidomimetics is peptoids. Peptoids are easy to synthesize and have been shown to be proteolysis-resistant and cell-permeable. Over the past decade, many useful protein ligands have been identified through screening of peptoid libraries. However, most of the ligands identified from peptoid libraries do not display high affinity, with rare exceptions. This may be due, in part, to the lack of chiral centers and conformational constraints in peptoid molecules. Recently, we described a new synthetic route to access peptide tertiary amides (PTAs). PTAs are a superfamily of peptidomimetics that include but are not limited to peptides, peptoids and N-methylated peptides. With side chains on both &#945;-carbon and main chain nitrogen atoms, the conformation of these molecules are greatly constrained by sterical hindrance and allylic 1,3 strain. (Figure 1) Our study suggests that these PTA molecules are highly structured in solution and can be used to identify protein ligands. We believe that these molecules can be a future source of high-affinity protein ligands. Here we describe the synthetic method combining the power of both split-and-pool and sub-monomer strategies to synthesize a sample one-bead one-compound (OBOC) library of PTAs.

Peptide tertiary amides (PTAs) are a superfamily of peptidomimetics that include but are not limited to peptides, peptoids and N-methylated peptides. Here we describe a synthetic method which combines&#160;both split-and-pool and sub-monomer strategies to synthesize a one-bead one-compound library of PTAs.

Split-and-Pool-Synthese und Charakterisierung von Peptid-Amid-Tertiär-Bibliothek

Peptidomimetics are great sources of protein ligands. The oligomeric nature of these compounds enables us to access large synthetic libraries on solid ...

Forschung

Chemie

Nucleoside Triphosphates - From Synthesis to Biochemical Characterization

The traditional strategy for the introduction of chemical functionalities is the use of solid-phase synthesis by appending suitably modified phosphoramidite precursors to the nascent chain. However, the conditions used during the synthesis and the restriction to rather short sequences hamper the applicability of this methodology. On the other hand, modified nucleoside triphosphates are activated building blocks that have been employed for the mild introduction of numerous functional groups into nucleic acids, a strategy that paves the way for the use of modified nucleic acids in a wide-ranging palette of practical applications such as functional tagging and generation of ribozymes and DNAzymes. One of the major challenges resides in the intricacy of the methodology leading to the isolation and characterization of these nucleoside analogues.
	
	In this video article, we present a detailed protocol for the synthesis of these modified analogues using phosphorous(III)-based reagents. In addition, the procedure for their biochemical characterization is divulged, with a special emphasis on primer extension reactions and TdT tailing polymerization. This detailed protocol will be of use for the crafting of modified dNTPs and their further use in chemical biology.

The protocol described herein aims to explain and abridge the numerous obstacles in the way of the intricate route leading to modified nucleoside triphosphates. Consequently, this protocol facilitates both the synthesis of these activated building-blocks and their availability for practical applications.

Nucleosidtriphosphaten - von der Synthese zur biochemischen Charakterisierung

The  traditional strategy for the introduction of chemical functionalities is the  use of solid-phase synthesis by appending suitably modified ...

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and technological applications. Their signature property is their ultrahigh porosity, which however imparts a series of challenges when it comes to both constructing them and working with them. Securing desired MOF chemical and physical functionality by linker/node assembly into a highly porous framework of choice can pose difficulties, as less porous and more thermodynamically stable congeners (e.g., other crystalline polymorphs, catenated analogues) are often preferentially obtained by conventional synthesis methods. Once the desired product is obtained, its characterization often requires specialized techniques that address complications potentially arising from, for example, guest-molecule loss or preferential orientation of microcrystallites. Finally, accessing the large voids inside the MOFs for use in applications that involve gases can be problematic, as frameworks may be subject to collapse during removal of solvent molecules (remnants of solvothermal synthesis). In this paper, we describe synthesis and characterization methods routinely utilized in our lab either to solve or circumvent these issues. The methods include solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries, and materials activation (cavity evacuation) by supercritical CO2 drying. Finally, we provide a protocol for determining a suitable pressure region for applying the Brunauer-Emmett-Teller analysis to nitrogen isotherms, so as to estimate surface area of MOFs with good accuracy.

Synthesis, activation, and characterization of intentionally designed metal-organic framework materials is challenging, especially when building blocks are incompatible or unwanted polymorphs are thermodynamically favored over desired forms. We describe how applications of solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries and activation via supercritical CO2 drying, can address some of these challenges.

Synthese und Charakterisierung von funktionalisierten Metall-organische Gerüste

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

The Synthesis, Characterization and Reactivity of a Series of Ruthenium N-triphosPh Complexes

Herein we report the synthesis of a tridentate phosphine ligand N(CH2PPh2)3 (N-triphosPh) (1) via a phosphorus based Mannich reaction of the hydroxylmethylene phosphine precursor with ammonia in methanol under a nitrogen atmosphere. The N-triphosPh ligand precipitates from the solution after approximately 1 hr of reflux and can be isolated analytically pure via simple cannula filtration procedure under nitrogen. Reaction of the N-triphosPh ligand with [Ru3(CO)12] under reflux affords a deep red solution that show evolution of CO gas on ligand complexation. Orange crystals of the complex [Ru(CO)2{N(CH2PPh2)3}-&#954;3P] (2) were isolated on cooling to RT. The 31P{1H} NMR spectrum showed a characteristic single peak at lower frequency compared to the free ligand. Reaction of a toluene solution of complex 2 with oxygen resulted in the instantaneous precipitation of the carbonate complex [Ru(CO3)(CO){N(CH2PPh2)3}-&#954;3P] (3) as an air stable orange solid. Subsequent hydrogenation of 3 under 15 bar of hydrogen in a high-pressure reactor gave the dihydride complex [RuH2(CO){N(CH2PPh2)3}-&#954;3P] (4), which was fully characterized by X-ray crystallography and NMR spectroscopy. Complexes 3 and 4 are potentially useful catalyst precursors for a range of hydrogenation reactions, including biomass-derived products such as levulinic acid (LA). Complex 4 was found to cleanly react with LA in the presence of the proton source additive NH4PF6 to give [Ru(CO){N(CH2PPh2)3}-&#954;3P{CH3CO(CH2)2CO2H}-&#954;2O](PF6) (6).

The Synthesis, Characterization and Reactivity of a Series of Ruthenium N-triphosPh Complexes

Ruthenium phosphine complexes are widely used for homogeneous catalytic reactions such as hydrogenations. The synthesis of a series of novel tridentate ruthenium complexes bearing the N-triphos ligand N(CH2PPh2)3 is reported. Additionally, the stoichiometric reaction of a dihydride Ru&#8211;N-triphos complex with levulinic acid is described.

Die Synthese, Charakterisierung und Reaktivität von einer Serie von Ruthenium<em&gt; N</em&gt; -triphos<sup&gt; Ph</sup&gt; Komplexe

Herein we report the synthesis of a tridentate phosphine ligand N(CH2PPh2)3 (N-triphosPh) (1) via a phosphorus based Mannich reaction of the ...

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large extinction coefficients which can be tuned across the visible spectrum. Research into the plasmonic enhancement of optical transitions has become popular, due to the possibility of altering and in some cases improving photo-absorption or emission properties of nearby chromophores such as molecular dyes or quantum dots. The electric field of the plasmon can couple with the excitation dipole of a chromophore, perturbing the electronic states involved in the transition and leading to increased absorption and emission rates. These enhancements can also be negated at close distances by energy transfer mechanism, making the spatial arrangement of the two species critical. Ultimately, enhancement of light harvesting efficiency in plasmonic solar cells could lead to thinner and, therefore, lower cost devices. The development of hybrid core/shell particles could offer a solution to this issue. The addition of a dielectric spacer between a gold nanoparticles and a chromophore is the proposed method to control the exciton plasmon coupling strength and thereby balance losses with the plasmonic gains. A detailed procedure for the coating of gold nanoparticles with CdS and ZnS semiconductor shells is presented. The nanoparticles show high uniformity with size control in both the core gold particles and shell species allowing for a more accurate investigation into the plasmonic enhancement of external chromophores.

The synthesis of uniform gold nanoparticles coated with semiconductor shells of CdS or ZnS is performed. The semiconductor coating is conducted by first depositing a silver sulfide shell and exchanging the silver cations for zinc or cadmium cations.

Synthese, Charakterisierung und Funktionalisierung von Hybrid Au / CdS und Au / ZnS Kern / Schale-Nanopartikel

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

Preparation of Carbon Nanosheets at Room Temperature

Amphiphilic molecules equipped with a reactive, carbon-rich "oligoyne" segment consisting of conjugated carbon-carbon triple bonds self-assemble into defined aggregates in aqueous media and at the air-water interface. In the aggregated state, the oligoynes can then be carbonized under mild conditions while preserving the morphology and the embedded chemical functionalization. This novel approach provides direct access to functionalized carbon nanomaterials. In this article, we present a synthetic approach that allows us to prepare hexayne carboxylate amphiphiles as carbon-rich siblings of typical fatty acid esters through a series of repeated bromination and Negishi-type cross-coupling reactions. The obtained compounds are designed to self-assemble into monolayers at the air-water interface, and we show how this can be achieved in a Langmuir trough. Thus, compression of the molecules at the air-water interface triggers the film formation and leads to a densely packed layer of the molecules. The complete carbonization of the films at the air-water interface is then accomplished by cross-linking of the hexayne layer at room temperature, using UV irradiation as a mild external stimulus. The changes in the layer during this process can be monitored with the help of infrared reflection-absorption spectroscopy and Brewster angle microscopy. Moreover, a transfer of the carbonized films onto solid substrates by the Langmuir-Blodgett technique has enabled us to prove that they were carbon nanosheets with lateral dimensions on the order of centimeters.

We present the synthesis of an amphiphilic hexayne and its use in the preparation of carbon nanosheets at the air-water interface from a self-assembled monolayer of these reactive, carbon-rich molecular precursors.

Herstellung von Kohlenstoff-Nanoschichten bei Raumtemperatur

Amphiphilic molecules equipped with a reactive, carbon-rich "oligoyne" segment consisting of conjugated carbon-carbon triple bonds self-assemble into ...

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single molecule level. An electrostatic self-assembly and covalent fixation (ESA-CF) process is used for the synthesis of the cyclic poly(tetrahydrofuran) (poly(THF)). The diffusive motion of individual cyclic polymer chains in a melt state is visualized using single molecule fluorescence imaging by incorporating a fluorophore unit in the cyclic chains. The diffusive motion of the chains is quantitatively characterized by means of a combination of mean-squared displacement (MSD) analysis and a cumulative distribution function (CDF) analysis. The cyclic polymer exhibits multiple-mode diffusion which is distinct from its linear counterpart. The results demonstrate that the diffusional heterogeneity of polymers that is often hidden behind ensemble averaging can be revealed by the efficient synthesis of the cyclic polymers using the ESA-CF process and the quantitative analysis of the diffusive motion at the single molecule level using the MSD and CDF analyses.

A protocol for the synthesis and characterization of diffusive motion of cyclic polymers at the single molecule level is presented.

Synthese cyclischer Polymere und Charakterisierung ihrer Diffusionsbewegung im geschmolzenen Zustand auf der Einzelmolekülebene

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single ...

Synthesis and Characterization of Fe-doped Aluminosilicate Nanotubes with Enhanced Electron Conductive Properties

The goal of the protocol is to synthesize Fe-doped aluminosilicate nanotubes of the imogolite type with the formula (OH)3Al2-xFexO3SiOH. Doping with Fe aims at lowering the band gap of imogolite, an insulator with the chemical formula (OH)3Al2O3SiOH, and at modifying its adsorption properties towards azo-dyes, an important class of organic pollutants of both wastewater and groundwater.
Fe-doped nanotubes are obtained in two ways: by direct synthesis, where FeCl3 is added to an aqueous mixture of the Si and Al precursors, and by post-synthesis loading, where preformed nanotubes are put in contact with a FeCl3&#8226;6H2O aqueous solution. In both synthesis methods, isomorphic substitution of Al3+ by Fe3+ occurs, preserving the nanotube structure. Isomorphic substitution is indeed limited to a mass fraction of ~1.0% Fe, since at a higher Fe content (i.e., a mass fraction of 1.4% Fe), Fe2O3 clusters form, especially when the loading procedure is adopted. The physicochemical properties of the materials are studied by means of X-ray powder diffraction (XRD), N2 sorption isotherms at -196 &#176;C, high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), diffuse reflectance (DR) UV-Vis spectroscopy, and &#950;-potential measurements. The most relevant result is the possibility to replace Al3+ ions (located on the outer surface of the nanotubes) by post-synthesis loading on preformed imogolite without perturbing the delicate hydrolysis equilibria occurring during nanotube formation. During the loading procedure, an anionic exchange occurs, where Al3+ ions on the outer surface of the nanotubes are replaced by Fe3+ ions. In Fe-doped aluminosilicate nanotubes, isomorphic substitution of Al3+ by Fe3+ is found to affect the band gap of doped imogolite. Nonetheless, Fe3+ sites on the outer surface of nanotubes are able to coordinate organic moieties, like the azo-dye Acid Orange 7, through a ligand-displacement mechanism occurring in an aqueous solution.

Here, we present a protocol to synthesize and characterize Fe-doped aluminosilicate nanotubes. The materials are obtained by either sol-gel synthesis upon addition of FeCl3&#8226;6H2O to the mixture containing the Si and Al precursors or by post-synthesis ionic exchange of preformed aluminosilicate nanotubes.

Synthese und Charakterisierung von Fe-dotierten Aluminosilikatgerüststoffe Nanoröhrchen mit Enhanced Electron leitenden Eigenschaften

The goal of the protocol is to synthesize Fe-doped aluminosilicate nanotubes of the imogolite type with the formula (OH)3Al2-xFexO3SiOH. Doping with Fe ...

Phase Behavior of Charged Vesicles Under Symmetric and Asymmetric Solution Conditions Monitored with Fluorescence Microscopy

Phase-separated giant unilamellar vesicles (GUVs) exhibiting coexisting liquid-ordered and liquid-disordered domains are a common biophysical tool to investigate the lipid raft hypothesis. Numerous studies, however, neglect the impact of physiological solution conditions. On that account, the current work presents the effect of high-salinity buffer and trans-membrane solution asymmetry on liquid-liquid phase separation in charged GUVs grown from dioleylphosphatidylglycerol, egg sphingomyelin, and cholesterol. The effects were studied under isothermal and varying temperature conditions.
We describe equipment and experimental strategies applicable for monitoring the stability of coexisting liquid domains in charged vesicles under symmetric and asymmetric high-salinity solution conditions. This includes an approach to prepare charged multicomponent GUVs in high-salinity buffer at high temperatures. The protocol entails the option to perform a partial exchange of the external solution by a simple dilution step while minimizing the vesicle dilution. An alternative approach is presented utilizing a microfluidic device that allows for a complete external solution exchange. The solution effects on phase separation were also studied under varying temperatures. To this end, we present the basic design and utility of an in-house built temperature control chamber. Furthermore, we reflect on the assessment of the GUV phase state, pitfalls associated with it and how to circumvent them.

Experiments on phase separated giant unilamellar vesicles (GUVs) frequently neglect physiological solution conditions. This work presents approaches to study the effect of high-salinity buffer on liquid-liquid phase separation in charged multicomponent GUVs as a function of trans-membrane solution asymmetry and temperature.

Phasenverhalten von geladenen Vesikeln unter symmetrischen und asymmetrischen Lösungsbedingungen überwacht mit Fluoreszenz-Mikroskopie

Phase-separated giant unilamellar vesicles (GUVs) exhibiting coexisting liquid-ordered and liquid-disordered domains are a common biophysical tool to ...

Protocol for the Solid-phase Synthesis of Oligomers of RNA Containing a 2'-O-thiophenylmethyl Modification and Characterization via Circular Dichroism

Solid-phase synthesis has been used to obtain canonical and modified polymers of nucleic acids, specifically of DNA or RNA, which has made it a popular methodology for applications in various fields and for different research purposes. The procedure described herein focuses on the synthesis, purification, and characterization of dodecamers of RNA 5&#39;-[CUA CGG AAU CAU]-3&#39; containing zero, one, or two modifications located at the C2&#39;-O-position. The probes are based on 2-thiophenylmethyl groups, incorporated into RNA nucleotides via standard organic synthesis and introduced into the corresponding oligonucleotides via their respective phosphoramidites. This report makes use of phosphoramidite chemistry via the four canonical nucleobases (Uridine (U), Cytosine (C), Guanosine (G), Adenosine (A)), as well as 2-thiophenylmethyl functionalized nucleotides modified at the 2&#39;-O-position; however, the methodology is amenable for a large variety of modifications that have been developed over the years. The oligonucleotides were synthesized on a controlled-pore glass (CPG) support followed by cleavage from the resin and deprotection under standard conditions, i.e., a mixture of ammonia and methylamine (AMA) followed by hydrogen fluoride/triethylamine/N-methylpyrrolidinone. The corresponding oligonucleotides were purified via polyacrylamide electrophoresis (20% denaturing) followed by elution, desalting, and isolation via reversed-phase chromatography (Sep-pak, C18-column). Quantification and structural parameters were assessed via ultraviolet-visible (UV-vis) and circular dichroism (CD) photometric analysis, respectively. This report aims to serve as a resource and guide for beginner and expert researchers interested in embarking in this field. It is expected to serve as a work-in-progress as new technologies and methodologies are developed. The description of the methodologies and techniques within this document correspond to a DNA/RNA synthesizer (refurbished and purchased in 2013) that uses phosphoramidite chemistry.

Protocol for the Solid-phase Synthesis of Oligomers of RNA Containing a 2'-O-thiophenylmethyl Modification and Characterization via Circular Dichroism

This article provides a detailed procedure on the solid-phase synthesis, purification, and characterization of dodecamers of RNA modified at the C2&#39;-O-position. UV-vis and circular dichroism photometric analyses are used to quantify and characterize structural aspects, i.e., single-strands or double-strands.

Protokoll für die Festphasensynthese von Oligomeren der RNA mit einem 2&#39;-<em&gt; O</em&gt; -thiophenylmethyl-Modifikation und Charakterisierung über Kreisdichroismus

Solid-phase synthesis has been used to obtain canonical and modified polymers of nucleic acids, specifically of DNA or RNA, which has made it a popular ...

Synthese und Charakterisierung von supramolekularen Kolloid-

Zusammenfassung

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