This work was supported by a Grant-in-Aid for Scientific Research No. 22750122 (S.H.), No. 26288099 (T.Y.), and No. 23350050 (Y.T.) of the Japan Society for the Promotion of Science. S.H. is grateful for The Kurata Memorial Hitachi Science and Technology Foundation. The research reported in this publication was supported by the King Abdullah University of Science and Technology (S.H.).

단관 능성 및 이작 용성 폴리 1. 합성 (THF) <ol><li> 관능 폴리 (THF) <ol><li> 불꽃 2 구 100 ㎖의 둥근 바닥 플라스크를 건조. 진공 및 질소 (3 회)와 플라스크를 입력합니다. </li><li> 플라스크에 증류수 테트라 하이드로 퓨란 (THF) (50 ㎖)를 추가합니다. 20 ℃에서 물을 용기에 플라스크를 놓고, 온도를 평형화. </li><li> 주사기로 플라스크에 메틸 트리 플레이트 (0.5 밀리몰)를 추가합니다. 20 ° C에서 5 ~ 10 분 동안 혼합물을 교반한다. </li><li> 주사기로 플라스크에 N의 페닐 피 롤리 딘 (4-6 당량.)를 추가합니다. 30 ~ 60 분 동안 혼합물을 교반한다. </li><li> 완전히 감압 (약 100 토르)에서 용매를 제거한다. 아세톤 3-5 ml의 잔류 물을 용해. n 개의 헥산 300 ~ 500 ml의에 아세톤 용액을 추가합니다. 침전물을 여과하고, 감압하에 건조. </li></ol></li><li> 관능 성 폴리 (THF) <ol><li> 불꽃 2 구 100 ㎖의 둥근 바닥 플라스크를 건조. 버지니아cuum 질소 (3 회)와 플라스크를 입력합니다. </li><li> 플라스크에 증류수 THF (50 ㎖)를 추가합니다. 20 ℃에서 물을 용기에 플라스크를 놓고, 온도를 평형화. </li><li> 주사기로 플라스크에 트리플 무수물 (0.3 밀리몰)를 추가합니다. 20 ° C에서 5 ~ 10 분 동안 혼합물을 교반한다. </li><li> 주사기로 플라스크에 N의 페닐 피 롤리 딘 (4-6 당량.)를 추가합니다. 30 ~ 60 분 동안 혼합물을 교반한다. </li><li> 완전히 감압 (약 100 토르)에서 용매를 제거한다. 아세톤 3-5 ml의 잔류 물을 용해. n 개의 헥산 300 ~ 500 ml의 아세톤 용액을 추가합니다. 침전물을 여과하고, 감압하에 건조. </li></ol></li></ol> 2. 페 릴렌의 합성 디이 미드 통합 4 무장 스타 8 모양의 Dicyclic 폴리 (THF) <ol><li> 무장 스타 폴리 (THF) <ol><li> 이온 교환 <ol><li> 물, 페 릴렌 테트라 카르 복실 디이 미드의 나트륨 염 (10 ㎎ / ㎖, 150 ㎖)에 녹인다. 디졸브아세톤 관능 폴리 (THF) (160 ㎎ / ㎖, 4 ㎖). 격렬하게 교반 수용액에 아세톤 용액에 적가를 추가합니다. 여과에 의해 형성된 침전물을 수집합니다. </li><li> 회수 된 침전물 (2.1.1.1) 네 배와 위의 절차를 반복합니다. </li></ol></li><li> 공유 고정 <ol><li> 톨루엔 얻어진 침전물 (5 ㎎ / ㎖)에 녹인다. 4 시간 동안 용액을 환류시켰다. </li><li> 완전히 감압 (약 100 토르)에서 용매를 제거한다. n은 헥산 / 아세톤 (2/1 부피 / 부피) 실리카 겔 플러그를 통해 잔류 물 필터. 생성물을 침전 빙수 (300-500 mL)에 상기 용액을 추가한다. 여과에 의해 침전물을 수집합니다. </li></ol></li></ol></li><li> Dicyclic 8 모양의 폴리 (THF) <ol><li> 이온 교환 <ol><li> 물, 페 릴렌 테트라 카르 복실 디이 미드의 나트륨 염 (6 ㎎ / ㎖, 50 ㎖)에 녹인다. (0.5 g을 관능 성 폴리 (THF)을 녹여) 아세톤의 30 ~ 50 ml를한다. 0 ° C에서 격렬하게 교반 수용액에 아세톤 용액에 적가를 추가합니다. 여과에 의해 형성된 침전물을 수집합니다. </li><li> 회수 된 침전물 (2.2.1.1)으로 위의 절차를 반복합니다. </li></ol></li><li> 공유 고정 <ol><li> 톨루엔 얻어진 침전물 (0.05 g / L)을 녹인다. 4 시간 동안 용액을 환류시켰다. </li><li> 완전히 감압 (약 100 토르)에서 용매를 제거한다. 부분적으로 잔류 물을 용해 톨루엔을 추가합니다. 다시 침전 N 헥산 300 ~ 500 ml의에. </li><li> n은 헥산 / 아세톤 (2/1 부피 / 부피) 실리카 겔 플러그를 통해 형성된 침전물을 필터링. 다시 침전 물 300 ~ 500 ml의에. </li><li> 폴리스티렌 겔을 사용하는 컬럼 크로마토 그래피 (18)에 의해 형성된 침전물을 정제. 또한, REM에 클로로포름의 용리액 19 분취 겔 투과 크로마토 그래피 (GPC)에 의해 조질 생성물을 정제굴절율 (RI) 및 UV 검출기를 모니터링하여 비켜 부산물. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. 단일 분자 형광 이미징 실험 <ol><li> 샘플 준비 <ol><li> 현미경 커버 전표의 청소 <ol><li> 장소 번호 1.5 24 X 24mm 현미경 커버 염색 항아리에 미끄러 져. </li><li> 15 분의 항아리와 초음파 처리로 1 M 포타슘 하이드 라이드 용액 (100 ㎖)를 추가합니다. 경사 분리하여 수산화 칼륨 용액을 붓고 수회 초순수 커버 슬립을 헹군다. 15 분의 항아리와 초음파 처리로 분광 등급 에탄올 (100 ㎖)를 추가합니다. </li><li> 경사 분리하여 에탄올을 붓고 수회 초순수 커버 슬립을 헹군다. 경사 분리하여 초순수를 주입 한 후, 단계 3.1.1.2를 반복한다. </li><li> 15 분의 항아리와 초음파 처리에 초순수를 추가합니다. 여러 번 초순수 커버 슬립 린스. 플라스틱 핀셋으로 항아리에서 커버 슬립을 꺼내 건조 공기 또는 건조 질소 중 하나에 의해 그들을 건조. </li></ol></li><li> 중합체 용융물의 샘플을 14, 15의 제조 <ol><li> 유리 병에 표지되지 않은 선형 폴리 (THF) 100 ㎕를 추가하고는 헤어 드라이어를 이용하여 융점 (약 25 ℃) 이상의 온도로 가열한다. </li><li> 형광 물질이 함유 중합체 (선형, 4- 무장 스타, 환상 또는 8 자형 dicyclic 2.1 2.2 합성)의 클로로포름 (1 ㎖, 10-6 M)을 녹인다. 비 표지 된 선형 폴리 (THF)의 용융물의 100 μL 용액을 1 μL를 추가한다. </li><li> 철저하게 피펫 팁과 샘플을 혼합 한 후, 건조기를 사용하여 샘플을 가열하여 클로로포름을 증발시켰다. 주 :이 형광 혼입 폴리머 10-8 M을 함유하는 표지되지 않은 선형 폴리 (THF)의 용융물을 제공한다. </li><li> 샘플의 10 μL 마이크로 피펫 및 D를 사용하여보세요세정 커버 슬립에 그것을 ROP. 샘플의 다른 청소 커버 슬립을 넣고 두 커버 전표 사이의 샘플을 샌드위치. </li><li> 부드럽게 플라스틱 핀셋을 사용하여 샘플을 누릅니다. </li></ol></li></ol></li><li> 와이드 필드 형광 촬상 설정 15 <ol><li> 반전 현미경의 뒷면 포트에 여기 레이저 (488 nm의) 소개 <ol><li> 빔 경로에 여기 대역 필터 및 편광자를 삽입한다. </li><li> 빔 확장기에 의해 직경 약 1cm에 빔을 확장합니다. </li><li> 빔 경로에 1/4 파장 판을 삽입한다. 편광자의에 대하여 45도에서 파장 판의 광축을 설정한다. 또는, Berek 보상기를 삽입 및 / 4 λ하는 광학 지연을 설정합니다. </li><li> 빔의 크기를 조정할 여기 빔 경로에 다이어프램을 삽입한다. </li><li> 반전 광 microsco의 후면 포트에 레이저 광을 도입하기 전PE, 집광 렌즈 삽입 (평면 - 볼록 렌즈의 초점 거리를 ≈ 300mm)의 대물 렌즈 중 레이저 빔이 시준 된 위치. </li></ol></li><li> 필터 큐브에 장착 된 이색 미러를 사용하여 레이저 빔을 반사 한 후, 고 개구 수 (NA)의 대물 렌즈를 통해 샘플에 레이저 광을 도입 (예를 들면, NA 1.3, 100X 배율 오일 침지). </li><li> 대물 렌즈에 목적 히터를 부착하고 30 ° C까지 온도를 설정합니다. </li><li> 거꾸로 현미경의 무대에 샘플을 장착 <ol><li> 대물 렌즈에 침지 기름 한 방울을 떨어 뜨리고 현미경 상태에서 샘플을 탑재합니다. </li><li> 약 10 ㎛, 시료의 두께가 시료의 바닥 및 상부면의 축 방향 위치를 확인하여 수득되는 것을 보장한다. </li><li> 샘플의 하부 표면 위의 몇 마이크로 미터 현미경의 초점을 조정한다. </li></ol></l난&gt; <li> 대물 렌즈에서 원형 편광 여기 광을 얻습니다 <ol><li> 대물 렌즈의 밖으로 평행 레이저 빔에 편광판을 삽입합니다. </li><li> 편광자 후 파워 미터를 삽입하여 편광판을 투과 한 레이저의 강도를 기록한다. 편광자를 회전시킴으로써 서로 다른 편광 각도로 투과 레이저 파워를 기록한다. </li><li> 전송 레이저 파워 모든 편광 각도에서 일정하지 않으면, 약간의 여기 빔 경로에 삽입 된 1/4 파장 판 또는 Berek 보상기를 회전한다. </li><li> 상수 전송 레이저 출력 될 때까지 단계를 반복 3.2.5.2 및 3.2.5.3은 모든 편광 각도에서 얻을 수있다. 원 편광이 샘플을 얻을 수 있는지 확인합니다. </li></ol></li><li> 설치 전각 (전자 승산이) 장치 연결 - 전하 (CCD) 카메라 <ol><li> 현미경의 측면 포트 EM-CCD 카메라를 부착와 T에 연결화상 획득 소프트웨어를 그가. </li><li> 필요한 경우, 장치에 EM-CCD 카메라에 의해 생성 된 트랜지스터 - 트랜지스터 논리 (TTL) 신호를 전송하여 기계적 셔터 또는 여기 빔 경로에 삽입 음향 광 여과기 카메라 노출을 동기화. 대안 적으로, 레이저에 EM-CCD 카메라에 의해 생성 된 TTL 신호를 보내어 레이저 출력으로 상기 카메라 노출을 동기화. 주 : 출력이 입력 전력 트랜지스터 - 트랜지스터 논리에 의해 변조 될 수있는 고체 레이저 (TTL) 신호가 실험에 사용되는 경우에만 후자의 옵션이 적용될 수있다. </li><li> 단일 형광 물질의 고품질의 형광 이미지를 얻기 위해 카메라를 제어하는 ​​소프트웨어를 사용하여 CCD 카메라에 EM 이득 (일반적으로 약 300)을 적용한다. </li><li> ROI (region of interest)를 카메라를 제어하는 ​​소프트웨어를 사용하여 (시야의 중심에 통상적으로 128 X 128 픽셀)로 설정한다. 주 :이 imagi 허용용융 샘플 내의 형광 물질이 함유 된 고분자 사슬의 움직임을 시각화에 필요한 프레임 전송 모드, 200 Hz에서 - (100)의 프레임 속도 (NG) 실험. </li></ol></li></ol></li><li> 실험을 실행 <ol><li> 실험 조건 최적화 <ol><li> 상기 여기 광의 경로에 삽입 된 진동판을 사용하여 직경 약 20 ㎛, 시료의 조명 영역을 조정한다. </li><li> 수동 여기 빔 경로에 삽입 된 적절한 감광 (ND) 필터를 선택하여 8 mW의 - (4) 시료에 여기 레이저 파워를 설정한다. 참고 : - 2 kW 급 cm -2 샘플에서이 일의 평균 레이저 파워를 제공한다. </li><li> 200 Hz에서 - (100)의 프레임 속도로 샘플의 형광 기록 화상. 각 형광 물질이 함유 중합체로부터 얻어지는 형광 강도가 너무 낮 으면, 서서히 제를 사용하여 여기 전력을 증가샘플에서 약 100 mW에 도달 할 때까지 전자 ND 필터. </li><li> 단일 분자 형광 화상의 품질이 여전히 만족스럽지 않으면, 표지되지 않은 폴리 (THF)의 순수 용융물의 형광 화상을 기록하여 샘플에서 형광 불순물을 확인한다. 높은 형광 배경이 관찰되는 경우, 다른 비 표지 폴리 (THF)을 사용합니다. </li><li> 용융물에 형광 물질이 함유 중합체로부터 얻어지는 형광 스폿의 밀도가 공간을 (이 확산 동작의 분석에 오류를 발생) 분리가 너무 높으면 시료까지의 형광 물질이 함유 중합체의 농도를 감소 공간적으로 격리 된 반점이 관찰된다. </li><li> 용융물에 형광 물질이 함유 중합체로부터 얻어지는 형광 스폿의 밀도 (이 이미징 실험의 낮은 처리량을 초래)가 너무 낮은 경우, appropr까지 시료에 형광 물질이 함유 중합체의 농도를 증가형광 현장의 늦었 밀도에 도달한다. </li><li> 용융물의 형광 물질이 함유 중합체로부터 얻어지는 형광 이미지를 흐리게하는 경우, 화상 취득의 프레임 속도를 증가시킨다. 참고 :이 종종 일반적으로, 64 X 64 픽셀의 작은 투자 수익 (ROI)을 필요로한다. </li></ol></li></ol></li><li> 이미지 획득 <ol><li> 실험 조건이 최적화되면 시료가 평형 상태에 도달 할 수 있도록, 한 시간 동안 현미경 무대에 장착 된 샘플을 둡니다. </li><li> 200Hz의 프레임 속도 - 100에 용융 상태의 형광 물질이 함유 된 고분자 1000 형광 이미지 시퀀스 - (500)를 기록한다. 기본 파일 형식은 TIFF 없으면, TIFF 형식으로 모든 이미지 시퀀스를 변환한다. </li></ol></li></ol> 확산 모션 4. 분석 <ol><li> 평균 제곱 변위 (MSD) 분석 <ol><li> 같은 방법으로 형광 이미지 시퀀스 자르기각 이미지 시퀀스는 ImageJ에 같은 단일 잘 집중 확산 형광 물질이 함유 된 고분자 이용한 화상 처리 소프트웨어를 포함하고있다. </li><li> 절단 된 이미지 시퀀스는 10 개 이상의 프레임들을 포함하면, 각각의 시퀀스가 ​​10 프레임으로 구성되도록 복수의 시퀀스로 이미지 시퀀스를 분할. </li><li> 정확하게 화상의 2 차원 가우시안 끼움 각 이미지 시퀀스에서의 분자의 위치를 ​​결정한다. </li><li> 수학 식 20을 이용하여 확산 계수 (D) 각각의 분자 확산 궤적 (분자, 즉, 시간에 따른 위치)의 평균 제곱 변위 (MSD) 분석에 의해 결정을 <img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation1.jpg" /> × 1 및 y i는 이미지 프레임 I의 분자의 위치이고, n은 프레임 전으로부터의 Δt 시간 경과와 프레임 번호를 나타낸다. </li><li> 의 확산 계수 플롯주파수 히스토그램. 참고 : 일반적으로, 히스토그램은 100 개 이상의 분자로 구성되어있다. </li></ol></li><li> 누적 분포 함수 (CDF) 분석 주 : CDF, P (R (2)는 I Δ t) 내가 t δ 일정 시간 지연 후 원점으로부터 반경 (R) 내에 확산 분자를 찾는 누적 확률에 대응한다. <ol><li> 시간이 4.1.3에서 얻은 모든 확산 궤적에 대한 1Δt, 2Δt, ····, iΔt의 지연 동안 발생 제곱 변위를 계산합니다. 주 : 시간이 iΔt의 지연에 대한 이러한 계산은 총 내가 제곱 - 변위 m를 제공합니다. </li><li> 다른 R 2 값에서 R 2보다 작은 총 m의 전 데이터 세트 내에서 제곱 - 변위 (리터 I)의 수를 계산 (0 &lt;R2 &lt;∞). R 2 대 정규화 리터의 난<html> 플롯은 CDF, P (R 2, iΔt)에 해당합니다. </li></ol></li><li> 별개의 확산 모델 CDFS 분석 참고 : 얻어진 CDFS는 별개의 확산 모델이 장착되어 있습니다; 균일 확산 모델은 D 분포가 가우시안 (단일 가우시안 모델)에 의해 설명되는 여러 확산 모드, 다중 확산 모드가되는 D 분포 다중 가우시안 (다중 가우시안 모델)에 의해 설명된다. <ol><li> 균일 확산 모델에서는, 수학 식 21을 사용하여 CDF를 끼워 맞춤으로써, 평균 D를 결정 <img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation2.jpg" /> 주 : 방정식에서 벗어나 분자의 이종 확산을 제안한다. </li><li> 단일 가우스 모델에서는 15을 사용하여 CDF 피팅하여 가우시안 (F (D))에 의해 기술 D의 확률 분포를 결정 켜기 3 &quot;SRC =&quot;/ 파일 / ftp_upload / 54503 / 54503equation3.jpg &quot;/&gt; <img alt="Equation4" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation4.jpg" /> A, W 및 D는 0 가우스의 크기, 폭 및 중심 어디에. </li><li> 더블 가우시안 모델 (14)을 사용하여 CDF를 끼워 맞춤으로써 가우시안 (F (D))에 의해 기술 D 성분 J 번째의 확률 분포를 결정 <img alt="Equation5" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation5.jpg" /> <img alt="Equation6" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation6.jpg" /> J는 각각의 확산 성분의 분획, α 및 J와 J w 및 D 0 J이고 가우스 성분 j 번째의 크기, 폭 및 중심이다. </li></ol></li><li> 이론적 확률 DISTRI의 계산확산 계수의 bution 참고 : 인해 다른 확산 모델에 대해 계산 된 통계 오류 (P (D) D의 D)에 발생하는 D의 확률 분포; 균일 확산 모델은 D 분포가 가우시안 (단일 가우시안 모델)에 의해 설명되는 여러 확산 모드, 다중 확산 모드가되는 D 분포 다중 가우시안 (다중 가우시안 모델)에 의해 설명된다. <ol><li> 균일 확산 모델에서는, 수학 식 22를 이용하여 D의 통계적 확률 분포를 계산 <img alt="Equation7" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation7.jpg" /> N이 확산 궤도 데이터 포인트의 수 (N = 10, 4.1.2 참조)이고, D 0 평균 확산 계수 (CDF를 분석에 의해 측정이 4.2.3.1 참조)이고, D는 실험적으로 얻어진 개별 궤도 용 확산 계수. </li><li> 에서단일 가우시안 확산 모델은 수학 식 15를 이용하여 D의 통계적 확률 분포를 계산 <img alt="Equation8" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation8.jpg" /> F (D)은 CDF 분석에 의해 결정된 D의 확률 분포 (4.2.3.2 참조)이고, D는 0 평균 확산 계수이다합니다 (CDF 분석에 의해 결정 4.2.3.2 참조). </li><li> 더블 가우시안 확산 모델에서는, 수학 식 14를 이용하여 D의 통계적 확률 분포를 계산 <img alt="Equation9" src="/files/ftp_upload/54503/54503equation9.jpg" /> F (D의 J)은 CDF 분석에 의해 결정된 D (D의 j) 성분 j 번째의 확률 분포를 나타내고 (4.2.3.3 참조), 그리고 D의 0j은 CDF 결정 요소 j 번째 (평균 확산 계수 분석) 4.2.3.3를 참조하십시오. </li></ol></li></ol>

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Chem. 6 (22), 4109-4115 (2015).</li><li>Habuchi, S., Fujiwara, S., Yamamoto, T., Vacha, M., Tezuka, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Molecule+Study+on+Polymer+Diffusion+in+a+Melt+State:+Effect+of+Chain+Topology.">Single-Molecule Study on Polymer Diffusion in a Melt State: Effect of Chain Topology.</a> Anal. Chem. 85 (15), 7369-7376 (2013).</li><li>Habuchi, S., Satoh, N., Yamamoto, T., Tezuka, Y., Vacha, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multimode+Diffusion+of+Ring+Polymer+Molecules+Revealed+by+a+Single-Molecule+Study.">Multimode Diffusion of Ring Polymer Molecules Revealed by a Single-Molecule Study.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 49 (8), 1418-1421 (2010).</li><li>Habuchi, S., Tezuka, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Topological Polymer Chemistry: Progress of Cyclic Polymers in Syntheses, Properties and Functions. , 265-290 (2013).</li><li>Fernandez, P., Bayona, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+off-line+gel-remeation+chromatography+normal-phase+liquid-chromatography+fro+the+determination+of+polycyclic+aromatic-compounds+in+environmental-samples+and+standard+reference+materials+(air+particulate+matter+and+marine+sediment).">Use of off-line gel-remeation chromatography normal-phase liquid-chromatography fro the determination of polycyclic aromatic-compounds in environmental-samples and standard reference materials (air particulate matter and marine sediment).</a> J. Chromatogr. 625 (2), 141-149 (1992).</li><li>Biesenberger, J. A., Tan, M., Duvdevan, I., Maurer, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recycle+gel+permeation+chromatography.+1.+recycle+principle+and+design.">Recycle gel permeation chromatography. 1. recycle principle and design.</a> J. Polym. Sci. Pol. Lett. 9 (5), 353 (1971).</li><li>Kusumi, A., Sako, Y., Yamamoto, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confined+lateral+diffusion+of+membrane-receptors+as+studied+by+single-particle+tracking+(nanovid+microscopy)+-+effects+of+calcium-induced+differentiation+in+cultured+epithelial-cells.">Confined lateral diffusion of membrane-receptors as studied by single-particle tracking (nanovid microscopy) - effects of calcium-induced differentiation in cultured epithelial-cells.</a> Biophys. J. 65 (5), 2021-2040 (1993).</li><li>Schutz, G. J., Schindler, H., Schmidt, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-molecule+microscopy+on+model+membranes+reveals+anomalous+diffusion.">Single-molecule microscopy on model membranes reveals anomalous diffusion.</a> Biophys. J. 73 (2), 1073-1080 (1997).</li><li>Vrljic, M., Nishimura, S. Y., Brasselet, S., Moerner, W. E., McConnell, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Translational+diffusion+of+individual+class+II+MHC+membrane+proteins+in+cells.">Translational diffusion of individual class II MHC membrane proteins in cells.</a> Biophys. J. 83 (5), 2681-2692 (2002).</li><li>Margineanu, 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=Photophysics+of+a+water-soluble+rylene+dye:+Comparison+with+other+fluorescent+molecules+for+biological+applications.">Photophysics of a water-soluble rylene dye: Comparison with other fluorescent molecules for biological applications.</a> J. Phys. Chem. B. 108 (32), 12242-12251 (2004).</li><li>Tezuka, Y., Oike, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+and+covalent+fixation+for+topological+polymer+chemistry.">Self-assembly and covalent fixation for topological polymer chemistry.</a> Macromol. Rapid Commun. 22 (13), 1017-1029 (2001).</li><li>Deres, 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=The+Origin+of+Heterogeneity+of+Polymer+Dynamics+near+the+Glass+Temperature+As+Probed+by+Defocused+Imaging.">The Origin of Heterogeneity of Polymer Dynamics near the Glass Temperature As Probed by Defocused Imaging.</a> Macromolecules. 44 (24), 9703-9709 (2011).</li><li>Flier, B. M. I., 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=Heterogeneous+Diffusion+in+Thin+Polymer+Films+As+Observed+by+High-Temperature+Single-Molecule+Fluorescence+Microscopy.">Heterogeneous Diffusion in Thin Polymer Films As Observed by High-Temperature Single-Molecule Fluorescence Microscopy.</a> J. Am. Chem. Soc. 134 (1), 480-488 (2012).</li><li>Habuchi, S., Oba, T., Vacha, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-beam+single-molecule+defocused+fluorescence+imaging+reveals+local+anisotropic+nature+of+polymer+thin+films.">Multi-beam single-molecule defocused fluorescence imaging reveals local anisotropic nature of polymer thin films.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (15), 6970-6976 (2011).</li><li>Zettl, U., 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-Diffusion+and+Cooperative+Diffusion+in+Semidilute+Polymer+Solutions+As+Measured+by+Fluorescence+Correlation+Spectroscopy.">Self-Diffusion and Cooperative Diffusion in Semidilute Polymer Solutions As Measured by Fluorescence Correlation Spectroscopy.</a> Macromolecules. 42 (24), 9537-9547 (2009).</li><li>Kirstein, J., Platschek, B., Jung, C., Brown, R., Bein, T., Brauchle, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploration+of+nanostructured+channel+systems+with+single-molecule+probes.">Exploration of nanostructured channel systems with single-molecule probes.</a> Nat. Mater. 6 (4), 303-310 (2007).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

4 무장과 8 모양의 중합체. 합성을위한 중요한 단계 인 ESA-CF 프로토콜 (그림 1)을 통해 제조 12, 24 단관 능성과 관능 성 선형 폴리 (THF)의 N -phenylpiperidinium 말 단기와이었다 하였다 위의 절차에 따라 합성. 11 이온 교환 복실 과잉 량을 함유하는 수용액에 트리 플레이트 카운터 음이온을 가진 폴리머 전구체의 아세톤 용액으로 재침을 실시 하였다. 4 무장 스타 폴리머 이온 교환 생성물의 공유 변환은 4 시간 동안 환류 톨루엔 (4.9 g / L)에서 수행 하였다. 전환이 충분하지 않은 경우, 반응 시간을 연장한다. 공유 결합 된 생성물을 물에 아세톤 / 헥산 N 및 재 침전 실리카 겔 컬럼 크로마토 그래피에 의해 수득 하였다. 4 무장 중합체의 1H NMR은도 2a에 도시된다. 티S의 ESA-CF 절차 환상 중합체의 효율적인 합성을 허용한다. 그러나이 프로토콜은 환상 오늄 단부 그룹이 중합체에 한정된다. 8 형 중합체 생성물의 경우, 반응을 4 시간 동안 환류하에 희석 (0.2 g / L)의 톨루엔에서 수행하고, 분자간 제품을 반응 아마도 인해, 불용성 분획의 대부분의 형성 결과. 수용성 부분은 아세톤 / N 헥산으로 실리카 겔 컬럼 크로마토 그래피하여, N- 헥산으로 재침하고, 물에 재 침전시켰다. 얻어진 미정 제 생성물을 크기 배제 비즈 칼럼 크로마토 그래피 및 8 형 중합체 생성물의 분리를 허용하는 GPC를 재활용 하였다. 8 모양 중합체의 1H NMR은도 2b에 도시된다. 이 ESA-CF 프로토콜은 더 복잡한 위상 중합체에 적용 할 수있다. 고품질의 형광 이미지이다 essenti분자의 확산 동작의 정확한 분석 등. 1) 형광 불순물 샘플에 존재할 때, 형광 화상이 현저히 저하되어, 2) 통합 형광체의 형광 양자 수율이 낮으며, 3) 영상의 프레임 레이트는 중합체 분자의 확산 움직임보다 느리다. 실온 이하의 온도 (20 ℃로) 또는 37 ℃ 이상으로 설정하면 기록 형광 이미지의 품질을 저하하는 굴절률 부정합을 야기 할 것이다. 필터 큐브에 장착 좁은 밴드 방출 대역 통과 필터를 사용하면 언젠가는 형광 이미지의 품질을 향상시킨다. 촬상 실험에 사용 된 EM-CCD 카메라의 노출 시간은 일반적으로 밀리 초에 한정되기 때문에,이 빠른 시간 스케일보다 확산 동작은이 방법에 의해 캡쳐 될 수 없다. 엠에스디 분석 통계적 에러의 영향의 평가는 FO 중요한 단계이종 확산의 특성을 r에. 통계적 오류가 심하게 불균일 확산을 논의하기 전에 균일 한 확산 모델 (22)을 이용하여 확산 계수의 확률 분포를 계산함으로써 평가한다. 불균일 확산은 신중 CDF 분석에 의해 평가되어야한다. CDFS가 균일 확산 모델 (즉, 단일 지수 감쇠 곡선)로부터 명백한 편차를 표시하는 경우,이 다수의 확산 성분의 존재를 시사한다. 불균일 확산 정량적 특성 결합 MSD, CDF가 필요하며, 확률 분포를 분석한다. 14,15 확산 움직임 함유 고분자 역학은 이러한 NMR, 광산란 7, 8, 점도 측정과 같은 종래의 방법에서는 앙상블 평균 값으로 설명되었다. 구를 실제로 자장하게 계시 불균일 확산 운동전자 분자 이미징 (16)은 앙상블 평균 방법으로 검출하는 것이 매우 어렵다. 중합체의 고유 이질적인 특성을 고려하여,이 프로토콜에보고 25-27있어서 위상 중합체의 특성으로 제한되지만 얽힌 상태에서 중합체의 모든 종류에 적용될 수있다. (28) 또한,이 프로토콜에보고 된 방법을 찾을 이러한 메조 포러스 물질을 통해 분자 확산과 같은 복잡한 시스템에서 이종 확산의 분석에 다양한 응용 프로그램입니다. (29)

Cyclic polymers are unique in that they do not have chain ends. They often exhibit unusual behaviors which is distinct from their linear counterpart, including increased thermal stability of polymer micelles by a linear-to-cyclic conversion,1,2 and spatial organization of DNA in bacterial cells by a loop formation.3 Topological interactions between the cyclic chains are believed to be the critical factor for such unusual behaviors.4,5 Therefore, characterizing the motion and relaxation of cyclic polymers under entangled conditions has been an important research topic in polymer science for decades.6
Cyclic polymer dynamics has been investigated using both synthetic and naturally occurring molecules by means of ensemble averaged experimental methods such as nuclear magnetic resonance (NMR), light scattering, and viscosity measurements.7-9 However, these studies often suffer from impurity molecules in the samples.10 Furthermore, spatiotemporal heterogeneities of the motion of individual molecules caused by inherent structural heterogeneity of entangled polymers are often hidden behind the ensemble averaging in these studies. In order to characterize molecular level dynamics of cyclic polymers, a synthesis method that provides high purity cyclic polymers and an experimental and analysis methods that allow for quantitative characterization of molecular motion at the single molecule level have to be developed. Here, we will show a method to synthesize high-purity cyclic and dicyclic poly(THF)s that incorporate a fluorophore unit using an electrostatic self-assembly and covalent fixation (ESA-CF) process11-13 and a method to analyze the motion of the individual fluorophore-incorporated polymer chains using a combination of mean-squared displacement (MSD) and cumulative distribution function (CDF) analyses.
A proper data processing has been shown to be essential for the accurate characterization of the diffusive motion. With an adequate MSD and CDF analyses, a multiple-mode diffusion of the cyclic and dicyclic polymers in the melt and semi-dilute solution of the linear polymer chains has been revealed,14-16 suggesting the significant effects of the topological states of the polymers on the diffusive motion of the chains under entangled conditions.17 While the experimental and analytical approaches to characterize the motion of the cyclic polymers are described in this protocol, the same method can be used to quantitatively characterize the diffusive motion in many other heterogeneous systems. The approach would be especially suitable when multiple diffusion components existing in the samples are to be analyzed.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Materials&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>THF</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wakosil C-300</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Toluene</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;n&lt;/em&gt;-Hexane</td><td>Godo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>CHCl&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;</td><td>Kanto Chemical</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bio-Beads S-X1</td><td>Bio-Rad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Methyl triflate</td><td>Nacalai Tesque</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Triflic anhydride</td><td>Nacalai Tesque</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Potassium Hydroxide</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly(tetrahydrofuran)</td><td>Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chloroform</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Immersion oil</td><td>Cargille</td><td>Type 37 / Type A</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Equipment&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>2-Neck 100-ml round-bottom flask</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Flask</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Beaker</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Funnel</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Filter paper</td><td>Whatman</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Reflux condenser</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Syringe</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Water bath</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Magnetic stirrer</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rotary evaporator</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microscope cover slips (24 x 24 mm, No. 1)</td><td>Matsunami Glass</td><td>CO22241</td><td></td></tr><tr><td>Staining jar</td><td>AS ONE Corporation</td><td>1-7934-01</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic cleaner</td><td>VWR International&amp;nbsp;</td><td>142-0047</td><td></td></tr><tr><td>Inverted microscope</td><td>Olympus</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>Ar-Kr ion laser</td><td>Coherent</td><td>Innova 70C</td><td></td></tr><tr><td>Berek compensator</td><td>Newport</td><td>5540</td><td></td></tr><tr><td>Excitation filter</td><td>Semrock</td><td>LL01-488-12.5</td><td></td></tr><tr><td>Dichloric mirror</td><td>Omega optical</td><td>500DRLP</td><td></td></tr><tr><td>Emission filter</td><td>Semrock</td><td>BLP01-488R-25</td><td></td></tr><tr><td>Lens and mirror</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EM-CCD camera</td><td>Andor Technology</td><td>iXon</td><td></td></tr><tr><td>Objective lens (100X, N.A. = 1.3)</td><td>Olympus</td><td>UPLFLN 100XOP</td><td></td></tr><tr><td>Objective heater</td><td>Bioptechs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Preparative GPC</td><td>Japan Analytical Industry</td><td>LC-908</td><td></td></tr></tbody></table>

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.

페 릴렌 4 무장 스타를 디이는-통합 8 모양의 dicyclic 폴리 (THF) s는 정전 자기 조립 및 공유 고정 (ESA-CF) 프로세스 (그림 1, 그림 2)를 사용하여 합성 하였다. 시간 경과 단일 분자 형광 이미지는 4 무장 (그림 3a)를 측정하고 (그림 3b) 중합체를 8 자형 하였다. 시간 경과 형광 이미지 (그림 3)은 공간적으로 인해 체인에 높은 형광 페 릴렌 디이 미드의 형광 (23)의 결합에 고립 된 밝고 선명한 반점을 보여줍니다. 확산 계수의 빈도 히스토그램 4 무장 (도 4a)에 대해 계산되고 (도 4b)의 시간 경과 화상의 제곱 - 평균 변위 (MSD) 분석에 의해 중합체 8 자형 하였다. MSD의 플롯과 CDFS의 계산은 MATLAB로 작성된 루틴을 사용하여 수행됩니다. 피팅실험으로부터 얻어진 CDFS 이러한 유래 프로 같은 데이터 처리 소프트웨어를 사용하여 수행된다. MSD의 분석에 의해 결정되는 확산 계수의 주파수 확산 히스토그램 분석 및 이질성의 통계적 에러 모두 넓은 분포의 결과 (도 4)을 표시. 주파수 히스토그램은 분명 균일 한 확산 모델로부터의 편차 폴리머 분자의 이종 확산을 보여줍니다 (그림 4에서 녹색 선). (14) 누적 분포 함수 (CDFS) 4 무장 (그림 5a)에 대해 계산하고 표시 8 모양 (그림 5b) 중합체 및 단일 가우스 (그림 5a)에서 장착 더블 가우스 (그림 5B) 모델. 확산 계수의 통계적 확률 분포는 4 무장 (도 4a)에 대해 계산하고, 8 형 (도 4b) POL<html> 단일 가우스, 또는 더블 가우스 모델별로 ymers. 단일 (그림 5a) 및 이중 (그림 5b) 가우시안 모델이 아니라 실험적으로 얻은 CDFS에 맞게. 이러한 결과는 8 자 형상 중합체가 두 개의 별개의 확산 모드를 표시하는 반면 -4- 무장 중합체의 확산이 확산 계수의 넓은 분포에 의해 기술되는 것을 보여준다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54503/54503fig1.jpg" /> 페 릴렌 디이 미드 통합 폴리 그림 1. 합성 경로 (THF)들. (A) 4 무장 한 스타 폴리머 및 (b) 8 모양의 dicyclic 고분자의 합성 경로는. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54503/54503fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <html> 54503fig2.jpg &quot;/&gt; 합성 고분자의 그림 2. 특성화. (A) 4 무장 한 스타 폴리머 및 (b) 8 모양의 dicyclic 고분자의 NMR 스펙트럼. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54503/54503fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54503/54503fig3.jpg" /> 3 (영화) 그림. 페 릴렌 디이 미드 합체 폴리 (THF) (S). (a) 4- 무장 스타 중합체 및 (b)의 시간 경과 형광 이미지의 단일 분자 형광 이미징 THF (표지되지 않은 선형 폴리 용융액 dicyclic 중합체 8 자형 ). 스케일 바 = 5 μm의. 영화를 보려면 여기를 클릭하십시오 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54503/Figure_3a_submit.mov" target="_blank">(A)를</a> 하고3 / Figure_3b_submit.mov &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt; (나). <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54503/54503fig4.jpg" /> 도 4 페 릴렌 디이 미드 혼입 폴리 MSD 분석 (THF)을 용융물에 확산 s는. 용융 개체 (a) 4- 무장 스타 중합체 및 (b) 8 자형 dicyclic 중합체 결정된 확산 계수의 빈도 히스토그램 선형 폴리 (THF)를 비 표지. 실선은 이론적으로는 세 개의 서로 다른 확산 모델에 기초하여, 확산 계수의 확률 분포를 계산 보여; 균일 한 확산 모델 (녹색 선, 4.3.1 참조), 하나의 가우시안 모델 (수정 지시, 4.3.2 참조), 두 번 가우시안 모델 (파란색 선, 4.3.3 참조). (14) <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54503/54503fig4large.jpg" target="_blank">이의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오 그림.</a> 페 릴렌 디이 미드 합체 폴리 (THF)의도 5 CDF 분석 용융액 확산 s는 실험적으로 얻어진 누적 분포 함수 (iΔt = 7.5-75 밀리 초). (a) 4- 무장 스타 폴리머 1-P의 형태 및 (b) 표지되지 않은 선형 폴리 (THF)의 용융에 dicyclic 중합체 8 자형. 점선은 4.2.3.3에서 4.2.3.2 및 (b) 식의 (a)는 식으로 피팅을 보여줍니다. (14)는 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54503/54503fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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

합성 및 단일 분자 수준에서 순환 고분자의 확산 움직임의 특성에 대한 프로토콜이 제공됩니다.

단일 분자 수준에서 순환 고분자의 합성 및 용융 상태에서 그들의 확산 운동의 특성

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 ...

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Nanyang Technological University

Research

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Chemistry

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Controlled Synthesis and Fluorescence Tracking of Highly Uniform Poly(N-isopropylacrylamide) Microgels

Stimuli-sensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels have various prospective practical applications and uses in fundamental research. In this work, we use single particle tracking of fluorescently labeled PNIPAM microgels as a showcase for tuning microgel size by a rapid non-stirred precipitation polymerization procedure. This approach is well suited for prototyping new reaction compositions and conditions or for applications that do not require large amounts of product. Microgel synthesis, particle size and structure determination by dynamic and static light scattering are detailed in the protocol. It is shown that the addition of functional comonomers can have a large influence on the particle nucleation and structure. Single particle tracking by wide-field fluorescence microscopy allows for an investigation of the diffusion of labeled tracer microgels in a concentrated matrix of non-labeled microgels, a system not easily investigated by other methods such as dynamic light scattering.

Controlled Synthesis and Fluorescence Tracking of Highly Uniform PolyN-isopropylacrylamide Microgels

Non-stirred precipitation polymerization provides a rapid, reproducible prototyping approach to the synthesis of stimuli-sensitive poly(N-isopropylacrylamide) microgels of narrow size distribution. In this protocol synthesis, light scattering characterization and single particle fluorescence tracking of these microgels in a wide-field microscopy setup are demonstrated.

제어 합성 및 매우 균일 한 폴리 형광 추적 (<em&gt; N</em&gt; 이소 프로필 아크릴 아미드) 미크로 겔

Stimuli-sensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) microgels have various prospective practical applications and uses in fundamental research. In this ...

연구

화학

Self-assembling Morphologies Obtained from Helical Polycarbodiimide Copolymers and Their Triazole Derivatives

A facile method for the preparation of polycarbodiimide-based secondary structures (e.g., nano-rings, &#34;craters,&#34; fibers, looped fibers, fibrous networks, ribbons, worm-like aggregates, toroidal structures, and spherical particles) is described. These aggregates are morphologically influenced by extensive hydrophobic side chain-side chain interactions of the singular polycarbodiimide strands, as inferred by atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) techniques. Polycarbodiimide-g-polystyrene copolymers (PS-PCDs) were prepared by a combination of synthetic methods, including coordination-insertion polymerization, copper(I)-catalyzed azide alkyne cycloaddition (CuAAC) &#34;click&#34; chemistry, and atom transfer radical polymerization (ATRP). PS-PCDs were found to form specific toroidal architectures at low concentrations in CHCl3. To determine the influence of a more polar solvent medium (i.e., THF and THF/EtOH) on polymer aggregation behavior, a number of representative PS-PCD composites have been tested to show discrete concentration-dependent spherical particles. These fundamental studies are of practical interest to the development of experimental procedures for desirable architectures by directed self-assembly in thin film. These architectures may be exploited as drug carriers, whereas other morphological findings represent certain interest in the area of novel functional materials.

Here, we present a protocol to prepare and visualize secondary structures (e.g., fibers, toroidal architectures, and nano-spheres) derived from helical polycarbodiimides. The morphology characterized by both atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) was shown to depend on molecular structure, concentration, and the solvent of choice.

나선형 폴리 카 보디이 미드 공중 합체 및 이들의 트리아 졸 유도체로부터 획득 자기 조립 모폴로지

A facile method for the preparation of polycarbodiimide-based secondary structures (e.g., nano-rings, &#34;craters,&#34; fibers, looped fibers, fibrous ...

Synthesis of Terpolymers at Mild Temperatures Using Dynamic Sulfur Bonds in Poly(S-Divinylbenzene)

Elemental sulfur (S8) is a byproduct of the petroleum industry with millions of tons produced annually. Such abundant production and limited applications lead to sulfur as a cost-efficient reagent for polymer synthesis. Inverse vulcanization combines elemental sulfur with a variety of monomers to form functional polysulfides without the need for solvents. Short reaction times and straight forward synthetic methods have led to rapid expansion of inverse vulcanization. However, high reaction temperatures (&#62;160 &#176;C) limit the types of monomers that can be used. Here, the dynamic sulfur bonds in poly(S-divinylbenzene) are used to initiate polymerization at much lower temperatures. The S-S bonds in the prepolymer are less stable than S-S bonds in S8, allowing radical formation at 90 &#176;C rather than 159 &#176;C. A variety of allyl and vinyl ethers have been incorporated to form terpolymers. The resulting materials were characterized by 1H NMR, gel permeation chromatography, and differential scanning calorimetry, as well as examining changes in solubility. This method expands on the solvent-free, thiyl radical chemistry utilized by inverse vulcanization to create polysulfides at mild temperatures. This development broadens the range of monomers that can be incorporated thus expanding the accessible material properties and possible applications.

Synthesis of Terpolymers at Mild Temperatures Using Dynamic Sulfur Bonds in PolyS-Divinylbenzene

The goal of this protocol is to initiate polymerization using dynamic sulfur bonds in poly(S-divinylbenzene) at mild temperatures (90 &#176;C) without using solvents. Terpolymers are characterized by GPC, DSC and 1H NMR, and tested for changes in solubility.

폴 리 (에 스 디 비닐 벤젠)에 동적 유황 결합을 사용 하 여 온화한 온도에서 Terpolymers의 합성

Elemental sulfur (S8) is a byproduct of the petroleum industry with millions of tons produced annually. Such abundant production and limited applications ...

Synthesis of Monodisperse Cylindrical Nanoparticles via Crystallization-driven Self-assembly of Biodegradable Block Copolymers

The production of monodisperse cylindrical micelles is a significant challenge in polymer chemistry. Most cylindrical constructs formed from diblock copolymers are produced by one of three techniques: thin film rehydration, solvent switching or polymerization-induced self-assembly, and produce only flexible, polydisperse cylinders. Crystallization-driven self-assembly (CDSA) is a method which can produce cylinders with these properties, by stabilizing structures of a lower curvature due to the formation of a crystalline core. However, the living polymerization techniques by which most core-forming blocks are formed are not trivial processes and the CDSA process may yield unsatisfactory results if carried out incorrectly. Here, the synthesis of cylindrical nanoparticles from simple reagents is shown. The drying and purification of reagents prior to a ring-opening polymerization of &#949;-caprolactone catalyzed by diphenyl phosphate is described. This polymer is then chain extended by methyl methacrylate (MMA) followed by N,N-dimethyl acrylamide (DMA) using reversible addition&#8722;fragmentation chain-transfer (RAFT) polymerization, affording a triblock copolymer that can undergo CDSA in ethanol. The living CDSA process is outlined, the results of which yield cylindrical nanoparticles up to 500 nm in length and a length dispersity as low as 1.05. It is anticipated that these protocols will allow others to produce cylindrical nanostructures and elevate the field of CDSA in the future.

Crystallization-driven self-assembly (CDSA) displays the unique ability to fabricate cylindrical nanostructures of narrow length distributions. The organocatalyzed ring-opening polymerization of &#949;-caprolactone and subsequent chain extensions of methyl methacrylate and N,N-dimethyl acrylamide are demonstrated. A living CDSA protocol that produces monodisperse cylinders up to 500 nm in length is outlined.

생분해성 블록 공합체의 결정화 구동 자가 조립을 통해 단분산 원통형 나노 입자의 합성

The production of monodisperse cylindrical micelles is a significant challenge in polymer chemistry. Most cylindrical constructs formed from diblock ...

Analyzing Melts and Fluids from Ab Initio Molecular Dynamics Simulations with the UMD Package

We have developed a Python-based open-source package to analyze the results stemming from ab initio molecular-dynamics simulations of fluids. The package is best suited for applications on natural systems, like silicate and oxide melts, water-based fluids, and various supercritical fluids. The package is a collection of Python scripts that include two major libraries dealing with file formats and with crystallography. All the scripts are run at the command line. We propose a simplified format to store the atomic trajectories and relevant thermodynamic information of the simulations, which is saved in UMD files, standing for Universal Molecular Dynamics. The UMD package allows the computation of a series of structural, transport and thermodynamic properties. Starting with the pair-distribution function it defines bond lengths, builds an interatomic connectivity matrix, and eventually determines the chemical speciation. Determining the lifetime of the chemical species allows running a full statistical analysis. Then dedicated scripts compute the mean-square displacements for the atoms as well as for the chemical species. The implemented self-correlation analysis of the atomic velocities yields the diffusion coefficients and the vibrational spectrum. The same analysis applied on the stresses yields the viscosity. The package is available via the GitHub website and via its own dedicated page of the ERC IMPACT project as open-access package.

Melts and fluids are ubiquitous vectors of mass transport in natural systems. We have developed an open-source package to analyze ab initio molecular-dynamics simulations of such systems. We compute structural (bonding, clusterization, chemical speciation), transport (diffusion, viscosity) and thermodynamic properties (vibrational spectrum).

UMD 패키지로 Ab Initio 분자 역학 시뮬레이션에서 용융 및 유체 분석

We have developed a Python-based open-source package to analyze the results stemming from ab initio molecular-dynamics simulations of fluids. The package ...

Designed for Molecular Recycling: A Lignin-Derived Semi-aromatic Biobased Polymer

The development of chemically recyclable biopolymers offers opportunities within the pursuit of a circular economy. Chemically recyclable biopolymers make a positive effort to solve the issue of polymer materials in the disposal phase after the use phase. In this paper, the production of biobased semi-aromatic polyesters, which can be extracted entirely from biomass such as lignin, is described and visualized. The polymer poly-S described in this paper has thermal properties similar to certain commonly used plastics, such as PET. We developed a Green Knoevenagel reaction, which can efficiently produce monomers from aromatic aldehydes and malonic acid. This reaction has been proven to be scalable and has a remarkably low calculated E-factor. These polyesters with ligno-phytochemicals as a starting point show an efficient molecular recycling with minimal losses. The polyester poly(dihydrosinapinic acid) (poly-S) is presented as an example of these semi-aromatic polyesters, and the polymerization, depolymerization, and re-polymerization are described.

An example of a closed-loop approach towards a circular materials economy is described here. A whole sustainable cycle is presented where biobased semi-aromatic polyesters are designed by polymerization, depolymerization, and then re-polymerized with only slight changes in their yields or final properties.

분자 재활용을 위해 설계: 리닌 유래 반 방향족 생물 기반 폴리머

The development of chemically recyclable biopolymers offers opportunities within the pursuit of a circular economy. Chemically recyclable biopolymers make ...

Methods for the Self-integration of Megamolecular Biopolymers on the Drying Air-LC Interface

Living organisms that use water are always prone to drying in the environment. Their activities are driven by biopolymer-based micro- and macro-structures, as seen in the cases of moving water in vascular bundles and moisturizing water in skin layers. In this study, we developed a method for assessing the effect of aqueous liquid crystalline (LC) solutions composed of biopolymers on drying. As LC biopolymers have megamolecular weight, we chose to study polysaccharides, cytoskeletal proteins, and DNA. The observation of biopolymer solutions during drying under polarized light reveals milliscale self-integration starting from the unstable air-LC interface. The dynamics of the aqueous LC biopolymer solutions can be monitored by evaporating water from a one-side-open cell. By analyzing the images taken using cross-polarized light, it is possible to recognize the spatio-temporal changes in the orientational order parameter. This method can be useful for the characterization of not only artificial materials in various fields, but also natural living tissues. We believe that it will provide an evaluation method for soft materials in the biomedical and environmental fields.

A method for the drying-induced self-integration of megamolecular biopolymers on the air-liquid crystalline interface is provided here. This methodology will be useful not only for understanding the macroscopic potentials of biopolymers, but also as an evaluation method for soft materials in biomedical and environmental fields.

건조 공기-LC 인터페이스에 Megamolecular 생체 고분자의 자체 통합을위한 방법

Living organisms that use water are always prone to drying in the environment. Their activities are driven by biopolymer-based micro- and ...

생체공학

Depolymerizable Olefinic Polymers Based on Fused-Ring Cyclooctene Monomers

The growing consumption of synthetic polymers and the accumulation of polymer waste have led to a pressing need for new routes to sustainable materials. Achieving a closed-loop polymer economy via chemical recycling to monomer (CRM) is one such promising route. Our group recently reported a new CRM system based on polymers prepared by ring-opening metathesis polymerization (ROMP) of trans-cyclobutane fused cyclooctene (tCBCO) monomers. This system offers several key advantages, including the ease of polymerization at ambient temperatures, quantitative depolymerization to monomers under mild conditions, and a broad range of functionalities and thermomechanical properties. Here, we outline detailed protocols for the preparation of tCBCO-based monomers and their corresponding polymers, including the preparation of elastic polymer networks and compression molding of linear thermoplastic polymers. We also outline the preparation of high ring strain E-alkene tCBCO monomers and their living polymerization. Finally, the procedures for the depolymerization of linear polymers and polymer networks are also demonstrated.

Here, we describe protocols for the preparation of trans-cyclobutane fused cyclooctenes (tCBCO),&#160;their polymerization to prepare depolymerizable olefinic polymers, and the depolymerization of these polymers under mild conditions. Additionally, protocols for the preparation of depolymerizable networks and compression molding of rigid linear plastics based on this system are described.

융합 고리 사이클로옥텐 단량체를 기반으로 하는 해중합 가능한 올레핀 폴리머

The growing consumption of synthetic polymers and the accumulation of polymer waste have led to a pressing need for new routes to sustainable materials. ...

Polymerization

Source: Vy M. Dong and Jan Riedel, Department of Chemistry, University of California, Irvine, CA
Polymers are made from macromolecules, which are composed of repeating units (the so called monomeric units). In our modern world, polymers play an important role. One of the first important polymers was nylon, which is a polyamide. It found widespread application in tooth brushes and stockings.

Polymerization: Types of Polymerizations and Applications

중합

Source: Vy M. Dong and Jan Riedel, Department of Chemistry, University of California, Irvine, CA
Polymers are made from macromolecules, which are composed ...

교육

JoVE Science Education

유기 화학 II

Kinetics of Addition Polymerization to Polydimethylsiloxane

Source: <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/author/Kerry+M._Dooley">Kerry M. Dooley</a> and Michael G. Benton, Department of Chemical Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA
Polymers are molecules consisting of many repeating monomer units that are chemically bonded into long chains. They exhibit a broad range of physical properties, which are affected by their chemical structure, molecular weight and degree of polymerization. The polymer industry manufactures thousands of raw materials used in a broad variety of commercial products.1,2
The goal of this video is to perform an addition polymerization reaction and then evaluate the resulting product to understand how viscosity can be used to determine polymer molecular weight. Additionally, this experiment will investigate how molecular weight can be related to monomer conversion.

Synthesis of Polydimethylsiloxane via Addition Polymerization

폴리디메틸실록산에 대한 부가 중합의 반응 속도

Source: Kerry M. Dooley and Michael G. Benton, Department of Chemical Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA
Polymers are molecules ...