Name: monitoring the effects of illumination on the structure of conjugated polymer gels using neutron scattering
Uploaded: 2017-12-21T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 16 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Monitoring the Effects of Illumination on the Structure of Conjugated Polymer Gels Using Neutron Scattering at JoVE.com

המחברים להכיר בהכרת תודה הקרן הלאומית למדע (DMR-1409034) לתמיכה של פרויקט זה. אנו גם להכיר את התמיכה של המכון הלאומי לתקנים, טכנולוגיה, בארה ב. משרד המסחר, במתן המתקנים USANS נעשה שימוש בעבודה זו, איפה מתקנים אלה נתמכים באופן חלקי על ידי הקרן הלאומית למדע במסגרת הסכם לא. DMR-0944772. הניסויים SANS של מחקר זה הושלמו של ORNL גבוהה השטף איזוטופ הכור, אשר מומן על ידי מדעי משתמש מתקני החלוקה, Office Basic אנרגיה למדעים, משרד האנרגיה של ארה.

כל טיפול של כימיקלים צריכה להתבצע עם ציוד מגן אישי המתאים ובתוך ברדס בטיחות. כל הדגימות נחשפים לקרינה מייננת צריך להיות מטופל תחת פיקוחו של מתקני בקרה רדיואקטיבי הטכנאים. פרוטוקול זה בוצע על ידי אנשים שלא סיימו הדרכות בנושאי בטיחות קרינה המתאים.
1. הכנת P3HT בפתרונות d-ODCB
<ol>
	<li>רכישת המדגם
	<ol>
		<li>לרכוש 1g של regioregularity גבוהה (&#62; 90%) P3HT ב משקל מולקולרי טווח 15-40 ק'</li>
		<li>לרכוש 5 g של טוהר גבוהה (&#62; 90% אטום deuterated) 1, 2 d-4-ODCB.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>הכנת הדוגמא
	<ol>
		<li>לסנן כל פתרון d-ODCB עם מסננת מיקרומטר 0.45 לתוך בקבוקון זכוכית.</li>
		<li>משלבים 0.34 גר' P3HT בסול 1.66 של d-ODCB בבקבוקון זכוכית 5 g עם כובע מרופדת בנייר כסף. הערה: לאורך כל תהליך יצירה והעברה לדוגמה, מזער את עוצמת האור מקיף אשר הדגימה חשוף כל הזמן.</li>
		<li>להוסיף פס מגנטי מערבבים למבחנה לאבטח את הכובע, חותם עם מצלמות-מיקרוסקופים.</li>
		<li>לעטוף לחלוטין בתוך רדיד אלומיניום כדי למנוע כל חשיפה קלה לפתרון.</li>
		<li>במקום מדגם על פלטה-70 מעלות צלזיוס במשך 1-3 h עם פס מגנטי מערבבים מופעלת.</li>
		<li>להסיר מן החום, כשמידי פעם לגמרי שהתמיסה אחידה (רצוי עוזב הלילה חימום/ערבוב הדגימה כדי להבטיח פיזור מלאה).</li>
		<li>להעביר פתרון בקבוקון ניקו כראוי (עם שטיפות נפרדים של אצטון ומים) 1 או 2 מ מ קוורץ עבה בנג'ו התא באמצעות פיפטה של זכוכית. הערה: חימום על פיפטה זכוכית בתנור חימום עד 70 ° C מיד לפני העברת מאוד מפשט את התהליך הזה.</li>
		<li>מוספית בנג'ו תא קאפ, חותם עם מצלמות-מיקרוסקופים.</li>
		<li>המקום תא בנג'ו בחושך מוחלט (כלומר בתוך קופסא אטומה או עטוף בנייר אלומיניום).</li>
		<li>באופן דומה להרכיב מדגם המכיל רק d-ODCB (מלא עד אפס מקום) ולא תא ריק בנג'ו, לפעול כמו רקע הממס תא ריק, בהתאמה, על הניסויים פיזור.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. ניוטרון פיזור ניסויים
<ol>
	<li>SANS ניסויי בסביבת "כהה"
	<ol>
		<li>בסיוע המדען כלי נגינה, להבטיח שלב הדגימה מוצמדת עם הפקדים הטמפרטורה מסוגל בימוי רמפה בטמפרטורה של 70-20 º C.</li>
		<li>למקם את התאים בנג'ו רחובות אחזקות בגודל מתאים, מאובטחת, תווית.</li>
		<li>הבלוק לעטוף בנייר אלומיניום עבה 0.1 מ מ כדי להבטיח אין תאורת הוא המקרה המדגם. מזער את העיוותים נייר כדי להבטיח התאמה נכונה של גוש עטופה בשלב הדגימה. המקום הזה לחסום גולש ודגימת בתוך השלב הדגימה.</li>
		<li>בסיוע המדען כלי נגינה, להשלים את הכלי המתאים היישור ואת כיול באמצעות המדידות סטנדרטי המתאים. קבעו את המרחק גלאי המקסימום שלה הגדרת (למשל ב 18 מ') כדי להבטיח גישה לאזור Q הנמוך (~0.001 Å-1), בסופו של דבר המאפשר מלא Q מגוון של 0.1-0.001 Å-1. פעולה זו תאפשר בדיקה של אורך להרחבה מדרגית עד ל ~ 500 ננומטר.</li>
		<li>בסיוע המדען כלי נגינה, לאסוף ספירת המחירים עבור P3HT ודוגמאות הממס ולבצע חישובים כדי לקבוע את כמות פיזור הזמן הדרוש להשגת ספירות הכוללת גלאי לכל מדגם של 500,000 1,000,000, הבטחת איכות טובה סטטיסטי בנתונים.</li>
		<li>בעזרת מידע זה, ליצור קובץ script לדוגמה שינחו את 70-20 מעלות צלזיוס טמפרטורה הרמפה ונתונים תהליך איסוף. בחר שטווח טמפרטורה נפרדת מצביע על הכיסוי הטוב ביותר הטווח כולו בתוך זמן נתון האיפוק, למשל כל 2 ° C. עבור כל נקודה על הרמפה לעשות את 3 הערכים נפרדות בקובץ ה-script: שינוי הטמפרטורה הרצויה, תקופת ההמתנה (~ 15 דקות) כדי לאפשר למערכת תרמית equilibrate לפני פיזור נאסף של המדידה פיזור עצמו שנערכו לאורך משך הזמן המתאים כדי להשיג את גלאי נדרש נחשב</li>
		<li>פעם אחת כלי הנגינה ואת התסריט מוכנים לבצע את ה-script ולהתחיל את הניסוי. הקפד לאסוף נתונים עבור ממס וריק התא גם כן (ללא שיפוע טמפרטורה). בנוסף, לאסוף שידור נתונים עבור כל דגימה ומדידה קרן חסומים.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>SANS ניסויי בסביבת "אור"
	<ol>
		<li>בגמר הניסוי "כהה", להזיז את הדגימות מן הבמה, במקום על benchtop המאובטח והסר כל רדיד אלומיניום תוך התבוננות על קרינה פרוטוקול הבטיחות.</li>
		<li>הצב מאייר אופטי הכולל מקור אור הלוגן ליד הבמה מדגם כך ההפניות ביעילות להאיר החריץ מדגם בשלב המשויך המיקום אוסף פיזור.</li>
		<li>באמצעות מד אור מכויל, שיא עוצמת האור שסופקו על-ידי המאיר בעוצמה מקסימלית במיקום שבו יישב הדגימה. ערכי העוצמה תשתנה עם המאייר ודגימת תצורת הבמה, עם זאת, רצוי תאורה בעוצמה לפחות 5,000 לוקס.</li>
		<li>ברגע תוכנית התקנה זו תאורה מורכב כהלכה, להחזיר את הדוגמאות על הבמה, להבטיח שהמאיר הוא כראוי תאורה המדגם פעיל, מחממים שוב עד 70 ° C, לאפשר equilibration תקין, וחזור על ההליך איסוף הנתונים מתבצע על בחושך דגימות, עם המאיר אופטי המספקת מקורות אור חשיפה ישירה יסודית לכל משך שלב זה.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>ניסויים USANS
	<ol>
		<li>להכין דגימות USANS באופן דומה באמצעות תאים בנג'ו קוורץ ולמקם בבלוקים נחושת או טיטניום בתוך שלב הדגימה מבוקרת טמפרטורה.</li>
		<li>עם העזרה של המדען כלי נגינה, ליישר, לכייל את המכשיר העסקת מספר המאגרים-אורך הגל ניוטרון נתון כדי לאפשר ניתוח של ערכים Q בערך 10-5 - 10-3 Å-1, המאפשר אורך כנדרש גודל גודל מיקרון פתור.</li>
		<li>לפתח את ה-script. ניסיוני באופן דומה כדי הניסויים SANS, המאפשר equilibration תרמית, איסוף נתונים על כל טמפרטורה למד בעבר.</li>
		<li>לשחזר את הניסויים SANS שוב, להפעיל את ה-script פעם בתנאים "כהה" ושוב "בתנאים"אור".</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3.הפחתה בנתונים וניתוח
<ol>
	<li>SANS הפחתת וניתוח
	<ol>
		<li>באמצעות תוכנית הפחתת בהתאמה,32 קלט את קבצי הנתונים עבור פיזור, רקע (מרכך), תא ריק, קרן חסומים שידור מדידות כדי להשיג את הרקע המתאים חיסור והמרה של פיזור נתונים למוחלטת יחידות בעוצמה ב ס מ-1.</li>
		<li>עם הנתונים כראוי מופחתת, להתחיל ניתוח על-ידי התאמת הנתונים פיזור ניסיוני למודל זה התוספת ליניארי של שתי משוואות התאמה, המייצג מצרפי nanofibril באמצעות המודל גליל אליפטית,33 , עוד לקחת בחשבון את השלשלאות חינם בפתרון באמצעות הפולימר לא נכלל דגם נפח. 34 , 35 המשוואה להלן מתאר גישה זו מודל הצירוף: 
		<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56163/56163eq1.jpg"> במשוואה הזו, ϕP3HT מתאר את השבר הנפח הכולל של P3HT הפתרון, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56163/56163eq2.jpg"> השבר נפח של מתנת צבורים P3HT והוא עוצב כמו גליל אליפטית, PPEV האחסון שרשרת חינם נשלל מארז עבור P3HT, PECM מתאר את גורם צורה אליפטית גליל מצרפי, ואת <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56163/56163eq3.jpg"> , <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56163/56163eq4.jpg"> הם פיזור אורך צפיפות (SLD) הניגוד בין הממס אגרגטים P3HT, ובין בחינם P3HT שרשראות של הממס, בהתאמה. SLD ערכים עבור כל הרכיבים של המערכת ניתן לחשב את הידע הכימי שלהם הלחנה ו מסת צפיפות ושימוש מחשבון SLD זמין כמו חלק של מרבית התוכניות ניתוח נויטרון או באינטרנט. 36</li>
		<li>על הליכי התאמה נכונה באמצעות התאמת פקודות מאקרו37 או התוכנית התאמה SASView, איגור NCNR לרכוש ערכים עבור הפרמטרים מבניים מפתח עבור מערכת וג'ל בטמפרטורות כל ב האור. ואת האפילה, המאפשר כימות אבולוציה מורפולוגית המתרחשים לאורך כל תהליך זה כפונקציה של הטמפרטורה, לאור החשיפה. פרמטרים מבניים אלה כוללים את תחומי חתך nanofibrils, ללא שרשרת הרדיוס של רגע (Rg) ו- Porod המעריך, הערכה איכותית של הסכום הכולל של חומר נוכח השלב nanofibril.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>הפחתת USANS וניתוח
	<ol>
		<li>באמצעות תוכנית הפחתת בהתאמה, קלט את פיזור נתונים ונתונים רקע עבור כל המאגר למזג את הנתונים עקם מופחתת ביחידות אינטנסיביות מוחלטת של ס מ-1.</li>
		<li>ניתוח נתונים באמצעות מודל Guinier-Porod כוח החוק המאפשר הערכה כמותית של הדפוסים פיזור צבירה שנבדק על-ידי ציר אורך USANS, ומאפשר רכישת Rg ערכי הצבירה. 38 מתאים בשיטה זו דרך איגור NCNR מתאים פקודות מאקרו37 או התוכנית התאמה SASView כדי לאפשר השוואה של מאקרו-צבירה Rg על פני כל טמפרטורות ותנאי תאורה.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>G&#252;nes, S., Neugebauer, H., Sariciftci, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conjugated+Polymer-Based+Organic+Solar+Cells.">Conjugated Polymer-Based Organic Solar Cells.</a> Chem. Rev. 107 (4), 1324-1338 (2007).</li><li>Burroughes, J. 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=Light-Emitting+Diodes+Based+on+Conjugated+Polymers.">Light-Emitting Diodes Based on Conjugated Polymers.</a> Letters to Nature. 347, 539-541 (1990).</li><li>Coakley, K. M., McGehee, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conjugated+Polymer+Photovoltaic+Cells.">Conjugated Polymer Photovoltaic Cells.</a> Chem. Mater. 16 (23), 4533-4542 (2004).</li><li>Tyler McQuade, D., Pullen, A. E., Swager, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conjugated+Polymer-Based+Chemical+Sensors.">Conjugated Polymer-Based Chemical Sensors.</a> Chem. Rev. 100 (7), 2537-2574 (2000).</li><li>Wang, X., 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-Stratified+Semiconductor/dielectric+Polymer+Blends:+Vertical+Phase+Separation+for+Facile+Fabrication+of+Organic+Transistors.">Self-Stratified Semiconductor/dielectric Polymer Blends: Vertical Phase Separation for Facile Fabrication of Organic Transistors.</a> J. Mater. Chem. C. 1 (25), 3989 (2013).</li><li>Segalman, R., McCulloch, B., Kirmayer, S., Urban, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Block+Copolymers+for+Organic+Optoelectronics.">Block Copolymers for Organic Optoelectronics.</a> Macromolecules. 42 (23), 9205-9216 (2009).</li><li>Chen, H., Hsiao, Y., Hu, B., Dadmun, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+Morphology+and+Function+of+Low+Band+Gap+Polymer-bis-Fullerene+Mixed+Heterojunctions+in+Organic+Photovoltaics+with+Selective+Solvent+Vapor+Annealing.">Control of Morphology and Function of Low Band Gap Polymer-bis-Fullerene Mixed Heterojunctions in Organic Photovoltaics with Selective Solvent Vapor Annealing.</a> J. Mater. Chem. A. 2, 9883 (2014).</li><li>Li, Y., Vamvounis, G., Holdcroft, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+Optical+Properties+and+Enhancing+Solid-State+Emission+of+Poly+(Thiophene)+S+by+Molecular+Control:+A+Postfunctionalization+Approach.">Tuning Optical Properties and Enhancing Solid-State Emission of Poly (Thiophene) S by Molecular Control: A Postfunctionalization Approach.</a> Macromolecules. 35, 6900-6906 (2002).</li><li>Nguyen, T. -. Q., Martini, I. B., Liu, J., Schwartz, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+Interchain+Interactions+in+Conjugated+Polymers:+The+Effects+of+Chain+Morphology+on+Exciton&#8722;,Exciton+Annihilation+and+Aggregation+in+MEH&#8722;,PPV+Films.">Controlling Interchain Interactions in Conjugated Polymers: The Effects of Chain Morphology on Exciton&#8722;,Exciton Annihilation and Aggregation in MEH&#8722;,PPV Films.</a> J. Phys. Chem. B. 104 (2), 237-255 (2000).</li><li>Chen, H., Hu, S., Zang, H., Hu, B., Dadmun, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precise+Structural+Development+and+Its+Correlation+to+Function+in+Conjugated+Polymer:+Fullerene+Thin+Films+by+Controlled+Solvent+Annealing.">Precise Structural Development and Its Correlation to Function in Conjugated Polymer: Fullerene Thin Films by Controlled Solvent Annealing.</a> Adv. Funct. Mater. 23, 1701-1710 (2013).</li><li>Schwartz, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conjugated+Polymers+as+Molecular+Materials:+How+Chain+Conformation+and+Film+Morphology+Influence+Energy+Transfer+and+Interchain+Interactions.">Conjugated Polymers as Molecular Materials: How Chain Conformation and Film Morphology Influence Energy Transfer and Interchain Interactions.</a> Annu. Rev. Phys. Chem. 54 (3), 141-172 (2003).</li><li>Haugeneder, 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=Exciton+Diffusion+and+Dissociation+in+Conjugated+Polymer/fullerene+Blends+and+Heterostructures.">Exciton Diffusion and Dissociation in Conjugated Polymer/fullerene Blends and Heterostructures.</a> Phys. Rev. B. 59 (23), 15346-15351 (1999).</li><li>Sirringhaus, 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=Two-Dimensional+Charge+Transport+in+Self-Organized,+High-Mobility+Conjugated+Polymers.">Two-Dimensional Charge Transport in Self-Organized, High-Mobility Conjugated Polymers.</a> Nature. 401 (6754), 685-688 (1999).</li><li>Al-Ibrahim, M., Ambacher, O., Sensfuss, S., Gobsch, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Solvent+and+Annealing+on+the+Improved+Performance+of+Solar+Cells+Based+on+poly(3-Hexylthiophene):+Fullerene.">Effects of Solvent and Annealing on the Improved Performance of Solar Cells Based on poly(3-Hexylthiophene): Fullerene.</a> Appl. Phys. Lett. 86, 201120 (2005).</li><li>Koppe, M., 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=Influence+of+Molecular+Weight+Distribution+on+the+Gelation+of+P3HT+and+Its+Impact+on+the+Photovoltaic+Performance.">Influence of Molecular Weight Distribution on the Gelation of P3HT and Its Impact on the Photovoltaic Performance.</a> Macromolecules. 42, 4661-4666 (2009).</li><li>Malik, S., Jana, T., Nandi, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoreversible+Gelation+of+Regioregular+poly(3-Hexylthiophene)+in+Xylene.">Thermoreversible Gelation of Regioregular poly(3-Hexylthiophene) in Xylene.</a> Macromolecules. 34 (2), 275-282 (2001).</li><li>Xu, W., 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=Sol–gel+Transition+of+poly(3-Hexylthiophene)+Revealed+by+Capillary+Measurements:+Phase+Behaviors,+Gelation+Kinetics+and+the+Formation+Mechanism.">Sol–gel Transition of poly(3-Hexylthiophene) Revealed by Capillary Measurements: Phase Behaviors, Gelation Kinetics and the Formation Mechanism.</a> Soft Matter. 8, 726 (2012).</li><li>Chan, K. H. K., Yamao, T., Kotaki, M., Hotta, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unique+Structural+Features+and+Electrical+Properties+of+Electrospun+Conjugated+Polymer+poly(3-Hexylthiophene)+(P3HT)+Fibers.">Unique Structural Features and Electrical Properties of Electrospun Conjugated Polymer poly(3-Hexylthiophene) (P3HT) Fibers.</a> Synth. Met. 160 (23-24), 2587-2595 (2010).</li><li>Wicklein, A., Ghosh, S., Sommer, M., W&#252;rthner, F., Thelakkat, M. <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+of+Semiconductor+Organogelator+Nanowires+for+Photoinduced+Charge+Separation.">Self-Assembly of Semiconductor Organogelator Nanowires for Photoinduced Charge Separation.</a> ACS Nano. 3 (5), 1107-1114 (2009).</li><li>Newbloom, G. M., Weigandt, K. M., Pozzo, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical,+Mechanical,+and+Structural+Characterization+of+Self-Assembly+in+poly(3-Hexylthiophene)+Organogel+Networks.">Electrical, Mechanical, and Structural Characterization of Self-Assembly in poly(3-Hexylthiophene) Organogel Networks.</a> Macromolecules. 45, 3452-3462 (2012).</li><li>Li, L., Tang, H., Wu, H., Lu, G., Yang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Fullerene+Solubility+on+the+Crystallization+of+poly(3-Hexylthiophene)+and+Performance+of+Photovoltaic+Devices.">Effects of Fullerene Solubility on the Crystallization of poly(3-Hexylthiophene) and Performance of Photovoltaic Devices.</a> Org. Electron. physics, Mater. Appl. 10 (7), 1334-1344 (2009).</li><li>Bu, L., Pentzer, E., Bokel, F. A., Emrick, T., Hayward, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+Polythiophene+/+Perylene+Tetracarboxydiimide+Donor+/+Acceptor+Shish-Kebab+Nanostructures+by+Coupled+Crystal+Modi+Fi+Cation.">Growth of Polythiophene / Perylene Tetracarboxydiimide Donor / Acceptor Shish-Kebab Nanostructures by Coupled Crystal Modi Fi Cation.</a> ACS Nano. 6 (12), 10924-10929 (2012).</li><li>Yang, X., 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=Nanoscale+Morphology+of+High-Performance+Polymer+Solar+Cells.">Nanoscale Morphology of High-Performance Polymer Solar Cells.</a> Nano Lett. 5 (4), 579-583 (2005).</li><li>Newbloom, G. M., Kim, F. S., Jenekhe, S. a., Pozzo, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesoscale+Morphology+and+Charge+Transport+in+Colloidal+Networks+of+Poly(3-Hexylthiophene).">Mesoscale Morphology and Charge Transport in Colloidal Networks of Poly(3-Hexylthiophene).</a> Macromolecules. 44, 3801-3809 (2011).</li><li>Tretiak, S., Saxena, A., Martin, R., Bishop, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conformational+Dynamics+of+Photoexcited+Conjugated+Molecules.">Conformational Dynamics of Photoexcited Conjugated Molecules.</a> Phys. Rev. Lett. 89 (9), 97402 (2002).</li><li>Botiz, I., Freyberg, P., Stingelin, N., Yang, A. C. -. M., Reiter, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversibly+Slowing+Dewetting+of+Conjugated+Polymers+by+Light.">Reversibly Slowing Dewetting of Conjugated Polymers by Light.</a> Macromolecules. 46, 2352-2356 (2013).</li><li>Botiz, 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=Enhancing+the+Photoluminescence+Emission+of+Conjugated+MEH-PPV+by+Light+Processing.">Enhancing the Photoluminescence Emission of Conjugated MEH-PPV by Light Processing.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 6 (7), 4974-4979 (2014).</li><li>Morgan, B., Dadmun, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Illumination+Alters+the+Structure+of+Gels+Formed+from+the+Optoelectronic+Material+P3HT.">Illumination Alters the Structure of Gels Formed from the Optoelectronic Material P3HT.</a> Polymer. 108, 313-321 (2017).</li><li>Morgan, B., Dadmun, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Illumination+of+Conjugated+Polymer+in+Solution+Alters+Its+Conformation+and+Thermodynamics.">Illumination of Conjugated Polymer in Solution Alters Its Conformation and Thermodynamics.</a> Macromolecules. 49 (9), 3490-3496 (2016).</li><li>Ilavsk, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase+Transition+in+Swollen+Gels.+2.+Effect+of+Charge+Concentration+on+the+Collapse+and+Mechanical+Behavior+of+Polyacrylamide+Networks.">Phase Transition in Swollen Gels. 2. Effect of Charge Concentration on the Collapse and Mechanical Behavior of Polyacrylamide Networks.</a> Macromolecules. 15, 782-788 (1982).</li><li>Tanaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collapse+of+Gels+and+the+Critical+Endpoint.">Collapse of Gels and the Critical Endpoint.</a> Phys. Rev. Lett. 40 (12), 820-823 (1978).</li><li>. SANS &amp; USANS Data Reduction and Analysis Available from: <a target="_blank" href="https://www.ncnr.nist.gov/programs/sans/data/red_anal.html">https://www.ncnr.nist.gov/programs/sans/data/red_anal.html</a> (2017)</li><li>Feigin, L., Svergun, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Structure Analysis by Small-Angle X-Ray and Neutron Scattering. , (1987).</li><li>Mittelbach, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zur+Rontgenkleinwinkelstreuung+verdunnter+kolloider+systeme.">Zur Rontgenkleinwinkelstreuung verdunnter kolloider systeme.</a> Acta Phys. Austriaca. 14, 185-211 (1961).</li><li>Schulz, G. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=&#220;ber+die+Kinetik+der+Kettenpolymerisationen.">&#220;ber die Kinetik der Kettenpolymerisationen.</a> Z. Phys. Chem. 43, 25 (1935).</li><li>. Neutron activation and scattering calculator Available from: <a target="_blank" href="https://www.ncnr.nist.gov/resources/activation">https://www.ncnr.nist.gov/resources/activation</a> (2017)</li><li>Kline, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduction+and+Analysis+of+SANS+and+USANS+Data+Using+IGOR+Pro.">Reduction and Analysis of SANS and USANS Data Using IGOR Pro.</a> J. Appl. Crystallogr. 39 (6), 895-900 (2006).</li><li>Guinier, A., Fournet, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Small-Angle Scattering of X-Rays. , (1955).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

ראשית, מסתכל על הנתונים SANS כפונקציה של הטמפרטורה, הגדלת גורם קנה המידה דגם גליל אליפטית מצביע על עלייה בכמות P3HT נוכחים בשלב nanofibril, אשר isconsistent עם התקדמות gelation תהליך . במקביל, הירידה בשרשרת חינם Rg לזווג עם עלייה Porod מגלה המעריך כי התנאים תרמודינמי המידרדר המשויך טמפרטורה להקטין גורמות ה...

פולימרים מצומדת מבטיח חומרים פונקציונליים יכול להיות מנוצל במגוון רחב של התקנים, כגון אור אורגני דיודות, מוליכים למחצה אורגניים, חיישנים כימיים ו photovoltaics אורגני. 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 היבט חיוני של הביצועים בהתקנים אלה הוא פוקד אריזה של הפולימר מצומדת במצב מוצק בשכבה הפעילה. 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 מורפולוגיה הזה מראש נקבע בעיקר על ידי שני קונפורמציה שרשרת הפולימר פתרון, כמו גם את המבנים להתפתח וגם פתרונות אלו מושלך אל מצע הממס יוסר. על ידי לימוד המבנים לאורך מעבר סול טיפוסי-ג'ל של פולימר מעגל דגם נוכח ממיס מתאים, מערכות אלו שניתן ביעילות למדל, הצצה כמותית הרכבה עצמית המתרחשת במהלך התצהיר גשמי ניתן להשיג. 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20
באופן ספציפי, אנו בוחנים את הפולימר מצומדת אמת המידה P3HT ב הממס deuterated האורתופדיה-dichlorobenzene (ODCB), מערכת פולימר ממיס אשר ראה שימוש נרחב עקב התאמתו למגוון רחב של ייצור אורגני מכשיר אלקטרוני טכניקות. 23 , 24 , 25 בסביבת הממס נתון זה, שרשראות P3HT להתחיל לצבור על גירויים סביבתיים, המתאים כגון ירידה בטמפרטורה או אובדן של איכות החומר הממיס. המנגנון המדויק עבור תהליך ההרכבה זה הוא תחת חקירה, באחד המסלולים המובילים המוצע האמין להיות תהליך הדרגתי שבו הפרט P3HT מולקולות π-מחסנית להקים מחליפי ננו-אגרגטים הידועה בשם nanofibrils, אשר אז את עצמם אגלומרט להקים מיקרון בקנה מידה גדול מאקרו-אגרגטים. 24 הבנת המסלולים הללו, המבנים הנובעת הנוצרת היא המפתח כראוי לניבוי, המשפיעים על היווצרות של התקן מיטביים השכבה הפעילה מורפולוגיות.
לקראת המטרה האולטימטיבית יותר בדיוק בימוי היווצרות של ארכיטקטורות השכבה הפעילה אלה, קיים צורך לפתח שיטות נוספות ניסיוני ותעשייתיים גמישה לשנות פולימר מצומדת מורפולוגיה מקומיים. מתודולוגיה חדשה יחסית אחד מרכזי סביב השימוש לאור החשיפה כאמצעי זול לסירוס ועיקור מורפולוגיה של שרשרת הפולימר, עם תוצאות חישובית והן ניסיוני מצביע לכיוון שלה היתכנות. 25 , 26 , 27 אחרונים שהיו בשימוש עבודה על ידי המעבדה שלנו ציין קיומה של שינוי המושרה אור של אינטראקציה פולימר ממיס מצומדת בפתרון שתדללו, שמוביל שינוי בגודל שרשרת הפולימר על תאורה. 30 , 31 . כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להמשיך את העבודה הזאת על-ידי ניטור ביעילות את ההשפעות של חשיפת פתרון הרבה יותר מרוכז פולימר מצומדת לאור ישיר לאורך כל תהליך gelation הוא בבימויו של התרמוסטט שבשליטת טמפרטורה הרמפה. אנו מעסיקים ניוטרון פיזור שכן היא מאפשרת ניתוח חזקים של פרמטרים מבנית של המערכת פולימר ממיס סול-ג'ל על פיסיקליות מ אנגסטרום כדי מיקרון, יכולת בלתי אפשרי דרך אחרים פלייבק rheological או ספקטרוסקופיות נפוץ יותר שיטות. 16 , 17 , 30 , 31 וכך, על-ידי השוואת הזווית זעירים וקטנים שנותחה כראוי ניוטרון נתונים עבור ההרכבה של ג'לים נוצר תחת תאורה זהים לנתונים שנאספו בחושך מוחלט, הבדלים מבניים הביא על ידי תאורה מונחה יכול להיות באופן מקיף מזוהה ואפקטים לכמת.

<table><tbody><tr><td>M(106) poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT)</td><td>Ossila</td><td>104934-50-1</td><td>Conjugated polymer</td></tr><tr><td>deuterated 1,2 ortho-dichlorobenzene (ODCB)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>AC321260050</td><td>solvent</td></tr></tbody></table>

monitoring the effects of illumination on the structure of conjugated polymer gels using neutron scattering

נדגים פרוטוקול לפקח ביעילות את תהליך gelation של פתרון ריכוז גבוה של פולימר מצומדת הן נוכחות והעדר חשיפה אור לבן. על-ידי הסדרת רמפה טמפרטורה מבוקרת, gelation של חומרים אלה ניתן בדיוק לנטר הם התקדמותך דרך התפתחות מבנית זו, אשר באופן יעיל משקף את תנאי מנוסים במהלך שלב התצהיר פתרון אורגני מכשיר אלקטרוני פבריקציה נוספת. באמצעות פיזור ניוטרון זווית קטנה (SAN) וזווית אולטרה קטנה ניוטרון פיזור (USANS) יחד עם פרוטוקולים הולם המתאים לנו לכמת את האבולוציה של בחירת הפרמטרים מבניים לאורך כל התהליך הזה. ניתוח מעמיק מציין כי חשיפה ממושכת אור לאורך כל התהליך gelation באופן משמעותי הפיצולים המבנה של הג'ל בנוי בסופו של דבר. באופן ספציפי, תהליך צבירת האגרגטים בקנה מידה ננו poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) היא השפעה שלילית על הנוכחות של תאורה, בסופו של דבר וכתוצאה פיגור של צמיחה מזערים פולימר מצומדת ו צורה של אשכולות מאקרו-צבירה בקנה מידה קטן יותר.

SANS דרך ו USANS ניסויים, תהליך gelation של P3HT d-ODCB נוטרו ביעילות מהמדינה פתרון מפוזרת ב 70 ° C למצב מלא וג'ל ב 20 º C. הניסויים נערכו שני בחושך מוחלט, בתאורה אור לבן. איור 1 מציג כמה עקומות נתונים SANS מופחתת דוגמה של ניסויים אלה, עם מעגל דוגמה מתאימה באיור 2....

Watch this Scientific Journal Video about Monitoring the Effects of Illumination on the Structure of Conjugated Polymer Gels Using Neutron Scattering at JoVE.com

Monitoring the Effects of Illumination on the Structure of Conjugated Polymer Gels Using Neutron Scattering

פרוטוקול לניתוח של ג'לים נוצר מעגל מצומדת פולימר poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) באמצעות קטנה והציג זווית אולטרה קטנה ניוטרון פיזור נוכחות וגם היעדר תאורה.

פיקוח על ההשפעות של תאורה על המבנה של פולימר מצומדת ג'לים באמצעות פיזור נייטרון

We demonstrate a protocol to effectively monitor the gelation process of a high concentration solution of conjugated polymer both in the presence and ...

monitoring-effects-illumination-on-structure-conjugated-polymer-gels

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Chemistry

5.7K Views.  University of Tennessee, Knoxville. פרוטוקול לניתוח של ג'לים נוצר מעגל מצומדת פולימר poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) באמצעות קטנה והציג זווית אולטרה קטנה ניוטרון פיזור נוכחות וגם היעדר תאורה.

Video: Monitoring the Effects of Illumination on the Structure of Conjugated Polymer Gels Using Neutron Scattering

Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped crystallites. Neutrons are passed through two well defined regions of magnetic field; one before and one after the sample. The two magnetic field regions have opposite polarity and are tuned such that neutrons travelling through both regions, without being perturbed, will undergo the same number of precessions in opposing directions. In this case the neutron precession in the second arm is said to &#34;echo&#34; the first, and the original polarization of the beam is preserved. If the neutron interacts with a sample and scatters elastically the path through the second arm is not the same as the first and the original polarization is not recovered. Depolarization of the neutron beam is a highly sensitive probe at very small angles (&#60;50&#160;&#956;rad) but still allows a high intensity, divergent beam to be used. The decrease in polarization of the beam reflected from the sample as compared to that from the reference sample can be directly related to structure within the sample.
In comparison to scattering observed in neutron reflection measurements the SERGIS signals are often weak and are unlikely to be observed if the in-plane structures within the sample under investigation are dilute, disordered, small in size and polydisperse or the neutron scattering contrast is low. Therefore, good results will most likely be obtained using the SERGIS technique if the sample being measured consist of thin films on a flat substrate and contain scattering features that contains a high density of moderately sized features (30 nm to 5 &#181;m) which scatter neutrons strongly or the features are arranged on a lattice. An advantage of the SERGIS technique is that it can probe structures in the plane of the sample.

Progress has been made in utilizing spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) as a neutron scattering technique to probe the length-scales in irregular samples. Crystallites of [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester have been probed using the SERGIS technique and the results confirmed by optical and atomic force microscopy.

באמצעות נויטרונים ספין הד נפתרה שכיחות מרעה פיזור לחקור חומרים אורגניים תאים סולאריים

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

Engineering

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

מדידת פיזור אי-לינאריות מNanoparticle Plasmonic יחיד

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

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.

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.

סינתזה ואפיון של קולואידים מולקולריים

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

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.

סינתזה מבוקרת מעקב הקרינה של פולי אחיד מאוד (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) Microgels

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

Advanced Compositional Analysis of Nanoparticle-polymer Composites Using Direct Fluorescence Imaging

The fabrication of polymer-nanoparticle composites is extremely important in the development of many functional materials. Identifying the precise composition of these materials is essential, especially in the design of surface catalysts, where the surface concentration of the active component determines the activity of the material. Antimicrobial materials which utilize nanoparticles are a particular focus of this technology. Recently swell encapsulation has emerged as a technique for inserting antimicrobial nanoparticles into a host polymer matrix. Swell encapsulation provides the advantage of localizing the incorporation to the external surfaces of materials, which act as the active sites of these materials. However, quantification of this nanoparticle uptake is challenging. Previous studies explore the link between antimicrobial activity and surface concentration of the active component, but this is not directly visualized. Here we show a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of CdSe/ZnS nanoparticles can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging. Using this method, we can quantify the uptake of nanoparticles via swell encapsulation and measure the surface concentration of encapsulated particles, which is key in optimizing the activity of functional materials.

Here we present a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of cadmium selenide quantum dots can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging.

ניתוח ההלחנה מתקדם של מרוכבים Nanoparticle-פולימר באמצעות דימות פלואורסצנטי ישיר

The fabrication of polymer-nanoparticle composites is extremely important in the development of many functional materials. Identifying the precise ...

Measurement of Particle Size Distribution in Turbid Solutions by Dynamic Light Scattering Microscopy

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a technique used to measure the size distribution of polymer solutions or colloidal particles. Although this technique is widely used for the assessment of polymer solutions, it is difficult to measure the particle size in concentrated solutions due to the multiple scattering effect or strong light absorption. Therefore, the concentrated solutions should be diluted before measurement. Implementation of the confocal optical component in a dynamic light scattering microscope1 helps to overcome this barrier. Using such a microscopic system, both transparent and turbid systems can be analyzed under the same experimental setup without a dilution. As a representative example, a size distribution measurement of a temperature-responsive polymer solution was performed. The sizes of the polymer chains in an aqueous solution were several tens of nanometers at a temperature below the lower critical solution temperature (LCST). In contrast, the sizes increased to more than 1.0 &#181;m when above the LCST. This result is consistent with the observation that the solution turned turbid above the LCST.

A protocol for the direct measurement of particle size distribution in concentrated solutions using dynamic light scattering microscopy is presented.

מדידת הפצת החלקיקים גודל פתרונות דלוחים ידי Dynamic Light פיזור מיקרוסקופי

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a ...

Novel Techniques for Observing Structural Dynamics of Photoresponsive Liquid Crystals

We discuss in this article the experimental measurements of the molecules in liquid crystal (LC) phase using the time-resolved infrared (IR) vibrational spectroscopy and time-resolved electron diffraction. Liquid crystal phase is an important state of matter that exists between the solid and liquid phases and it is common in natural systems as well as in organic electronics. Liquid crystals are orientationally ordered but loosely packed, and therefore, the internal conformations and alignments of the molecular components of LCs can be modified by external stimuli. Although advanced time-resolved diffraction techniques have revealed picosecond-scale molecular dynamics of single crystals and polycrystals, direct observations of packing structures and ultrafast dynamics of soft materials have been hampered by blurry diffraction patterns. Here, we report time-resolved IR vibrational spectroscopy and electron diffractometry to acquire ultrafast snapshots of a columnar LC material bearing a photoactive core moiety. Differential-detection analyses of the combination of time-resolved IR vibrational spectroscopy and electron diffraction are powerful tools for characterizing structures and photoinduced dynamics of soft materials.

Here, we present the protocols of differential-detection analyses of time-resolved infrared vibrational spectroscopy and electron diffraction which enable observations of the deformations of local structures around photoexcited molecules in a columnar liquid crystal, giving an atomic perspective on the relationship between the structure and the dynamics of this photoactive material.

טכניקות הרומן להתבוננות מבניים הדינמיקה של גביש נוזלי Photoresponsive

We discuss in this article the experimental measurements of the molecules in liquid crystal (LC) phase using the time-resolved infrared (IR) vibrational ...

Photogeneration of N-Heterocyclic Carbenes: Application in Photoinduced Ring-Opening Metathesis Polymerization

We report a method to generate the N-heterocyclic carbene (NHC) 1,3-dimesitylimidazol-2-ylidene (IMes) under UV-irradiation at 365 nm to characterize IMes and determine the corresponding photochemical mechanism. Then, we describe a protocol to perform ring-opening metathesis polymerization (ROMP) in solution and in miniemulsion using this NHC-photogenerating system. To photogenerate IMes, a system comprising 2-isopropylthioxanthone (ITX) as the sensitizer and 1,3-dimesitylimidazolium tetraphenylborate (IMesH+BPh4-) as the protected form of NHC is employed. IMesH+BPh4- can be obtained in a single step by anion exchange between 1,3-dimesitylimidazolium chloride and sodium tetraphenylborate. A real-time steady-state photolysis setup is described, which hints that the photochemical reaction proceeds in two consecutive steps: 1) ITX triplet is photo-reduced by the borate anion and 2) subsequent proton transfer takes place from the imidazolium cation to produce the expected NHC IMes. Two separate characterization protocols are implemented. Firstly, CS2 is added to the reaction media to evidence the photogeneration of NHC through formation of the IMes-CS2 adduct. Secondly, the amount of NHC released in situ is quantified using acid-base titration. The use of this NHC photo-generating system for the ROMP of norbornene is also discussed. In solution, a photopolymerization experiment is conducted by mixing ITX, IMesH+BPh4-, [RuCl2(p-cymene)]2 and norbornene in CH2Cl2, then irradiating the solution in a UV reactor. In a dispersed medium, a monomer miniemulsion is first formed then irradiated inside an annular reactor to produce a stable poly(norbornene) latex.

We describe a protocol to photogenerate N-heterocyclic carbenes (NHCs) by UV irradiation of a 2-isopropylthioxanthone/imidazolium tetraphenylborate salt system. Methods to characterize the photoreleased NHC and elucidate the photochemical mechanism are proposed. The protocols for ring-opening metathesis photopolymerization in solution and miniemulsion illustrate the potential of this 2-component NHC photogenerating system.

Photogeneration של N-אורגנית Carbenes: יישום Photoinduced פתיחת הטבעת שיכול עיצורים פלמור

We report a method to generate the N-heterocyclic carbene (NHC) 1,3-dimesitylimidazol-2-ylidene (IMes) under UV-irradiation at 365 nm to characterize IMes ...

Light-mediated Formation and Patterning of Hydrogels for Cell Culture Applications

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In particular, light-mediated click reactions, such as photoinitiated thiol&#8722;ene and thiol&#8722;yne reactions, afford spatiotemporal control over material properties and allow the design of systems with a high degree of user-directed property control. Fabrication and modification of hydrogel-based biomaterials using the precision afforded by light and the versatility offered by these thiol&#8722;X photoclick chemistries are of growing interest, particularly for the culture of cells within well-defined, biomimetic microenvironments. Here, we describe methods for the photoencapsulation of cells and subsequent photopatterning of biochemical cues within hydrogel matrices using versatile and modular building blocks polymerized by a thiol&#8722;ene photoclick reaction. Specifically, an approach is presented for constructing hydrogels from allyloxycarbonyl (Alloc)-functionalized peptide crosslinks and pendant peptide moieties and thiol-functionalized poly(ethylene glycol) (PEG) that rapidly polymerize in the presence of lithium acylphosphinate photoinitiator and cytocompatible doses of long wavelength ultraviolet (UV) light. Facile techniques to visualize photopatterning and quantify the concentration of peptides added are described. Additionally, methods are established for encapsulating cells, specifically human mesenchymal stem cells, and determining their viability and activity. While the formation and initial patterning of thiol-alloc hydrogels are shown here, these techniques broadly may be applied to a number of other light and radical-initiated material systems (e.g., thiol-norbornene, thiol-acrylate) to generate patterned substrates.

We describe a sequential process for light-mediated formation and subsequent biochemical patterning of synthetic hydrogel matrices for three-dimensional cell culture applications. The construction and modification of hydrogels with cytocompatible photoclick chemistry is demonstrated. Additionally, facile techniques to quantify and observe patterns and determine cell viability within these hydrogels are presented.

אור בתיווך גיבוש דפוסים של הידרוג עבור יישומי תרבית תאים

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In ...

Bioengineering

Neutron Crystallography Data Collection and Processing for Modelling Hydrogen Atoms in Protein Structures

Neutron crystallography is a structural technique that allows determination of hydrogen atom positions within biological macromolecules, yielding mechanistically important information about protonation and hydration states while not inducing radiation damage. X-ray diffraction, in contrast, provides only limited information on the position of light atoms and the X-ray beam&#160;rapidly induces radiation damage of photosensitive&#160;cofactors and metal centers. Presented here is the workflow employed for the IMAGINE and MaNDi beamlines at Oak Ridge National Laboratory (ORNL) to obtain a neutron diffraction structure once a protein crystal of suitable size (&#62; 0.1 mm3) has been grown. We demonstrate mounting of hydrogenated protein&#160;crystals in quartz capillaries for neutron diffraction data collection. Also presented is the vapor exchange process of the mounted crystals with D2O-containing buffer to ensure replacement of hydrogen atoms at exchangeable sites with deuterium. The incorporation of deuterium reduces the background arising from the incoherent scattering of hydrogen atoms and prevents density cancellation caused by their negative coherent scattering length. Sample alignment and room temperature data collection strategies are illustrated using quasi-Laue data collection at IMAGINE at the High Flux Isotope Reactor (HFIR). Furthermore, crystal mounting and rapid freezing in liquid nitrogen for cryo-data collection to trap labile reaction intermediates is demonstrated at the MaNDi time-of-flight instrument at the Spallation Neutron Source (SNS). Preparation of the model coordinate and diffraction data files and visualization of the neutron scattering length density (SLD) maps will also be addressed. Structure refinement against neutron data-only or against joint X-ray/neutron data to obtain an all-atom structure of the protein of interest will finally be discussed. The process of determining a neutron structure will be demonstrated using crystals of the lytic polysaccharide monooxygenase Neurospora crassa LPMO9D, a copper-containing metalloprotein involved in the degradation of recalcitrant polysaccharides via oxidative cleavage of the glycosidic bond.

Neutron protein crystallography is a structural technique that permits the localization of hydrogen atoms, thereby providing important mechanistic details of protein function. We present here the workflow for mounting a protein crystal, neutron diffraction data collection, structure refinement and analysis of the neutron scattering length density maps.

פיקוח על ההשפעות של תאורה על המבנה של פולימר מצומדת ג'לים באמצעות פיזור נייטרון

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video