August 28, 2012

SELECTIVE FUNCTIONALIZATION OF 3D MATRICES VIA MULTIPHOTON GRAFTING AND SUBSEQUENT CLICK CHEMISTRY


"Selective Functionalization of 3D Matrices Via Multiphoton Grafting and Subsequent Click Chemistry". A. Ovsianikov, Z. Li, J. Torgersen, J. Stampfl, R. Liska. ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS. In press. DOI: 10.1002/adfm.201200419

Grafting is a popular approach for adjusting the properties and functionalization of various surfaces. Conventional photoinduced grafting has been utilized on flat surfaces, porous monoliths, and hydrogels. By masking or illuminating only a portion of the sample, a certain degree of spatial and temporal control is possible, but the ability to use grafting to pattern in 3D is limited. Here, the laser-induced photolysis of an aromatic azide compound is employed for true 3D photografting within a poly(ethylene glycol) (PEG)-based matrix. Since the multiphoton interaction occurs only in a confined area within the laser focal spot, the localized immobilization of a selected molecule with high spatial resolution in 3D is possible. In contrast to the widely utilized chain-growth polymerization-based grafting, the approach is characterized by a single-molecule insertion mechanism. Successful binding of the fluorophore is confirmed by laser scanning microscopy. To test for the presence of latent azides and to determine the suitability for additional postmodification with arbitrary functional groups, the sample is further subjected to copper-catalyzed alkyne click-reaction conditions. The described 3D photografting method is simple, highly efficient, and universal. The presented results demonstrate the great potential of multiphoton-induced grafting for 3D site-specific functionalization.

El anclaje es una estrategia común para ajustar las propiedades así como para funcionalizar distintos tipos de superficies. El anclaje fotoinducido convencional ha sido utilizado en superficies planas, monolitos porosos, e hidrogeles. Enmascarando o iluminando sólo una porción de la muestra, se obtiene un cierto grado de control espacial y temporal, pero la capacidad de utilizar el anclaje para estructurar en 3D es limitada. Aquí se emplea la fotólisis láser de un compuesto azido aromático para un fotoanclaje 3D verdadero en una matriz hecha de polietilenglicol (PEG). Dado que sólo existe una interacción multifotónica en un área reducida del punto focal, se puede lograr la inmovilización localizada de una molécula en específico con una alta resolución espacial en 3D. En contraste con el anclaje ampliamente utilizado, en el que se usa el crecimiento de cadenas por polimerización, esta estrategia se caracteriza po un mecanismo de insersión de moléculas individuales. Se confirmó el enlace exitoso del fluoróforo por medio de microscopia láser de barrido. Para probar la presencia de grupos azidos latentes y determinar la capacidad de realizar modificaciones posteriores adicionales con grupos funcionales arbitrarios, la muestra se somete además a condiciones de reacciones "click" con grupos alquino, catalizadas con cobre. El método de fotoanclaje 3D que se describe es sencillo, altamente eficiente, y universal. Los resultados que se presentan demuestran el gran potencial del anclaje inducido por multifotones para la funcionalización 3D en sitios específicos.

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