Summary
투명 폴리머 입자와 과격 한 중 합 스틸 렌, 퍼플-n구성 된 유화 제를 사용 하 여 microcapsules의 제조에 대 한 프로토콜-옥 탄, 그리고 수성 SDS (나트륨 dodecylsulfate) 솔루션 제시.
Abstract
이 문서에서는, 우리는 증명 하고있다 중공 입자와 탄화수소 기름 (스 티 렌)와 탄 화 불 소 기름 구성 된 기름 방울을 사용 하 여 microcapsules를 생성 하는 방법 (퍼플-n-옥 탄, PFO) 수성 계면 활성 제 (나트륨 dodecylsulfate에 SDS) 솔루션입니다. 탄 화 불 소 오일을 혼합할 수 있는 탄화수소 오일 이므로, 두 개의 오일 구분 됩니다. 유화 액 80 ° c.에 스 티 렌/PFO/수성 SDS 솔루션 혼합물을 교 반에 의해 준비 된다 유화 액의 종류와는 유화 액 작은 물방울의 형태는 가벼운 현미경 및 스캐닝 공초점 형광 현미경으로 관찰 된다. 기름 방울 상호 혼합할 수 없는 스 티 렌 및 PFO의 구성 된 야누스 형 형태학을 수성 SDS 솔루션에서 형성 된다 발견 된다. 폴리스 티 렌 입자는 80 ° c.에 스 티 렌/PFO/수성 SDS 솔루션의 삼항 혼합물의 과격 한 중 합 가공 폴리스 티 렌의 형태학 스캐닝 전자 현미경 및 스캐닝 전송 전자 현미경 관찰에 의해 확인 됩니다. 이러한 관측 표면에 단일 구멍 빈 폴리스 티 렌 입자의 준비를 보여줍니다. 우리의 지식,이 방법은 탄화수소와 탄 화 불 소 오일의 immiscibility를 사용 하 여 새로운 전략 이다. 빈 입자는 또한 microcapsules의 준비에 적용할 수 있습니다.
Introduction
그것은 잘 알려진 보조 개 입자, 반구, 디스크, 및 ellipsoids, 시드 polymerizations,12, 에 의해 준비 된 구형 고분자 입자 다양 한 산업 신청에서 널리 사용 되었다, 3, microreactor를 사용 하 여 특정 형상4,5, 비 구형 모노 머 방울의 사진 중 합 자기 조직 폴리머6의 재와 구형 고분자의 변형 사용 하 여 기계 외부에 의해 입자 힘7,8. 특히, 마이크로미터 크기 투명 폴리머 입자 용 매9,10 사용 하 여 여러 유화 중 합에 의해 부 어 구형 고분자 입자에서 좋은 용 매 증발에 의해 날조되는 11 , 12.
이 작품에서는, 우리는 탄화수소와 탄 화 불 소 고분자 입자의 제조에 오일의 상호 immiscibility의 사용에 집중 한다. 하이브리드 계면 활성 제 분자에 탄 화 수소 체인, 탄 화 불 소 체인 있다. 이전, 우리는 기존의 계면 활성 제13,,1415에 관찰 하지 하이브리드 계면의 독특한 속성을 보고 있다. 우리 또한 탄화수소 석유, 탄 화 불 소 기름, 그리고 수성 계면 활성 솔루션 상호 혼합할 수 없는16을 사용 하 여 유화를 공부 했다. 그러나, 유화 제17의 매우 몇 가지 연구 있다. 이러한 연구는 탄화수소 오일과 fluorocarbon 수성 계면 활성 솔루션에서 구성 된 기름 작은 물방울의 형태를 설명 했습니다.
여기, 우리가 과격 한 중 합 유화 탄화수소 석유, 탄 화 불 소 기름, 및 수성 나트륨 dodecylsulfate (SDS) 솔루션의 구성에 기름 방울을 사용 하 여 투명 고분자 입자의 제조의 상세한 프로토콜을 보여줍니다. 우리는 비 구형 고분자 입자의 준비에 대 한 기존의 방법에서 다른 새로운 전략 제안. 이 방법은 단순히 짧은 시간에 빈 폴리머 입자를 조작 수 있습니다. 또한, 투명 폴리머 입자를 통해 microcapsules의 준비의 프로토콜 표시 됩니다.
Protocol
주의: 연구실 코트, 장갑, 그리고 안전 유리를 착용 하 고 사용 하기 전에 물질 안전 데이터 시트 (MSDS) 읽고 하십시오. 모든 구입한 재료 더 정화 없이 사용 되었습니다.
1. 스 티 렌/PFO/수성 SDS 솔루션 혼합물의 구성 된 유화 액의 준비
- SDS 수 용액의 5mm를 준비 하려면 분해 순도 H2o.의 10 mL에 SDS의 14.5 밀리 그램
참고: 고 순도 H2O 사용 되었습니다 (저항 (R) = 18 m ω c m, 표면 장력 (γ) = 72.0 mN m-1 25 ° C에서). - 스 티 렌의 1.5 g, PFO, 0.6 g 및 SDS 수 용액의 5mm의 0.9 g 볶음 바 10ml 유리 약 병을 추가 합니다.
참고: 공초점 형광 현미경 관찰, 검색에 추가 2.6 coumarin 102의와 0.062 mg calcein의 혼합물에. - 실 온에서 1150 rpm에서 60 분을 위한 혼합물을 저 어 하 고 그 후 80 ° c 온도 높이
- 1150 rpm에서 60 분 및 80 ° c.에 대 한 혼합물을 저 어
2. 유화 액으로 구성 된의 스 티 렌/PFO/수성 SDS 솔루션 혼합물을 사용 하 여 고분자 입자의 제조
- 저 어 바 10ml 유리 약 병에 칼륨 peroxodisulfate의 3.9 mg, pyrene의 2 밀리 그램, 스 티 렌의 1.5 g, PFO, 0.6 g 및 SDS 수 용액의 5mm의 0.9 g을 추가 하 고 함께 고무 격 막 인감.
- 30 분 동안 주사기 바늘을 통해 버블링 질소 가스 혼합물을 deoxygenate.
주의: 천천히 많은 양의 거품을 생성 하지에 질소 가스 흐름. - 준비 하는 유제, 1150 rpm 및 실 온에서 60 분을 위한 혼합물을 저 어 고 다음 80 ° c 온도 높이
- 1150 rpm에서 30 분, 80 ° c.에 대 한 혼합물을 저 어
- 테스트 튜브에 결과 솔루션 (3 mL)에 흐린 부분 (1.8 mL)를 전송 및 다음 추가 30% 수성 에탄올 솔루션 완전히 중 합 반응 종료.
- Sonicate (파워: 130 W, 주파수: 4.2 kHz) 결과 폴리머 입자를 세척 하 고 2300 x g에서 10 분 원심 다음 10 분.
- 고분자 입자를, 테스트 튜브에서 표면에 뜨는 솔루션을 제거 합니다.
- 테스트 튜브에 결과 고체를 물 3 mL를 추가 합니다. Sonicate (파워: 130 W, 주파수: 4.2 kHz) 10 분 및 2300 x g.에서 10 분 원심 분리기 테스트 튜브에서 표면에 뜨는 솔루션을 제거 하는 동안.
- (단계 2.8) 세척 절차를 반복 하 여 거품 표면에 뜨는 솔루션에서 생성 되지 않습니다. 투명 폴리머 입자의 고체를 물 증발.
3. 투명 폴리머 입자를 사용 하 여 microcapsules의 준비
- 빈 폴리스 티 렌 입자 (단계 2.9)의 1 밀리 그램을 추가 저 어 바 10ml 유리 약 병에 물을 4 ml.
- Sonicate (파워: 130 W, 주파수: 4.2 kHz) 10 분 물에 빈 입자 분산.
- 0.1 mL 물에 톨루엔의 분산 입자를 추가 하 고 실 온에서 100 rpm에서 1 h 동안 그것을 저 어. 테스트 튜브에 액체를 전송.
주의: 분당 회전 증가, 입자의 형태 변형 됩니다. - 2300 x에 10 분 동안 액체 원심 분리는 microcapsules에 그것을 형성. 테스트 튜브에서 표면에 뜨는 솔루션을 제거 합니다.
Representative Results
빛과 공초점 형광 현미경 관찰을 스캔 형태학과 스 티 렌, PFO, 그리고 5mm SDS 수 용액 (그림 1)의 구성 된 유화 액 작은 물방울의 구성을 결정 하기 위해 수행 되었습니다. 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 및 스캐닝 전송 전자 현미경 (줄기) 관측 중공 입자와 microcapsules (그림 2)의 형성을 보여주었다.
DIC와 스 티 렌/PFO/SDS 수 용액의 삼항 혼합물의 구성 된 유화 액의 공초점 형광 현미경 이미지 연속 단계 임을 나타냅니다 SDS 수 용액, calcein에 해당 하는 녹색 형광 관찰 되었다 때문에 연속 위상, 따라서, 기름에 물 타입 유화 형성 됩니다 (그림 1a 및 1b). 이러한 이미지는 또한 기름 방울의 스 티 렌 PFO, 혼합할 수 있는 상호 되지 않은 구성 다는 것을 보여준다. DIC와 coumarin 102를 포함 하는 유화 액의 공초점 형광 현미경 이미지 공개 PFO 물방울은 물과 스 티 렌 드롭릿 사이의 인터페이스에 위치. 스 티 렌, PFO, 그리고 5mm 폼 유화 야누스를 포함에 SDS 용액의 삼항 혼합물 오일 방울, 스 티 렌과 PFO의 구성.
STEM 및 SEM 이미지 스 티 렌/PFO/5 m m 수성 SDS 솔루션의 유화 액의 과격 한 중 합에 의해 조작 하는 고분자 입자의 표면에 구멍 빈 비 구형 폴리스 티 렌 입자의 준비를 표시 (그림 2a , 2b). 형성 속도, 직경, 및 빈 폴리스 티 렌 입자의 구멍 크기는 STEM 및 SEM을 통해 200 입자를 관찰 하 여 평가 됩니다. SEM 관찰에서 추정 하는 평균된 직경 1.3 µ m 이다. 크기는 동적 산란 측정에서 예상 하는 폴리머 입자의 직경 일치 합니다. 대형 비율은 약 100% 이다. 평균된 구멍 크기와 빈 입자에서 구멍의 볼륨은 0.8 ± 0.4 µ m 및 0.9 ± 0.4 µ m3, 각각. 따라서, 0.8 µ m 구멍 데 빈 폴리스 티 렌 입자는 유화에 스 티 렌을 포함 하는 야누스 방울의 과격 한 중 합에 의해 조작 했다.
그림 1입니다. 스 티 렌, PFO, 그리고 5mm SDS 수 용액의 구성 된 유화 액 작은 물방울의 형태학. (a) 차동 간섭 콘트라스트 (DIC) 및 포함 하는 수성 형광 calcein 유화 액의 (b) 공초점 형광 현미경 이미지. (c) DIC와 (d) 공초점 형광 현미경의 이미지는 유화 액 기름 녹는 형광 coumarin 102를 포함 하. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2입니다. 빈 폴리스 티 렌 입자와 microcapsules 스 티 렌, PFO, 그리고 5mm SDS 수 용액의 구성 된 유화 제를 사용 하 여 날조의 형태학. (a) 빈 폴리스 티 렌 입자의 SEM 및 (b) 줄기 이미지. (c) 전자 현미경 및 (d) 줄기의 이미지는 microcapsules. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
Discussion
스 티 렌 및 PFO의 야누스 방울을 포함 하는 유화 제 수성 SDS 농도의 무게 분 율의 10 wt % 및 스 티 렌과 PFO의 어떤 무게 분수 위에서 얻은 했다. 야누스 방울을 포함 하는 유화 액의 다양 한 무게 분수 30 분 생산 되었습니다가지고 때 모든 구성에 대 한 빈 폴리스 티 렌 입자를 얻을 수 있습니다. 이러한 결과 프로토콜 여기 간단 시연 나타냅니다. 또한, 지름, 구멍 크기, 및 구멍 볼륨 빈 폴리스 티 렌 입자의 중 합 시간 여기 설명 하는 방법 제어할 수 있습니다.
우리는 빈 폴리스 티 렌 입자의 제조에 대 한 다음과 같은 메커니즘을 제안. 80 ° c.에 수성 SDS 솔루션, 스 티 렌, 그리고 PFO의 혼합물을 포함 하는 O/W 유화 액에서 스 티 렌 및 PFO의 구성 된 야누스 기름 방울 형성 PFO 방울 방울 스 티 렌의 표면에 있습니다. KPS, 중 합의 창시자 물 단계에서 수용 성 이기 때문에는 중 합 스틸 렌/수성 SDS 솔루션의 인터페이스에서 진행 됩니다. 삼항 유화에 스 티 렌 PFO, 아니 polymerizable 그룹 데 그 온도에 유화 액에 남아 반면 80 ° C에서 폴리스 티 렌을 생산 했다. 후에 중 합 종료 되었습니다, 폴리스 티 렌 입자에 구멍 PFO의 제거에 의해 형성 되었다. 따라서, 빈 컵 형 폴리스 티 렌 입자 표면에 있는 구멍을 갖는 스 티 렌 및 PFO와 모든 중 합 시간 조작된 atany 무게 분수 했다.
90 분에 대 한 과격 한 중 합에 의해 조작 빈 폴리스 티 렌 입자를 톨루엔의 작은 금액을 추가 빈 폴리스 티 렌 입자에 있는 구멍을 밀봉 하는 것에 대 한 제공 합니다. 이 현상은 혁 외.9에 의해 보고와 일치. Capsulation 메서드를 사용 하면 입자에서는 수성 물자를 포함할 수 있습니다.
이 문서에서는, 우리는 없는 상호 혼합할 수 있는 스 티 렌 및 PFO, 구성 된 야누스 기름 방울을 사용 하 여 투명 고분자 입자의 제조 방법을 증명 하고있다. 비 구형 고분자 입자의 준비 방법에는 이미 다양 한 애플 리 케이 션에 그들의 잠재적인 사용 때문에 연구 되었습니다. 야누스 탄화수소 기름과 탄 화 불 소 기름 기름 방울을 사용 하 여이 전략 단위체 및 약물 전달 시스템의 다양 한 종류에서 비 구형 고분자 입자의 제조에 적용 됩니다.
Disclosures
공개 하는 것이 없다.
Acknowledgments
우리는 없습니다 승인.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Material | |||
| Sodium dodecylsulfate, 95.0% | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 192-08672 | |
| Styrene, 99.0% | Tokyo Chemical Industry Co. Ltd. | S0095 | |
| Perfluorooctane, 99% | Fluorochem Ltd. | 8706 | |
| Coumarin 102, 97.0% | Tokyo Chemical Industry Co. Ltd. | C2267 | |
| Calcein | Dojindo Molecular Technologies, Inc. | C001 | |
| Potassium peroxodisulfate, 98.0% | Kanto Chemical Co., Inc. | 32375-30 | |
| Pyrene, 97.0% | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 167-05302 | |
| Ethanol, 99.5% | Kanto Chemical Co., Inc. | 14033-00 | |
| Toluene, 99.5% | Kanto Chemical Co., Inc. | 40180-00 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Scanning Electron Microscope | Hitachi High-Technologies Corporation | S-4800 | |
| Scanning Transmission Electron Microscope | Hitachi High-Technologies Corporation | S-4800 | |
| Ultrasonic cleaner | Branson Ultrasonics, Emerson Japan, Ltd. | Model 3510 | |
| Centrifuge | AS ONE Corporation | CN-1050 |
References
- Okubo, M., Fujibayashi, T., Terada, A. Synthesis of micron-sized, monodisperse polymer particles of disc-like and polyhedral shapes by seeded dispersion polymerization. Colloid Polym Sci. 283 (7), 793-798 (2005).
- Fujibayashi, T., Okubo, M. Preparation and Thermodynamic Stability of Micron-Sized, Monodisperse Composite Polymer Particles of Disc-like Shapes by Seeded Dispersion Polymerization. Langmuir. 23 (15), 7958-7962 (2007).
- Okubo, M., Fujibayashi, T., Yamada, M., Minami, H. Micron-sized, monodisperse, snowman/confetti-shaped polymer particles by seeded dispersion polymerization. Colloid Polym Sci. 283 (9), 1041-1045 (2005).
- Xu, S., et al. Generation of Monodisperse Particles by Using Microfluidics: Control over Size, Shape, and Composition. Angew Chem Int Ed. 44 (5), 724-728 (2005).
- Serra, C. A., Chang, Z. Microfluidic-Assisted Synthesis of Polymer Particles. Chem Eng Tech. 31 (8), 1099-1115 (2008).
- Higuchi, T., Yabu, H., Shimomura, M. Simple preparation of hemispherical polystyrene particles. Colloids Surf A. 284, 250-253 (2006).
- Sun, Z. Q., et al. Nonspherical Colloidal Crystals Fabricated by the Thermal Pressing of Colloidal Crystal Chips. Langmuir. 21 (20), 8987-8991 (2005).
- Deng, Y., et al. A novel approach to the construction of 3-D ordered macrostructures with polyhedral particles. J Mater Chem. 18 (4), 408-415 (2008).
- Hyuk Im, S., Jeong, U., Xia, Y. Polymer hollow particles with controllable holes in their surfaces. Nat Mater. 4 (9), 671-675 (2005).
- Saito, N., Kagari, Y., Okubo, M. Effect of Colloidal Stabilizer on the Shape of Polystyrene/Poly(methyl methacrylate) Composite Particles Prepared in Aqueous Medium by the Solvent Evaporation Method. Langmuir. 22 (22), 9397-9402 (2006).
- Cai, P. -j, Tang, Y. -j, Wang, Y. -t, Cao, Y. -j Fabrication of polystyrene hollow spheres in W/O/W multiple emulsions. Mater Chem Phys. 124 (1), 10-12 (2010).
- Liang, S. -S., Chen, S. -L., Chen, S. -H. Diverse macroporous spheres synthesized by multiple emulsion polymerization for protein analyses. Chem Commun. 47 (29), 8385-8387 (2011).
- Kondo, Y., Yoshino, N. Hybrid fluorocarbon/hydrocarbon surfactants. Curr Opin Colloid Interface Sci. 10 (3-4), 88-93 (2005).
- Takahashi, Y., Kondo, Y., Schmidt, J., Talmon, Y. Self-Assembly of a Fluorocarbon-Hydrocarbon Hybrid Surfactant: Dependence of Morphology on Surfactant Concentration and Time. J Phys Chem B. 114 (42), 13319-13325 (2010).
- Takahashi, Y., Nasu, Y., Aramaki, K., Kondo, Y. Unusual viscoelastic behavior of aqueous solutions of fluorocarbon-hydrocarbon hybrid surfactant and its morphological transformations. J Fluor Chem. 145 (0), 141-147 (2013).
- Yoshino, N., et al. Syntheses of Hybrid Anionic Surfactants Containing Fluorocarbon and Hydrocarbon Chains. Langmuir. 11 (2), 466-469 (1995).
- Zarzar, L. D., et al. Dynamically reconfigurable complex emulsions via tunable interfacial tensions. Nature. 518 (7540), 520-524 (2015).
