Summary
Een protocol voor de fabricage van holle polymeer deeltjes en microcapsules door radicaal polymerisatie met behulp van emulsies bestaande uit styreen, perfluoro -n-octaan en waterige SDS (natrium dodecylsulfate) oplossing wordt gepresenteerd.
Abstract
In dit artikel, hebben we een methode voor de productie van holle deeltjes en microcapsules met behulp van de olie-druppels uit koolwaterstof olie (styreen) en fluorkoolstof olie aangetoond (perfluoro -n-octaan, PFO) in waterige oppervlakteactieve stof (natrium-dodecylsulfate, SDS) oplossingen. Aangezien fluorkoolstof oliën niet mengbaar met koolwaterstof oliën zijn, worden de twee oliën gescheiden. Emulsies zijn bereid door roeren styreen/PFO/waterige SDS oplossing mengsels bij 80 ° C. Het type van emulsies en de morfologie van de druppels in de emulsies zijn waargenomen door lichte Microscoop en scanning confocal fluorescentie Microscoop. Het komt voor dat olie druppels met Janus-type morphologies bestaande uit wederzijds onmengbare styreen en PFO worden gevormd in waterige oplossingen van de SDS. Polystyreen deeltjes zijn vervaardigd door radicaal polymerisatie van ternaire mengsels van styreen/PFO/waterige oplossing van de SDS bij 80 ° C. De morphologies van de polystyreen zijn bevestigd door scanning elektronen microscopie en Transmissie Electronenmicroscopie opmerkingen scannen. Deze opmerkingen tonen de voorbereiding van holle polystyreen deeltjes met een enkel gat op het oppervlak. Om onze kennis is deze methode een nieuwe strategie met behulp van de immiscibility van koolwaterstof en fluorkoolstof oliën. De holle deeltjes kunnen ook worden toegepast aan de voorbereiding van microcapsules.
Introduction
Terwijl sferische polymeer deeltjes wijd in diverse industriële toepassingen gebruikt hebben, is het algemeen bekend dat kuiltje deeltjes, hemisferen, schijven en ellipsoïdes, zijn opgesteld door geplaatste polymerisaties1,2, 3, foto-polymerisatie van niet-bolvormige monomeer druppels microreactor met specifieke geometrieën4,5, zelf-organisatie met behulp van reprecipitation van polymeren6en vervorming van sferische polymeer deeltjes door mechanische externe krachten7,8. In het bijzonder, hebben holle polymeer deeltjes met een micrometer-grootte zijn vervaardigd door verdamping van een goed oplosmiddel van sferische polymeer deeltjes gezwollen door het oplosmiddel9,10 en polymerisatie met behulp van meerdere emulsies 11 , 12.
In dit werk, richten we ons op het gebruik van wederzijdse immiscibility van koolwaterstof en fluorkoolstof olie in de fabricage van polymeer deeltjes. Hybride oppervlakteactieve stoffen hebben een koolwaterstof keten en een fluorkoolstof ketting in het molecuul. Eerder hebben we gemeld dat de unieke eigenschappen van hybride oppervlakteactieve stoffen die niet in conventionele oppervlakteactieve stoffen13,14,15worden waargenomen. Wij hebben ook emulsies met behulp van koolwaterstof olie fluorkoolstof olie en waterige oppervlakteactieve stof oplossing, die onderling niet mengbaar16bestudeerd. Er zijn echter weinig studies van de emulsies17. Deze studies hebben de morfologie van de olie-druppels uit koolwaterstof olie en fluorkoolstof olie in waterige oppervlakteactieve stof oplossingen beschreven.
Hier, laten we een gedetailleerd protocol voor de fabricage van holle polymeer deeltjes door radicaal polymerisatie met behulp van olie druppels in emulsies uit koolwaterstof olie, fluorkoolstof olie en waterige natrium dodecylsulfate (SDS) oplossingen. Wij stellen voor een nieuwe strategie, die verschilt van de conventionele methoden, voor de bereiding van niet-bolvormige polymeer deeltjes. Deze methode kan gewoon het fabriceren van de holle polymeer deeltjes in een korte tijd. Bovendien, wordt het protocol van de voorbereiding van microcapsules via de holle polymeer deeltjes weergegeven.
Protocol
Let op: Neem een lab-jas, handschoenen en veiligheidsbril dragen en lezen van veiligheidsinformatiebladen (MSDS) vóór gebruik. Alle aangekochte materialen zijn gebruikt zonder verdere zuivering.
1. bereiding van emulsies uit styreen/PFO/waterige SDS oplossing mengsels
- Om voor te bereiden 5 mM van waterige oplossing van SDS, los 14,5 mg van SDS in 10 mL hoge zuiverheid H2O.
Opmerking: High-purity H2O is gebruikt (soortelijke weerstand (R) = 18 MΩ cm, oppervlaktespanning (γ) = 72.0 mN m-1 bij 25 ° C). - 1.5 g van styreen, 0.6 g PFO en 0.9 g van 5 mM van waterige oplossing van SDS toevoegen aan een 10 mL glazen ampul met een roer-bar.
Opmerking: In het scannen confocal fluorescentie microscopie opmerkingen, toevoegen 2.6 mg coumarine 102 en 0.062 mg calceïne aan het mengsel. - Roer het mengsel gedurende 60 minuten op 1150 rpm onder kamertemperatuur en breng de temperatuur tot 80 ° C.
- Roer het mengsel voor 60 min op 1150 rpm en 80 ° C.
2. fabricage van polymeer deeltjes met behulp van emulsies bestaande van styreen/PFO/Aqueous SDS oplossing mengsels
- 3.9 mg kalium peroxodisulfaat, 2 mg pyreen 1.5 g van styreen, 0.6 g PFO en 0.9 g van 5 mM van waterige oplossing van SDS toevoegen aan een 10 mL glazen ampul met een roer-bar en verzegel het met een rubber tussenschot.
- Deoxygenate het mengsel door borrelende stikstofgas door middel van een naald van de spuit voor 30 min.
Let op: Stromen langzaam de stikstofgas om te genereren niet een grote hoeveelheid schuim. - Ter voorbereiding van de emulsie, roer het mengsel gedurende 60 minuten op 1150 rpm en kamertemperatuur en breng de temperatuur tot 80 ° C.
- Roer het mengsel voor 30 min op 1150 rpm en 80 ° C.
- Het bewolkt deel (1.8 mL) in de resulterende oplossing (3 mL) overbrengen in de reageerbuis en voeg vervolgens 30% waterige ethanol oplossing volledig beëindigen de polymerisatie-reactie.
- Bewerk ultrasone trillingen ten (vermogen: 130 W, frequentie: 4.2 kHz) gedurende 10 minuten voor het wassen van de resulterende polymeer deeltjes en vervolgens gedurende 10 min op 2300 x g centrifugeren.
- Voor het verkrijgen van de polymeer-deeltjes, verwijdert u de bovenstaande oplossing uit de reageerbuis.
- Voeg 3 mL water toe aan de resulterende lichamen in de reageerbuis. Bewerk ultrasone trillingen ten (vermogen: 130 W, frequentie: 4.2 kHz) voor 10 min en Centrifugeer gedurende 10 min op 2300 x g. Verwijder het supernatant oplossing uit de reageerbuis.
- Herhaal de procedure wassen (stap 2,8) tot schuim is niet gegenereerd op basis van de bovenstaande oplossing. Het verdampen van water om te verkrijgen van de vaste stof van holle polymeer deeltjes.
3. voorbereiding van de microcapsules met behulp van de holle polymeer deeltjes
- Toevoegen van 1 mg van holle polystyreen deeltjes (stap 2.9) en 4 mL water tot een 10 mL glazen ampul met een roer-bar.
- Bewerk ultrasone trillingen ten (vermogen: 130 W, frequentie: 4.2 kHz) voor 10 min te verspreiden van de holle deeltjes in het water.
- Voeg 0,1 mL tolueen aan het water verspreid de deeltjes en roer het vervolgens gedurende 1 uur bij 100 rpm onder kamertemperatuur. De vloeistof overbrengen in een reageerbuis.
Let op: Als de rotatie per minuut stijgt, de morfologie van deeltjes zal vervormen. - Centrifugeer de vloeistof gedurende 10 minuten op 2300 x g te isoleren van de microcapsules vorm dan ook. Verwijder het supernatant oplossing uit de reageerbuis.
Representative Results
Licht en scannen confocal fluorescentie microscopie waarnemingen werden uitgevoerd om te bepalen van de morfologie en de samenstelling van de druppels in de emulsies uit styreen, PFO en 5 mM de waterige oplossing van de SDS (Figuur 1). Scanning elektronen microscopie (SEM) en Transmissie Electronenmicroscopie (STEM) opmerkingen scannen toonde de vorming van holle deeltjes en microcapsules (Figuur 2).
De DIC en confocal fluorescentie microscopie beelden van emulsies uit ternaire mengsels van styreen/PFO/waterige oplossing van SDS wijzen erop dat de continue fase waterige oplossing van de SDS, omdat groene fluorescentie overeenkomt met calceïne werd waargenomen in de continue fase, en daarom, type olie-in-water emulsies worden gevormd (Figuur 1a en 1b). Deze beelden tonen ook aan dat de olie-druppels bestaan van styreen en PFO, die onderling niet mengbaar zijn. De DIC en confocal fluorescentie microscopie beelden van emulsies met cumarine 102 onthullen dat een PFO-droplet bevindt zich op het grensvlak tussen water en een droplet styreen. De ternaire mengsels van waterige oplossing van de SDS op 5 mM formulier emulsies met Janus, PFO en styreen olie druppels, die bestaan uit styreen en PFO.
De beelden van het SEM en stam van polymeer deeltjes vervaardigd door de radicale polymerisatie van de emulsies van styreen/PFO/5 mM waterige oplossing van SDS Toon de voorbereiding van holle niet-bolvormige polystyreen deeltjes met een gat op het oppervlak (Figuur 2a en 2b). de vorming tarief, diameter en de grootte van het gat van de holle polystyreen deeltjes worden geëvalueerd door het observeren van 200 deeltjes door middel van SEM en stam. De gemiddelde diameter geschat uit SEM waarnemingen is 1.3 µm. De grootte is in overeenstemming met de diameter van de deeltjes van de polymeer geschat uit metingen van de Dynamische lichtverstrooiing. De vorming tarief is ongeveer 100%. De gemiddelde grootte van het gat en het volume van het gat in de holle deeltjes zijn respectievelijk 0,8 ± 0,4 µm en 0,9 ± 0,4 µm3. Daarom is de holle polystyreen deeltjes met een gat 0.8 µm werden vervaardigd door radicaal polymerisatie van Janus druppels met styreen in de emulsies.
Figuur 1. Morphologies van druppels in emulsies bestaande van styreen, PFO en 5 mM waterige oplossing SDS. (a) differentiële interferentie contrast (DIC) en (b) confocal fluorescentie microscopie images van de emulsies met waterige fluorescerende calceïne. (c) DIC en (d) confocal fluorescentie microscopie beelden van de emulsies met olie oplosbare fluorescerende cumarine 102. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2. Morphologies van holle polystyreen deeltjes en microcapsules vervaardigd gebruikend emulsies bestaande van styreen, PFO en 5 mM waterige SDS-oplossing. (a) SEM en (b) stam beelden van de holle polystyreen deeltjes. (c) SEM en (d) stam beelden van de microcapsules. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Discussion
De emulsies met Janus druppels van styreen en PFO werden verkregen boven 10 wt % van het gewicht breuk van waterige SDS concentratie en waarbij gewicht het gedeelte van styreen en PFO. Wanneer de verschillende gewicht-breuken van de emulsies met de Janus-druppels zijn geweest polymeervorm voor 30 min, kunnen de holle polystyreen deeltjes worden verkregen voor alle samenstelling. Deze resultaten wijzen erop dat het protocol hier is eenvoudig aangetoond. Daarnaast kunnen de diameter, gat grootte en gat volume van de holle polystyreen deeltjes worden gecontroleerd door de polymerisatie-tijd in de hier beschreven methode.
Wij stellen voor de volgende mechanisme voor de fabricage van de holle polystyreen deeltjes. Janus olie druppels bestaande van styreen en PFO gevormd in de O/W emulsies met mengsels van waterige SDS oplossing, styreen, en PFO bij 80 ° C. PFO druppels bevinden zich op het oppervlak van styreen druppels. Aangezien KPS, initiator van de polymerisatie, oplosbare in de waterfase is, zal de polymerisatie vooruitgang op het raakvlak van de styreen/waterige oplossing van de SDS. Styreen in de ternaire emulsies was polymeervorm naar polystyreen bij 80 ° C, terwijl de PFO, hebben geen polymerizable groepen, bleef in de emulsies bij die temperatuur. Na de polymerisatie werd beëindigd, werd een gat op de polystyreen deeltje gevormd door verwijdering van PFO. De holle kop-type polystyreen deeltjes met een gat aan de oppervlakte waren dus verzonnen mogelijk gewicht Fractie van styreen en PFO en polymerisatie allertijden.
Een kleine hoeveelheid tolueen toe te voegen aan de holle polystyreen deeltjes vervaardigd door radicaal polymerisatie voor 90 min bewerkstelligt afdichting van de gaten op de holle polystyreen deeltjes. Deze verschijnselen is consistent met die gerapporteerd door Hyuk et al.9. De capsulation methode kan een waterige materiaal in de deeltjes bevatten.
In dit artikel, hebben we een methode van de fabricage van holle polymeer deeltjes met behulp van Janus olie druppels bestaande van styreen en PFO, die onderling niet mengbaar zijn aangetoond. De methode van de voorbereiding van niet-bolvormige polymeer deeltjes is al onderzocht vanwege hun potentiële gebruik in diverse toepassingen. Deze strategie met behulp van Janus olie druppels van de olie van de koolwaterstof en fluorkoolstof olie zal gelden voor de fabricage van niet-bolvormige polymeer deeltjes van verschillende soorten monomeer en drug delivery systeem.
Disclosures
Wij hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
We hebben geen bevestigingen.
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).
