具有光热特性的电活性聚合物纳米颗粒

摘要

本文介绍了一种由电活性聚合物组成的纳米粒子的合成与制备方案。

摘要

本文演示了一种电活性聚合物的合成方法，首先通过三步反应合成具有扩展共轭结构的单体，最后一步为Negishi偶联反应。Negishi偶联是一种交叉偶联反应，其中化学前体首先发生锂化反应，随后与ZnCl₂进行转金属化反应。所得的有机锌化合物可与二溴代芳香前体偶联，生成共轭单体。通过该单体的电化学聚合可制备聚合物薄膜，并利用循环伏安法和紫外-可见-近红外（UV-Vis-NIR）光谱法对其进行表征。纳米颗粒（NPs）则通过该单体的乳液聚合制备，采用双表面活性剂体系，得到聚合物纳米颗粒的水相分散液。对纳米颗粒的表征采用动态光散射、电子显微镜和UV-Vis-NIR光谱法。通过细胞活力实验评估纳米颗粒的细胞相容性。最后，使用近红外（NIR）激光照射纳米颗粒悬浮液，以评估其作为光热治疗（PTT）潜在材料的有效性。

引言

电活性聚合物会改变其性质（颜色、导电性、反应性、体积、 等等。在电场存在的情况下。电活性聚合物因其快速的响应时间、可调性、耐用性和轻质特性，已被提出用于多种应用，包括替代能源、传感器、电致变色器件和生物医学装置。电活性聚合物可作为柔性、轻质的电池和电容器电极，具有潜在的应用价值。¹ 电活性聚合物在电致变色器件中的应用包括建筑和汽车的防眩光系统、太阳镜、防护眼镜、光存储器件以及智能纺织品。^2-5 智能窗可通过按需阻挡特定波长的光来降低能耗，并保护住宅和汽车内部。智能纺织品可用于服装，以帮助抵御紫外线辐射。⁶ 导电聚合物也开始被用于医疗设备中。在生物医学设备所使用的导电聚合物中，聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）是最常见的几种。例如，这类聚合物通常用作生物传感器设备中的换能器。⁷ 在治疗递送方面的应用也显示出前景；已有研究证明，从由电活性聚合物制备的器件中可实现药物和治疗性蛋白的释放。^8-12 近年来，电活性聚合物已被用作光热治疗中的治疗剂。^13-15 在光热治疗中，光热剂必须吸收近红外（NIR）区域（约700−900 nm）的光，该区域也被称为治疗窗口，此处光在组织中的穿透深度最大，通常可达1 cm。^16,17 在此波段范围内，血红蛋白、氧合血红蛋白、脂质和水等生物发色团几乎不吸收光，从而使光能够轻易穿透。当光热剂在此治....

方案

注意：使用前请查阅所有相关的安全数据表（SDS）。这些合成过程中使用的多种试剂可能具有危险性。请采取一切适当的安全措施，包括佩戴个人防护装备（护目镜、手套、实验服、长裤和不露脚趾的鞋子），并在通风橱中进行合成操作。锂化反应尤其危险，应仅由经过适当培训并在监督下的人员操作。

1. 单体合成

注意：图1展示了前体和单体的化学合成路线，其合成方法在第1.2至1.5节中描述。

1. 材料
   1. 参照先前方法纯化EDOT²⁵。
   2. 用乙酸乙酯重结晶高氯酸四丁基铵（TBAP），并在真空下干燥24小时。在使用前48小时内，按照Hoye 等²⁶所述方法滴定正丁基锂（nBuLi，己烷中2.5 M）以确定其实际浓度。
   3. 在使用前于100 °C下干燥硫酸镁和碳酸钾24小时。本方案中使用的其他化学品均按原样使用。
2. 1,4-二烷氧基苯的合成
   注意：图1A展示了使用1-溴己烷制备1,4-二己氧基苯的方法。
   1. 将一个经烘箱干燥的三颈圆底烧瓶装配上橡胶隔膜、氩气进气接头以及连接至鼓泡器的带有气体出口接头的冷凝管。在密封前向烧瓶中加入搅拌子。
   2. 使用聚....

结果

生成M1和M2的反应方案如图1所示。单体可通过¹H和¹³C核磁共振（NMR）波谱、熔点及元素分析进行表征。¹H NMR谱图可提供原子连接方式及其电子环境的信息，因此常用于确认反应是否成功完成。Negishi偶联反应涉及苯环与EDOT的偶联，导致苯环质子峰从7.1 ppm位移至7.8 ppm。噻吩环上的质子峰也将上移至6.5 ppm。亚乙基二氧桥碳上的四个质子将在4.3 ppm处分裂为两组多重峰。脂肪族碳上的质子信号则无明显变化。¹³C NMR谱图中，噻吩环碳原子的信号出现在170、145、140和113 ppm处，苯环碳原子的信号出现在150、120和112 ppm处。脂肪族碳原子的化学位移无明显变化。M2的化学结构、¹H NMR和¹³C NMR谱图如图3所示。

讨论

在本研究中，合成了具有电活性的聚合物纳米颗粒（NPs），作为癌症治疗中潜在的光热治疗（PTT）试剂。文中描述了这些纳米颗粒的制备过程，首先合成单体，然后进行乳液聚合。尽管已有文献报道过使用如EDOT和吡咯等电活性聚合物制备纳米颗粒的方法，但本文首次描述了以具有扩展共轭结构的独特单体为起始材料制备聚合物纳米颗粒的过程，证明该方法可拓展应用于更大、更复杂的单体体系。

合成二烷氧基苯单体需要采用两种不同的路线。1,4-二己氧基苯可使用KOH/EtOH法合成，但该方法在合成1,4-双(乙基丁酰氧基)苯时失败，最可能的原因是碱促进的酯水解反应。当采用KI/K₂CO₃混合物时，可避免水解，成功获得产物。两种二烷氧基苯的溴化均使用Br₂完成。该反应必须在流动氩气氛围下进行，以排出反应过程中生成的HBr。气体出口应通入中和用的NaOH溶液，防止HBr腐蚀通风橱部件；需注意HBr可能随时间推移导致塑料管路硬化。

使用Negishi偶联反应合成了BEDOT-B(OR)_2<.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
2 mm直径铂工作电极	CH Instruments	CH102	使用极细砂纸抛光
3,4-乙烯二氧噻吩	Sigma-Aldrich	483028	通过真空蒸馏纯化
3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基氯化四氮唑（MTT）98%	Alfa Aesar	L11939
505型超声波破碎仪	Fisher Scientific™	FB505110	配备1/8“探头，额定功率500 瓦
808 nm激光二极管	ThorLabs	L808P1WJ	额定功率1 W
无水乙腈 99%	Acros	61022-0010
Avanti J-26 XPI	Beckman Coulter	393127
溴己烷 98%	MP Biomedicals	202323
透析膜（100,000 截留分子量）	SpectrumLabs	G235071
二甲基亚砜 99%（DMSO）	BDH	BDH1115
无水二甲基甲酰胺（DMF）99%	Acros	326870010
十二烷基苯磺酸（DBSA）	TCI	D0989
Dulbecco’s改良伊格尔培养基（DMEM）	Corning	10-013 CV
EMS 150 TES溅射镀膜仪	Electron Microscopy Sciences
乙醇（EtOH）100%	BDH	BDH1156
4-溴丁酸乙酯（98%）	Acros	173551000
乙酸乙酯 99%	Fisher	UN1173
胎牛血清（FBS）	Corning	35-010-CV
Helios NanoLab 400	FEI
正己烷	Fisher	H306-4
盐酸（HCl）	Fisher	A142-212
对苯二酚 99.5%	Acros	120915000
无水肼 98%	Sigma-Aldrich	215155
氧化铟锡（ITO）镀膜玻璃	Delta Technologies	CG-41IN-CUV	4-8 Ω/方
氯化铁 97% FeCl3	Sigma-Aldrich	157740
硫酸镁（MgSO4）	Fisher	593295	在100 °C下干燥
SKOV-3	ATCC	HTB-26
甲醇	BDH	BHD1135
正丁基锂（2.5 M）	Sigma-Aldrich	230707	易燃
聚（苯乙烯磺酸-共-马来酸）（PSS-co-MA）分子量20,000	Sigma-Aldrich	434566
碳酸钾	Sigma-Aldrich	209619	在100 °C下干燥
氢氧化钾	Alfa Aesar	A18854
碘化钾	Fisher	P410-100
RO-5磁力搅拌器	IKA-Werke
SC4000红外相机	FLIR
Synergy H4多功能微孔板检测仪	Biotek
高氯酸四丁基铵（TBAP）99%	Sigma-Aldrich	3579274	通过乙酸乙酯重结晶纯化
无水四氢呋喃（THF）99%	Sigma-Aldrich	401757
四（三苯基膦）钯（0）	Sigma-Aldrich	216666	对湿气敏感
恒温混匀仪	Eppendorf
USB恒电位仪/恒电流仪	WaveNow	AFTP1
Zetasizer Nano Zs	Malvern		光学配置175°
氯化锌（1 M）ZnCl2	Acros	370057000