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。
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本文内容
摘要
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....
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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。
- 材料
- 参照先前方法纯化EDOT25。
- 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。
- 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。
- 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。- 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。
- 使用聚....
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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 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，因此常用于常规验证反应是否成功完成。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。噻吩环上的质子也会发生向上场位移，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，噻吩环碳原子在 170、145、140 和 113 处出现峰，苯环碳原子在 150、120 和 112 处出现峰。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。
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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<.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作部分由德克萨斯州新兴技术基金（初创项目资助，资助对象为 TB）、德克萨斯州立大学研究增强计划、德克萨斯州立大学博士研究奖学金（资助对象为 TC）、美国国家科学基金会材料领域的研究与教育合作伙伴关系计划（PREM，项目编号 DMR-1205670）、韦尔奇基金会（项目编号 AI-0045）以及美国国立卫生研究院（项目编号 R01CA032132）资助。
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材料
| 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 |
参考文献
- Irvin, J., Irvin, D., Stenger-Smith, J. Electrically active polymers for use in batteries and supercapacitors. Handbook of Conducting Polymers. , (2007).
- Amb, C. M., Dyer, A. L., Reynolds, J. R. Navigating the color palette of solution-processable electrochrom....
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