Waiting
登录处理中...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Elektroaktiv polymer Nanopartiklar som uppvisar fototermisk Egenskaper

Published: January 8, 2016 doi: 10.3791/53631
Automatic Translation
1, 2, 2, 2, 3, 2, 2, 3, 1,2, 1,2
1Materials Science, Engineering, and Commercialization Program, Texas State University, 2Department of Chemistry and Biochemistry, Texas State University, 3Department of Biomedical Engineering, The University of Texas at Austin

Introduction

Elektroaktiva polymerer ändra deras egenskaper (färg, konduktivitet, reaktivitet, volym, etc) i närvaro av ett elektriskt fält. Den snabba omkopplingstider, avstämbarhet, hållbarhet och lätta egenskaperna hos elektroaktiva polymerer har lett till många föreslagna program, däribland alternativ energi, sensorer, electrochromics och biomedicinska anordningar. Elektroaktiva polymerer är potentiellt användbara som flexibla, lätta batteri och kondensatorelektroder. 1 Tillämpningar av elektroaktiva polymerer i elektrokroma anordningar inkluderar bländning-reduktionssystem för byggnader och bilar, solglasögon, skyddsglasögon, optiska lagringsenheter, och smarta textilier. 2-5 Smarta fönster kan minska energibehovet genom att blockera specifika våglängder av ljus on-demand och skydda interiörer av bostäder och bilar. Smarta textilier kan användas i kläder för att skydda mot UV-strålning. 6 elektroaktiva polymerer har also börjat användas i medicintekniska produkter. Bland elektroaktiva polymerer som används i biomedicinska anordningar, polypyrrol (PPy), polyanilin (PANI), och poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) är bland de vanligaste. Till exempel är dessa typer av polymerer som vanligtvis används som givare i biosensoranordningar 7 Tillämpningar inom terapeutisk tillförsel har också visat sig lovande.; studier har visat att frisättning av läkemedel och terapeutiska proteiner från enheter framställda av elektroaktiva polymerer. 8-12 På senare tid har elektroaktiva polymerer använts som läkemedel i fototermisk terapi. 13-15 i fototermiska behandlingen, måste fototermiska medel absorberar ljus inom en snar -Infraröd (NIR) region (~ 700-900 nm), även känd som terapeutiskt fönster, där ljuset har maximalt inträngningsdjup i vävnad, vanligtvis upp till 1 cm. 16,17 i detta område, biologiska kromoforer såsom hemoglobin , syresatt hemoglobin, lipider, och vatten har liten till ingenabsorbans, vilket möjliggör lätt att lätt penetrera. När fototermiska medel absorberar ljus i detta terapeutiska fönstret är photoenergy omvandlas till fototermisk energi.

Irvin och medarbetare har tidigare rapporterat alkoxisubstituerade bis-EDOT bensen monomerer som syntetiserades med hjälp av Negishi koppling. 18 Negishi kopplingen är en föredragen metod för kol-kolbindning bildning. Denna process har många fördelar, bland annat användningen av organiska intermediärer, som är mindre giftiga och tenderar att ha högre reaktivitet än andra metallorganiska föreningar som används. 19,20 organozinkföreningar är också kompatibla med ett brett utbud av funktionella grupper på organohalider. 20 I Negishi kopplingsreaktion, är en organohalogenid och organometall kopplad genom användning av en palladium (0) katalysator. 20 I arbetet som presenteras häri, är denna korskopplingsmetod användes i syntesen av 1,4-dialkoxi-2,5-bis ( 3,4-ethylenedioxythienyl) benzene (BEDOT-B (OR) 2) monomerer. Dessa monomerer kan sedan lätt polymeriseras elektrokemiskt eller kemiskt för att ge polymerer som är lovande kandidater för användning i biomedicinska tillämpningar.

Konventionella förfaranden för framställning av kolloidala polymera suspensioner i vattenhaltiga lösningar för biomedicinska tillämpningar innefattar typiskt upplösning av bulkpolymerer följt av Nanoprecipitation eller emulsionslösningsmedels indunstningstekniker. 21,22 För att producera NP av poly (BEDOT-B (OR) 2) , en nedifrån och upp visas här där de nationella parlamenten syntetiseras via in situ emulsionspolymerisation. Emulsionspolymerisation är en process som är skalbar och är en relativt snabb metod för NP beredning. 22 Studier med användning av emulsionspolymerisation för framställning av NP av andra elektroaktiva polymerer har rapporterats för PPy och PEDOT. 15,23,24 PEDOT NP, t.ex. har upprättats enligt sprutemulsions polymerization. 24 Denna metod är svår att reproducera, och vanligtvis ger större, mikrometerstora partiklar. Protokollet beskrivs i denna artikel utforskar användandet av en drop-ultraljudsbehandling metod för att reproducerbart framställa 100 nm polymer NP.

I detta protokoll, elektroaktiva polymerer anpassade för att absorbera ljus i NIR regionen liknar tidigare rapporterade poly (BEDOT-B (OR) 2) syntetiseras och kännetecknas för att visa sin potential i elektrokroma anordningar och som PTT agenter. Först protokoll för syntes av monomererna via Negishi koppling beskrivs. Monomererna karakteriseras med användning av NMR-och UV-VIS-NIR-spektroskopi. Framställningen av NP kolloid suspensioner via oxidativ emulsionspolymerisation i vatten media beskrivs också. Förfarandet är baserat på en två-stegs emulsionspolymerisation process tidigare beskrivits av Han et al., Som appliceras på de olika monomerer. En två-tensidsystem äranvänds för att styra NP monodispersitet. En cellviabiliteten analys används för att utvärdera cytocompatibility av de nationella parlamenten. Slutligen, är potentialen hos dessa nationella parlamenten att agera som PTT givare demonstreras genom bestrålning med en NIR laser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Varning: Rådgör med alla relevanta säkerhetsdatablad (SDS) före användning. Flera av de reagenser som används i dessa synteser är potentiellt farliga. Använd alla lämpliga säkerhetsrutiner, inklusive personlig skyddsutrustning (skyddsglasögon, handskar, labbrock, långbyxor och slutna tå skor), och utför synteser i dragskåp. Litiering är särskilt farligt och bör endast utföras av utbildade personer med tillsyn.

1. Monomer Syntes

Anmärkning: Figur 1 visar den kemiska väg för framställning av prekursorer och monomerer vars syntes beskrivs i avsnitten 1.2 - 1,5.

  1. Material
    1. Rena EDOT som beskrivits tidigare. 25
    2. Omkristallisera tetrabutylammonium-perklorat (TBAP) ur etylacetat och torka under vakuum under 24 timmar. Titrera n-butyllitium (nBuLi, 2,5 M i hexaner) såsom beskrivits av Hoye et al.,
    3. Torr magnesiumsulfat och kaliumkarbonat vid 100 ° C under 24 h före användning. Använd alla andra kemikalier som används i detta protokoll som mottagna.
  2. Syntes av 1,4-Dialkoxybenzenes
    Obs: Figur 1A visar framställningen av 1,4-dihexyloxybenzene användning 1-bromhexan.
    1. Utrusta en ugnstorkad tre-halsad rundbottnad kolv med ett septum, ett argoninlopp adapter, och en kondensor försedd med ett gasutlopp adapter ansluten till en bubblare. Lägg till en omrörare till kolven före försegling.
    2. Ansluta adaptern inloppet till en Schlenk-ledning med användning av poly (vinylklorid) (PVC) rör och rensa rundkolven med argon.
    3. Lägg 12,5 g (113,5 mmol) hydrokinon till den rundbottnade kolven och lös den i 20 ml vattenfri tetrahydrofuran (THF) under omröring.
    4. Separat upplösa 14 g (250 mmol) KOH i 30 ml etanol i en enkelhalsrundbottnad kolv och rör om tills det är upplöst.
    5. När upplöst, tillsätt långsamt KOH-lösningen till tre-halsad rundbottnad kolv under användning av en spruta. Låt blandningen omröras under 1 h.
    6. Efter 1 h, tillsätt 250 mmol 1-bromoalkane till reaktionsblandningen.
    7. Värm reaktionsblandningen vid återflöde i 24 h med omröring under argon.
    8. Efter 24 h, fick reaktionsblandningen kallna till RT och tillsätt 15 ml Dl-vatten och 10 ml diklormetan.
    9. Överför blandningen till en separationstratt. Isolera det organiska skiktet och tvätta den tre gånger med 10 ml Dl-vatten.
    10. Torka det organiska skiktet över 15 g MgSO 4 under 15 minuter.
    11. Ta bort MgSO 4 via vakuumfiltrering genom filterpapper.
    12. Avlägsna lösningsmedlet från den filtrerade lösningen med användning av en rotationsindunstare vid 50 ° C och 21 kPa för att ge 1,4-dialkoxybenzene som ett rått vitt fastämne.
    13. Omkristallisera den råa produkten genom tillsats av bara tillräckligt varm etanol tillupplösning av produkten. När löst, placera i ett isbad för att inducera kristallisation.
    14. Samla kristaller via vakuumfiltrering genom filterpapper och tvätta med kall etanol.
    15. Torka kristallerna under vakuum under 24 h vid RT och lagra dem under argon tills vidare användning. Detta förfarande producerar 1,4-dihexyloxybenzene.
    16. Beskriver produkten med användning av smältpunkt och ett H och 13 C-NMR-spektroskopi. 27
  3. Syntes av 1,4-Dialkoxybenzenes innehållande estermolekyldelar
    Anmärkning: Fig 1B visar den kemiska väg för framställning av en 1,4-dialkoxybenzene användning av etyl-4-brombutanoat.
    1. Utrusta en ugnstorkad tre-halsad rundbottnad kolv med ett septum, ett argoninlopp adapter, och en kondensor utrustad med en glasutloppsadapter kopplad till en bubblare. Lägg till en omrörare till kolven före försegling.
    2. Anslut adaptern inloppet till Schlenk linje med PVC slang och spola med argon.
    3. Väg 1,88 g (93,5 mmol) Kl och 15,69 g (93,3 mmol) K 2 CO 3 och lägga till den rundbottnade kolven.
    4. Tillsätt 25 ml vattenfri N, N-dimetylformamid (DMF) och rör om tills salterna löser sig.
    5. När upplöst, tillsätt 2,5 g (18,7 mmol) av hydrokinon till reaktionsblandningen och tillåta reaktionen att omröras tills det är upplöst.
    6. När alla fasta ämnen löses, tillsätt 46,8 mmol av alkyl bromoalkanoate; upphetta reaktionsblandningen under återflöde i 24 timmar under argon med kontinuerlig omröring.
    7. Ta reaktionsblandningen från värmen och låt den svalna till RT.
    8. Överför reaktionsblandningen till en separationstratt och tillsätt vatten (20 ml) och etylacetat (20 ml) för att extrahera det organiska skiktet. Isolera det organiska skiktet och tvätta den tre gånger med vatten (20 ml portioner).
    9. Torka det organiska skiktet över 15 g MgSO 4 under 15 minuter. När torkat, ta bort MgSO 4 från blandningen via vakuumfiltrering genom filter papper.
    10. Avlägsna lösningsmedlet under användning av en rotationsindunstare vid 100 ° C och 21 kPa. Torka den råa produkten under vakuum vid RT O / N.
    11. Omkristallisera produkten genom att tillsätta bara tillräckligt varm etanol för att lösa upp allt fast material. När löst, kyl kolven i is och tillåta kristaller att bildas. Samla produkten via vakuumfiltrering och tvätta med kall etanol.
    12. Torka kristallerna under vakuum vid rumstemperatur under 24 timmar och lagra under argon tills vidare användning. Detta förfarande producerar 1,4-bis (etyl butanoyloxi) bensen.
    13. Beskriver produkten med användning av smältpunkt och ett H och 13 C-NMR-spektroskopi. 28
  4. Syntes av 1,4-dialkoxi-2,5-dibromobenzenes
    Obs: Den kemiska väg för framställningen av 1,4-dialkoxi-2,5-dibromobenzenes visas i figur 1A och 1B.
    1. Montera en torr, tre-halsad rundbottnad kolv med ett argoninlopp, en konstant trycktillsatstratt skyddad med englaspropp eller septum, och ett utlopp anslutet till plaströr försett med en inverterad glastratt upphängd över en 1 M NaOH-lösning.
    2. I denna rundkolv, lösa upp 218 mmol 1,4-dialkoxybenzene i diklormetan (15 ml).
    3. Separat, tillsätt 12 ml (598 mmol) Br 2 till en 250 ml kolv och späd med diklormetan (12 ml).
    4. Överför Br 2 / diklormetanlösning till konstanttrycktillsatstratt. Till Br 2 lösningen droppvis till tre-halsad rundbottnad kolv med omröring under argon över en spännvidd på 2 h.
    5. Efter avslutad tillsats fick reaktions omröras O / N under kontinuerlig argonflöde.
    6. Avbryt reaktionen genom tillsats av DI-vatten (20 ml), och häll blandningen i en separationstratt.
    7. Isolera det organiska skiktet och tvätta tre gånger med DI-vatten (20 ml portioner). Torka det organiska skiktet över 15 g MgSO 4 under 15 minuter.
    8. Ta bort MgSO 4 avvakuumfiltrering genom filterpapper, och avlägsna lösningsmedlet under användning av en rotationsindunstare vid 75 ° C och 21 kPa.
    9. Rena rå 1,4-dialkoxi-2,5-dibromobensen genom att lägga precis tillräckligt varm etanol för att lösa allt fast. När löst, kyl kolven i is och tillåta kristaller att bildas. Samla produkten via vakuumfiltrering och tvätta med kall etanol.
    10. Torka den renade produkten under vakuum vid RT O / N; lagra under argon.
    11. Beskriver produkten med användning av smältpunkt och ett H och 13 C-NMR-spektroskopi. 27,28
  5. Negishi Koppling av 1,4-dialkoxi-2,5-dibromobenzenes med 3,4-Ethylenedioxythiophene (EDOT)
    Obs: Figur 1C visar Negishi koppling av 1,4-dialkoxi-2,5-dibromobenzenes med EDOT att bilda monomerer M1 och M2.
    1. Montera en ren trehalsad rundbottnad kolv med ett septum, en kondensor försedd med en inloppsflödesstyrning adapter ansluten till argon och ett gasutlopp flödes conkontroll adapter ansluten till en bubblare.
    2. Anslut inloppsadaptern till Schlenk-ledning med användning av tjockväggiga PVC-slang. Börja strömmande argon in i reaktionskolven i flera minuter.
    3. Med användning av en Bunsenbrännare, brand torka apparaten under vakuum och spolades med argon tre gånger för att säkerställa en luftfri miljö.
    4. Väg 1,07 g (10 mmol) av renat EDOT och tillsätt till reaktionskolven med användning av en spruta införd genom skiljeväggen. Späd EDOT med vattenfri THF (20 ml) och rör om under argon.
    5. Chill kolven innehållande EDOT lösning med användning av ett torris / acetonbad under 15 min vid -78 ° C.
    6. Efter 15 minuter, tillsätt långsamt 11 mmol nBuLi i hexaner-lösning droppvis under det att temperaturen hölls vid -78 ° C. Rör om reaktionsblandningen vid -78 ° C under 1 timme.
      Obs: Den exakta koncentrationen av nBuLi bör bestämmas genom titrering före användning enligt avsnitt 1.1.
    7. Efter 1 h av omröring avlägsna de torris / aceton-bath.
    8. Omedelbart efter borttagande av badet, till 14.13 ml 1,0 M ZnCl2-lösning droppvis. Låt reaktionen fortskrida under 1 h under omröring vid RT.
    9. Efter 1 h av omrörning, tillsätt 4 mmol 1,4-dialkoxi-2,5-dibrombensen och 0,08 mmol tetrakis (trifenylfosfin) palladium (0) till reaktionsblandningen.
    10. Värm reaktionsblandningen vid återloppskokning (70 ° C) i ett oljebad.
    11. Spåra reaktions framsteg med användning av tunnskiktskromatografi (TLC): Ta små (0,2 ml) alikvoter av reaktionsblandningen dagligen med användning av en spruta och utfällning i 2 ml 1 M HCl. Utdrag med 2 ml CHCI3 och dekor extraktet på en kiseldioxid TLC-platta tillsammans med fläckar av lösningar av EDOT och appropriate1,4-dialkoxi-2,5-dibrombensen. Eluera med 60:40 etylacetat: hexan.
    12. När reaktionen är fullbordad, fick reaktionsblandningen kallna till RT. Avbryt reaktionen genom tillsats av 10 ml av en IM HCl, följt av tillsats av diklormetan (20 ml).
    13. Transfer till en separationstratt och isolera det organiska skiktet.
    14. Tvätta det organiska skiktet med avjoniserat vatten tills tvättvattnet inte längre är surt. Testa surhet tvättvattnet med pH-papper.
    15. Torka det organiska skiktet över 15 g MgSO 4, filtrera och avlägsna lösningsmedlet under användning av en rotationsindunstare vid 50 ° C och 21 kPa för att ge den råa förlängt konjugering monomer (M1 eller M2) som en gul-orange fast substans.
    16. Omkristallisera den råa produkten med användning av en het lösning av 3: 1 etanol: bensen lösning för M1 eller 7: 2 hexan: bensen för M2. Lägg bara tillräckligt varmt lösningsmedelsblandning för att lösa det fasta materialet. När löst, kyl kolven i is och tillåta kristaller att bildas. Samla produkten via vakuumfiltrering och tvätta med kall etanol.
    17. Torka produkten under vakuum under 24 h vid RT. Förvara i mörker under argon.
    18. Beskriver produkten med användning av smältpunkt och ett H och 13 C-NMR-spektroskopi. 18

  1. Elektropolymerisation
    1. I en 50 ml mätkolv förbereda en 100 mM tetrabutylammonium perklorat (TBAP) elektrolytlösning i vattenfri acetonitril (CH3CN).
    2. I en 10 ml mätkolv framställa en 10 mM-monomer (M1 eller M2) lösning med hjälp av 100 mM TBAP / CH3CN-lösning som utspädningsmedel.
    3. Lägg till en silvertråd (pseudoreferenselektrod) och en platinaflagga (motelektrod) till en ugnstorkad elektrokemisk cell.
    4. Sätt i en nypolerad platina knapp (2 mm 2 diameter) för användning som arbetselektroden. Se till att botten av platinaknappen elektroden inte vidrör botten av den elektrokemiska cellen.
    5. Fyll den elektrokemiska cellen med tillräckligt monomer elektrolytlösning för att säkerställa att spetsarna hos alla tre elektroder är nedsänkt i lösningen.
    6. De-lufta lösningen i 5 minuter genom att försiktigt bubblande argon genom en nål nedsänkt i the lösning.
    7. Höj nålen 2 mm över lösningen och fortsätta argonflöde under hela experimentet för att bibehålla en argon filt över lösningen.
    8. Anslut elektroderna till potentiostat och påbörja polymerisationen genom att cykla den pålagda potentialen fem gånger med en svephastighet av 100 mV / s och en potentiell intervall mellan -1,5 V och 1,0 V.
    9. Anteckna nuvarande produktionen under denna process för att generera cykliska voltammogram.
  2. Polymer Elektrokemi
    1. Efter det att polymerfilmen är avsatt på platina knappen arbetselektroden, ta bort alla elektroder från monomeren elektrolytlösningen och försiktigt skölja med monomerfri elektrolytlösning (3 ml).
    2. Lägg elektroderna till en ren elektrokemisk cell och tillsätt tillräckligt monomerfri elektrolytlösning för att säkerställa att spetsarna hos alla tre elektroder är nedsänkt i lösningen.
    3. Anslut elektroderna till potentiostat. Cykla den pålagda potentialen two gånger vid en svephastighet på 50 mV / sek och en potentiell intervall mellan -1,5 V och 1,0 V.
    4. Upprepa experimentet vid 100, 200, 300, och 400 mV / sek. Anteckna nuvarande produktionen under varje experiment för att generera cykliska voltammogram.
  3. Framställning av elektropolymeriserade Films för UV-Vis-NIR-spektroskopi och fototermisk Studier
    1. Förbered polymerfilmer som beskrivs i avsnitt 2.1 ovan, den här gången med hjälp av en indiumtennoxid (ITO) -belagda glasskiva som arbetselektrod. Odla polymerfilmerna över 5 cykler vid en svephastighet av 100 mV / sek.
    2. Efter polymeravsättning, ta bort elektroderna från monomerlösningen och skölj med acetonitril (5 ml).
    3. Förvara polymerfilmen i acetonitril före spektroskopiska studier.

3. NP Framställning

Figur 2 visar en schematisk vy av den process som används för NP beredning via emulsionspolymerisation.

  1. Prepare en 1 ml lösning av 2% (vikt / volym) poly (4-styrensulfonsyra-sam-maleinsyra) (PSS-sam-MA) i vatten i en glasflaska. Lägg till en liten magnetisk omrörare till flaskan. Detta är den vattenhaltiga fasen.
  2. Bered 100 pl 16 mg / ml monomerlösning i kloroform i ett mikrocentrifugrör.
  3. Förbered den organiska lösningen genom att lösa 0,03 g dodecylbensensulfonsyra (DBSA) i 100 ul monomerlösningen. Blanda den organiska lösningen med användning av en automatisk vortexblandare för 30-60 min för att säkerställa homogenitet av lösningen.
  4. Lägg den organiska fasen till vattenfasen droppvis i 10 pl portioner under omrörning med en magnetisk omrörarstav tills hela volymen av den organiska lösningen användes. Låt omrörning under 60 sekunder mellan tillägg.
  5. Tillsätt 2 ml vatten för att späda blandningen. Ta bort omröraren från flaskan.
  6. Sonikera emulsionen med användning av en probsonikator för totalt 20 sek i 10-sek intervall vid en amplitud på 30% under nedsänkning avflaska i ett isbad.
  7. Ta bort provflaskan från isbadet, byt omrörare, och fortsätt röra om emulsionen.
  8. Lägg 3,8 pl av 100 mg / ml lösning av FeCl 3 i vatten till monomeremulsionen. Låt polymerisationen inträffa för en timme under ständig omrörning. Detta protokoll avkastningar NP polymer stabiliserad med PSS-co-MA.
  9. Ta NP avstängning från omrörarplatta och överför till 7 ml centrifugrör. Centrifugera suspensionen vid 75.600 xg under 3 min; återvinna supernatanten och kasta pelleten.
  10. Dialysera supernatanten under 24 timmar med 100 kDa molekylviktgräns (MWCO) dialysrör.

4. Polymer Films och NP Characterization

Notera: karakterisera polymerfilmerna och NP via UV-VIS-NIR-spektroskopi, och de nationella som använder dynamisk ljusspridning, zeta-potential analys och elektronmikroskopi.

  1. Bestämning av polymer absorption i UV-Vis-NIR Spektrum 29
    1. NP suspensioner: Överför suspensionen till en kvartskyvett och skaffa ett spektrum från 300 - 1000 nm vid en genomsökning intervall 5 nm.
    2. Oxiderade polymerfilmer: Överför polymerbelagda ITO glasskiva till en kvartskyvett och fyll kyvetten med vattenfri acetonitril. Tillsätt 2 droppar av en 100 mg / ml lösning av FeCl 3 i CHCI3 till acetonitrilen och blanda för att säkerställa att polymerfilmen är helt oxiderad. Skaffa ett spektrum från 300 - 1000 nm vid en genomsökning intervall 5 nm.
    3. Minskade polymerfilmer: Överför polymerbelagda ITO glasskiva till en kyvett och fyll kyvetten med vattenfri acetonitril. Tillsätt en droppe av hydrazin till vätskan och blanda för att säkerställa att polymerfilmen är helt reducerad. Skaffa ett spektrum från 300 - 1000 nm vid en genomsökning intervall 5 nm.
  2. Fastställande av NP Storlek Använda Dynamic Light Scattering (DLS) 30
    1. Sätt på DLS instrument och attatt värma upp i 15 minuter.
    2. Späd NP suspension i vatten till en koncentration av 0,01 mg / ml och plats i en engångs polystyren kyvett.
    3. Placera kyvetten i läsaren och börja mätningen.
  3. Bestämning av NP Zeta Potential 31
    1. Slå på zeta-potentialen instrumentet och låt den värmas upp under 30 minuter.
    2. Förbered provet genom att späda 200 | il av NP suspension i 800 | il 10 mM KCl-lösning.
    3. Fyll en engångs polystyren kyvett med 700 ul av provet.
    4. För in zeta-potentialen elektrodcell in i provet som säkerställer att inga bubblor är fångade mellan elektrod eller i laserljusbanan.
    5. Sätt i kyvetten i instrumentet och följ programvaruinstruktioner för att köra mätningen.
  4. Fastställande av NP Storlek användning av svepelektronmikroskopi (SEM) 32
    1. Drop-cast 10 il av NP suspensionerna på Si wafers ochlåt torka.
    2. Spotta belägga de torkade NP med 2 nm av iridium.
    3. Bild proverna vid ett arbetsavstånd på 5 mm och vid 5 kV.

5. Undersök Cytocompatibility av nationella parlamenten

Obs: Alla cell manipulationer bör utföras i en biosäkerhetsskåp (laminärt flöde huva) för att förhindra kontaminering av cellerna med bakterier, jäst eller svampar från miljön, och för att skydda användaren från potentiellt infektionssjukdomar. Alla lösningar och leveranser till med cellerna bör vara sterila. Använd lämpliga aseptiska cellodlingstekniker.

  1. Kultur de SKOV-3-ovariala cancerceller i T75-kolvar vid 37 ° C i en CO2-inkubator (5% CO2) med användning av Dulbeccos modifierade Eagles medium (DMEM) kompletterat med 10% fetalt bovinserum som odlingsmedium.
  2. Seed celler vid en celldensitet av 5000 celler / brunn i en 96-brunnars platta och inkubera under 24 h vid 37 ° C i en COa 2
  3. Omedelbart före användning, späd NP suspension i full tillväxt medium vid en koncentration av 1 mg / ml.
  4. Filtrerings NP suspension genom att passera genom ett sterilt 0,2 pm filter och späd till de önskade exponeringskoncentrationer (2-500 | ig / ml) med full tillväxtmedium kompletterat med 1% penicillin / streptomycin.
  5. Ta bort materialet från var och en av brunnarna i 96-brunnar genom att försiktigt pipettera och ersätt med 100 pl NP suspensioner vid de olika exponeringskoncentrationer, eller med 100 pl av NP-fria medier för både positiva och negativa cytocompatibility kontroller. Utnyttja 6 replikatbrunnar per betingelse.
  6. Omedelbart före nästa steg, framställning av en 0,5 mg / ml lösning av 3- (4,5-dimetyltiazol-2-yl) -2,5-difenyltetrazoliumbromid (MTT) i fenolrött-fritt DMEM. Sterilfiltrera MTT lösning genom ett sterilt 0,2 pm filter.
  7. Efter att ha låtit NP inkubera med cellerna under den önskade tidsperioden (TYpically 24 eller 48 timmar), ta bort NP suspensioner genom att försiktigt pipettera ut.
  8. Omedelbart ersätta media med följande beroende på villkoret:
    1. För den negativa cytocompatibility kontroll, tillsätt 100 | il metanol för att var och en av 6 brunnar och låt stå under minst 5 minuter. Efter metanol behandling, ersätta metanol med 100 il sterilfiltrerad 0,5 mg / ml MTT-lösning i fenolrött-fritt DMEM.
    2. För den positiva kontrollen och NP-behandlade proverna, byt mediet med 100 pl av sterilfiltrerad 0,5 mg / ml MTT-lösning i fenolrött-fritt DMEM.
  9. Inkubera cellerna i två till 4 h i inkubatorn. Efter inkubation undersöka cellerna under mikroskop för att kontrollera bildandet av formazankristaller.
  10. Försiktigt bort MTT-lösning genom pipettering och ersätta det med 100 pl dimetylsulfoxid (DMSO).
  11. Placera 96 ​​brunnar på en skakare och blanda under flera minuter för att främja upplösning av förMazan kristaller.
  12. Mät absorbansen hos varje brunn vid 590 nm (topp absorbans av formazanprodukt) och 700 nm (baslinje).
  13. Subtrahera prov absorbansen vid 700 nm (baslinje) från att vid 590 nm för varje brunn.
  14. Normalisera den korrigerade absorbansen genom att dividera den med genomsnittet av den positiva kontrollen och konvertera till procent genom att multiplicera med 100.
  15. Bestäm den genomsnittliga procent livskraft och standardavvikelsen för varje tillstånd.

6. fototermisk Transduction Studier

Anm. I detta arbete ett lasersystem som tidigare beskrivits av Pattani och Tunell används 33

  1. Fototermisk Transduktion av NP Avstängningar
    1. Späd NP i avjoniserat vatten till koncentrationen av intresse.
    2. Tillsätt 100 ni NP suspensionen till en brunn i en 96-brunnsplatta. Placera brunnar på en varm platta som hölls vid 25 ° C.
    3. Slå på strömmen till lasern och låt det to varm i flera minuter. I denna studie en fiberkopplade 808 nm laserdiod rankade upp till 1 W effekt används.
    4. Rutt laserstrålen mot provet steget via en optisk fiber. Använd en konvex lins för att divergera laserstrålen till önskad punktstorlek.
    5. Mät uteffekten med en vanlig effektmätare och anpassa sig till en effekt av 1 W / cm2.
    6. Slå på IR-kamera (InSb värmekamera (FLIR Systems SC4000)) och ställ regionen av intresse (ROI) plats att läsa temperaturen på 6 mm plats där lasern är fokuserad.
    7. Placera brunn intresse i brännpunkten för laserstrålen. Registrera baslinjen temperaturen hos provet. Sätt på lasern och bestråla brunnen kontinuerligt under 5 min medan registrera temperaturen.
    8. Efter 5 minuter, stänga av lasern och fortsätter registrera temperaturen av brunnen tills den svalnar tillbaka till utgångs baslinjen temperaturen.
      Obs: Värme och kyla varje suspension tre gånger och beräknagenomsnittliga temperaturförändring över tiden. Använd DI-vatten vid 25 ° C i stället för ett NP suspensionen som en negativ kontroll för fototermisk omvandling.
  2. Fototermisk Transduktion av Polymer Films
    1. Överför den polymerbelagda ITO-glasskiva till en varm platta som hölls vid 25 ° C.
    2. Slå på strömmen till lasern och låt den värmas i flera minuter. I denna studie en fiberkopplade 808 nm laserdiod rankade upp till 1 W effekt används.
    3. Rutt laserstrålen mot provet steget via en optisk fiber. Använd en konvex lins för att divergera laserstrålen till önskad punktstorlek.
    4. Mät uteffekten med en vanlig effektmätare och anpassa sig till en effekt av 1 W / cm2.
    5. Slå på IR-kamera (InSb värmekamera (FLIR Systems SC4000)) och ställ regionen av intresse (ROI) plats att läsa temperaturen på 6 mm plats där lasern är fokuserad.
    6. Placera filmen vid fokalpunkten för laserstrålen. Anteckna baseline temperaturen hos provet. Slå på lasern och bestråla provet kontinuerligt under 5 minuter medan du spelar in temperaturen.
    7. Efter 5 minuter, stänga av lasern och fortsätter registrera temperaturen hos provet tills den svalnar tillbaka till utgångs baslinjen temperaturen.
      Obs: Värme och kyla varje film tre gånger och beräkna den genomsnittliga temperaturförändringen över tiden. Använd en kal ITO slid vid 25 ° C som en negativ kontroll för fototermisk omvandling.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Reaktionsprotokollet vilket gav M1 och M2 är visad i fig 1. Monomererna kan kännetecknas av ett H och 13 C-NMR-spektroskopi, smältpunkt och elementaranalys. 1 H-NMR-spektrum ger information om uppkopplingen av atomer och deras elektroniska miljöer; sålunda är det rutinmässigt används för att kontrollera att reaktioner har slutförts. Negishi kopplingsreaktioner involverar koppling av fenylringen till EDOT, orsakar fenyl protontopp att skifta från 7,1 ppm till 7,8 ppm. Den tienyl protonen kommer också skifta uppåt fältet till 6,5 ppm. De fyra protoner på etylendioxibrygga kol kommer att delas upp i två uppsättningar multipletter på 4,3 ppm. Protoner på alifatiska kol kommer inte att förändras nämnvärt. Den 13 C-NMR-spektrum uppvisar toppar vid 170, 145, 140, och 113 för tienyl- kolatomer och 150, 120, och 112 för fenylen kol. Positioner för aliphatic kol kommer inte att förändras nämnvärt. Den kemiska strukturen, ett 'H NMR, och 13 C-NMR av M2 visas i Figur 3.

Electropolymerizations av M2 som ger polymeren (P2) och cyklisk voltammetri av P2 visas i fig 4 I fig 4A, till en början, det finns ingen strömsvaret.; som potentiella ökar uppkomsten av oxidation av M1 monomer (E på, m) kan ses vid + 0,25 V, med topp oxidation av monomeren (E p, m) vid + 0,61 V. Under första skanningen, den initial topp observer indikerar irreversibel monomer oxidation, vilket resulterar i P2 bildning på ytan av arbetselektroden. Under den andra avsökningen två oxidationsprocesser observeras: monomer oxidation fortfarande ses på 0,25 V, och polymer oxidation ses vid 0 V. Cyklisk voltametri i P2 (figur 4B) utfördes vid skanningssatser på mellan 50-400 mV / sek. Polymerfilmen är mörkblå i oxiderat tillstånd och rött i det neutrala tillståndet. Cykla polymeren vid en mängd olika svephastigheter avslöjar ett linjärt förhållande mellan avsökningshastigheten och toppströmmen, vilket indikerar att polymeren är elektroaktiv och vidhäftas till elektroden. 18 Polymer oxidation (Ea, s) observeras vid -0,02 V för P2, och minskning polymer (E c, p) observeras vid -0,3 V när cyklade på 100 mV / sek.

NPS syntetiserades såsom visas i fig 2 och karakteriserades med användning av UV-VIS-NIR-spektroskopi, elektronmikroskopi, och DLS. UV-VIS-NIR-spektra av oxiderade och reducerade P2 filmer, och av oxiderat P2 NP, visas i figur 5. De oxiderade polymerfilmer och NP uppvisar en topp absorbans λ max vid 1,56 eV (795 nm). När minskas hydrazin, flyttar film toppabsorbansen till en λ max 2,3 eV (540 nm). Den polymerband gap (E g) bestäms från början av den π- π * övergång i den neutrala polymeren, såsom indikeras av den svarta pilen i fig 5.

SEM-bilden P2 NP i figur 6A visar att de nationella parlamenten är sfäriska och sub-100 nm i diameter. DLS data i Figur 6B visar en Z-medelvärde av suspension att vara 104 nm i diameter med ett polydispersitetsindex (PDI) av 0,13, vilket indikerar att provet är måttligt monodispergerade. Zeta-potentialen av P2 NPS befanns vara -30,5 mV. Temperaturväxling När NP utsätts för NIR-strålning visar fototermisk omvandling. Jämfört med vattenkontroller, som genomgår mindre än en ökning 1 ° C i temperatur, NP suspensioner i vatten har möjlighet att omvandla den absorberade laserenergin till värme vilket framgår av 30 ° C ökning i temperatur hos de NP suspensioner (Figur6C). En liknande temperaturhöjning (28 ° C) observeras när polymerfilmer på ITO glas bestrålas vid 808 nm (Figur 6C).

Den cytocompatibility av polymer NP bestäms med användning av MTT cell viabilitetsanalyser. Resultat av cytocompatibility studier för PEDOT:. PSS-sam-MA NP visas i figur 7 Såsom visas inom koncentrationsområdet 0,23 till 56 | ig / ml NP, gör NPS inte minskar cellviabiliteten till mindre än 90% av kontrollen. Normalt är en minskning av cellviabilitet mindre än 20% (dvs upp till 80% viabilitet) anses godtagbart för bestämning av NP cytocompatibility.

Figur 1
Figur 1. Allmän monomer syntes börjar med prekursorn syntes. (A) Syntes av 1,4-dialkoxi-2,5-dibrombensen. (B) Syntes av 1,4-dialkoxi-2,5-dibrombensen innehållande esterenhet. (C) Cross-kopplingsreaktionen av 1,4-dialkoxi-2,5-dibromobensen med EDOT, vilket ger monomerer M1 och M2. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2
Figur 2. Polymerisation process där den organiska lösningen sättes droppvis till en vattenlösning bildande av en emulsion. Monomeren och det organiska lösningsmedlet kan variera. Oxidativ polymerisation inträffar när FeCl3 sätts till emulsionen. Efter rening av kolloidal suspension, de nationella parlamenten suspenderas i det vattenhaltiga mediet. Klicka här för att se en större version av dennafigur.

Figur 3
Figur 3. NMR-spektra av monomer M2. (A) 1 H-NMR-spektroskopi av M2 var uppdelningen av de etylendioxi protoner vid 4,32 ppm, den uppåt fältet förskjutning av tienyl protoner, och den uppåt fältet förskjutning av fenylprotoner är indikativa på en framgångsrik koppling . (B) 13 C NMR-spektroskopi av M2 visar tienyl- och fenylkol toppar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 4
Figur 4. (A) Elektro polymerisation av M2 till P2; fem cykler vid 100 mV / sek 0,01 M M2 i 0,1 M TBAP / CH3CN. (B) Cyklisk voltammetri av polymerfilmen i 0,1 M TBAP / CH3CN cyklade på 50, 100, 200, 300, och 400 mV / sek. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 5
Figur 5. UV-Vis-NIR-spektra av P2 både som en film och som en suspension av NPS. Spektrumet av den oxiderade filmen visas i blått, är spektrumet av den reducerade filmen visas i rött, och det spektrum av den oxiderade NP suspension visas i grönt. Den svarta pilen motsvarar tangentlinjen som används för bestämning av polymer bandgap. Peak absorptionsvåglängder för polymerer är tillhandahålls. Klicka här för att se en större version av dennafigur.

Figur 6
Figur 6. (A) SEM-bild som visar morfologi och storlek P2 NPS. (B) Storlek distribution av P2: PSS-co-MA NP fjädring där Z-medelvärdet är 104 nm och PDI är 0,13. (C) Temperatur ändring av en P2:. PSS-co-MA NP suspension på 1 mg / ml (blå) och film (grön) vid bestrålning med NIR ljus för 300 sek, följt av passiv kylning efter avslutad laserbestrålning Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 7
Figur 7. Cytocompatibility av PEDOT: PSS-sam-MA NP suspensioner som bestäms av MTT-analysen Viability är.visas för celler exponerade för varierande koncentrationer av NP som den genomsnittliga procentuella förhållande till den för celler inkuberade med NP fritt medium (positiv kontroll). Negativ kontroll består av celler dödade genom exponering till metanol före MTT-analysen. Felstaplar representerar standardavvikelsen mellan replikat (n = 6). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I detta arbete har elektroaktiva polymer NP syntetiserats som potentiella PTT medel för cancerbehandling. Framställningen av de nationella parlamenten beskrivs börjar med syntesen av monomerer följt av emulsionspolymerisation. Medan framställningen av NP som använder elektroaktiva polymerer såsom EDOT och pyrrol har beskrivits tidigare, beskriver detta dokument framställningen av polymera NP börjar med unika förlängda konjugeringstekniker monomerer, vilket visar att denna process kan utvidgas till större komplexa monomerer.

Två olika vägar är nödvändiga för att syntetisera dialkoxybenzene monomererna. Medan 1,4-dihexyloxybenzene kan syntetiseras med användning av KOH / EtOH, är detta tillvägagångssätt misslyckades i syntesen av 1,4-bis (etyl butanoyloxi) bensen, troligtvis på grund av bas-främjade esterhydrolys. När en KI / K 2 CO 3 blandning används, används hydrolys undviks och produkten framgångsrikt erhållit. Bromering av both dialkoxybenzenes åstadkommes med användning av Br 2. Det är nödvändigt att genomföra detta experiment under flytande argon att förskjuta HBr bildas under reaktionen. Gasutloppet ska ventilera över en neutraliserande NaOH lösning för att förhindra HBr korroderar huva fixturer; notera att HBr kan orsaka plaströr att hårdna med tiden.

BEDOT-B (OR) 2 monomerer M1 och M2 syntetiserades med användning av Negishi koppling. Detta är en effektiv metod för kol-kol-koppling av EDOT med 1,4-dialkoxi-2,5-dibromobenzenes för erhållande BEDOT-B (OR) 2 monomerer. Det är viktigt att kyla den EDOT till -78 ° C före tillsats av nBuLi, för att minimera oönskade sidoreaktioner. När all 1,4-dialkoxi-2,5-dibrombensen utarmas från reaktionsblandningen (bestämd med användning av TLC, vilket normalt tar 3-5 dagar), är reaktionen fullbordad. Reaktionen är extremt luftkänsligt, och varje exponering för luft kommer att påverka utbytet av reaktionen. Så när introducing fasta föreningar (såsom katalysatorn) i den förseglad kolv, bör luftexponering minimeras genom ökning argonflöde.

Elektroaktiva monomerer och polymerer rutinmässigt karakteriseras med användning av cyklisk voltametri för att bestämma monomer- och polymer oxidationspotentialer och reduktionspolymer potentialer, och filmer framställda via elektrokemisk polymerisation används för att bestämma polymer absorption i UV-VIS-NIR-spektrum i både de oxiderade och reducerade tillstånd. I detta arbete har polymerfilmer avsattes på både en platina knapp och ITO belagt glas med elektropolymerisation. Några av fördelarna med elektropolymerisation är reproducerbarhet och möjlighet att styra filmtjockleken genom att övervaka strömmen hos den polymeriserade filmen och stoppa elektropolymerisationen när ett specifikt svar uppnås 34 Elektrokemiska experiment måste genomföras under en inert atmosfär såsom argon.; argonflödet bör vara så långsam att inte störa lösningens yta för att säkerställa en diffusions-kontrollerad process. Alternativt kan de elektrokemiska experimenten utföras i en inert atmosfär torrbox försedd med elektrogenomföringar. Det är viktigt att ingen av de tre elektroderna vidröra varandra under elektropolymerisationen. Före polymer cykliska voltammetri studier, måste de avsatta polymerfilmer tvättas med monomer-fri elektrolyt lösning för att avlägsna eventuell oreagerad monomer från filmerna. För alla elektrokemiska studier potentialområde som behövs kommer att bero på strukturen hos monomer / polymer; så detta intervall kan variera med alternativa monomerer och polymerer. Beroende på strukturen av de alkoxisubstituenter, det lösningsmedel som används för att framställa de monomer-elektrolytlösningar kan också lösa polymeren. I så fall kommer polymeravsättning på elektroden under elektropolymerisationen vara långsam eller obefintlig, och lösningsmedlet som används för polymerisation måste ändras.

e_content "> Emulsionspolymerisation för framställning av nationella parlamenten består av elektroaktiva polymerer är en effektiv metod som ger NPS med en enhetlig morfologi I detta arbete, emulsionspolymerisation processen använder samma oxidativa polymerisationsmekanism utnyttjas under elektro polymerisation;. den stora skillnaden är att en kemisk oxidant (ferriklorid) används i stället för en pålagd elektrokemisk potential. Denna emulsion polymerisation, därför, producerar NP identiska i kemisk sammansättning till filmerna framställda via elektrokemisk polymerisation. Medan elektrokemisk polymerisation tillhandahåller ett enkelt medel för att karaktärisera redox egenskaperna hos monomerer och polymerer, är emulsionspolymerisation ett snabbt, billigt och reproducerbart förfarande som är lätt skalbara och kan potentiellt användas med ett antal olika elektroaktiva polymerer. Emulsionspolymerisation möjliggör även framställningen av NP från polymerer som har låg löslighet i organiskaoch vattenlösningar som inte kunde emulgeras effektivt från det polymera tillståndet. I våra emulsionspolymerisationer, den organiska fasen omfattade av monomer, organiskt lösningsmedel (hexan), och dodecylbensensulfonsyra (ytaktivt medel). Den vattenhaltiga fasen består av vatten, ferriklorid (oxidationsmedel) och PSS-sam-MA (ytaktivt medel). Emulsionen polymerisationsförfarandet föregås av ett sonikeringssteg för att säkerställa den organiska fasen väl dispergerat i den vattenhaltiga fasen. Under sonikering, är det nödvändigt att sänka ned emulsionen i ett isbad för att förhindra bulk upphettning. De ytaktiva PSS-sam-MA och DBSA möjliggöra dispersion av det syntetiserade NP i vattenhaltiga lösningar genom interpartikelelektrostatiska repulsiva krafter. Dessa ytaktiva fungerar också som ytterligare laddningsbalanserande dopämnen och har visats producera sfäriska NP geometri 24 De polymera NPS förblir i det oxiderade tillståndet, (vilket framgår av den topp-absorptionen vid 795 nm, Figur 4)., Som är kritikernal för biomedicinska tillämpningar där absorption i NIR-området är nödvändigt. 24

Zeta potential analys vanligen utförs för att bedöma stabiliteten i NP suspensioner. Zeta är den potential vid gränsen mellan Stern lager där joner är starkt förknippade med NP ytan, och det diffusa skiktet där joner inte längre interagera med NP ytan. 31 Zeta potentiella mätningar är beroende av förflyttning av laddade NP när en elektrisk fält appliceras på suspensionen. Specifikt negativt laddade NP attraheras mot den positiva elektroden, och vice versa. Kolloidala suspensioner kan stabiliseras via elektro repulsioner. Specifikt suspensioner vara stabil när deras zetapotentialen är större än +/- 30 mV. I våra NP formuleringar, närvaron av sulfonat och karboxylatgrupper från DBSA och PSS-sam-MA ger en negativ ytladdning på NPS.

Rening av the NPS är ett avgörande steg för att avlägsna eventuellt överskott av ytaktivt ämne och eventuellt oreagerat utgångsmaterial före in vitro studier cell. Ineffektiv borttagning tensid kan leda till betydande celldöd. Som för alla andra i cell vitro, är det viktigt att arbeta i en huv med laminärt flöde och att arbeta under sterila betingelser. NP bör också steriliseras före användning genom att passera suspensionen genom ett sterilt 0,2 pm filter. Det är också viktigt att kontrollera koncentrationen av NP suspensioner efter steril filtrering. För detta ändamål kan en fraktion av den filtrerade NP suspension av känd volym frystorkas för erhållande av den torra massan. Cellviabiliteten MTT används vanligen för att studera effekten av biomaterial, inklusive NP, på odlade celler. Denna enkla analys kan anpassas till utredningen av cytocompatibility av NP suspensioner med någon däggdjurscellinje. MTT kolorimetriska analysen är baserad på omvandlingen av ett gult tetrazoliumfärgämne i purpur, INSOLls ö formazankristaller som sedan kan upplösta i DMSO eller sura alkohollösningar. 35,36 Vid utförande in vitro cellanalyser såsom cell viabilitetsanalys MTT i flerbrunnsplattor, är kritisk konsekvens i cellsådd och manipulation för att uppnå minimala skillnader mellan replikera prover. Före och under försöket, bör de sådda cellerna undersöks under ett mikroskop för att säkerställa en konsekvent sådd och tillväxt, samt för att utesluta kontaminering. Slutligen kan mikroskopi också utnyttjas för att bekräfta fullständig upplösning av formazankristaller efter tillsats av DMSO.

Fototermisk studier genomfördes med hjälp av en kontinuerlig laser vid 808 nm. Användningen av kontinuerliga kontra pulsad laser kan värma material på olika sätt. Tidigare studier har jämfört fototermisk omvandling och fototermisk ablation med guldnanostrukturer som PTT agenter, behövs 37 men mer forskning för att undersöka fototermisk konvertering från polymerisationc NP som de som beskrivs häri. I detta arbete har lasern avvikit i en konvex lins och fokuseras på en 6 mm punktstorlek. Det är viktigt att vara noga med att inte störa det optiska systemet när du kör experiment för att förhindra oavsiktliga ändringar i fokalplanet som skulle kunna orsaka skillnader i fototermiska konvertering resultat. En värmeplatta användes för att värma och upprätthålla en konstant baslinje temperatur under studien.

Sammanfattningsvis är ett protokoll för NP framställning av elektroaktiva polymerer suspenderade i vattenhaltigt medium som beskrivits. Negishi koppling är en effektiv metod för koppling av 1,4-dialkoxi-2,5-dibromobenzenes med 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT). Elektropolymerisation av monomererna är detaljerad i detta protokoll. Detta visar sig vara ett effektivt sätt att snabbt producera polymerfilmer och studera deras elektroniska egenskaper. De polymerfilmer kännetecknas vidare med användning av UV-VIS-NIR-spektroskopi för att bestämma bandgap av de neutrala polymererna. Electrochemical emulsionspolymerisationstekniker avkastningar under 100 nm NP med enhetliga sfäriska morfologier. Förutom fototermiska ablationsbehandling dessa nationella parlamenten har många potentiella tillämpningar inom elektro enheter, inklusive energilagring och sensorer. De termiska och cytocompatibility studier som utförts visar att dessa nationella parlamenten skulle kunna vara potentiella kandidater i biomedicinska tillämpningar som fototermiska medel.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Detta arbete har finansierats delvis av Texas Emerging Technology Fund (start till TB), Texas State University Research Enhancement Program, Texas State University Doctoral Research Fellowship (TC), NSF partnerskap för forskning och utbildning inom material (PREM, DMR-1205670), Welch Foundation (AI-0045) och National Institutes of Health (R01CA032132).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2 mm diameter platinum working electrode CH Instruments CH102 Polished using very fine sandpaper
3,4-ethylenedioxythiophene Sigma-Aldrich 483028 Purified by vacuum distillation
3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromide (MTT) 98% Alfa Aesar L11939
505 Sonic Dismembrator Fisher Scientific™  FB505110 1/8“ tip and rated at 500 watts
808 nm laser diode ThorLabs L808P1WJ Rated at 1 W
Acetonitrile anhydrous 99% Acros 61022-0010
Avanti J-26 XPI Beckman Coulter 393127
Bromohexane 98% MP Biomedicals 202323
Dialysis (100,000) MWCO SpectrumLabs G235071
Dimethyl sulfoxide 99% (DMSO) BDH BDH1115
Dimethylformamide anhydrous (DMF) 99% Acros 326870010
Dodecyl benzenesulfonate (DBSA)  TCI D0989
Dulbecco’s modified eagle medium (DMEM)  Corning 10-013 CV
EMS 150 TES sputter coater Electron Microscopy Sciences
Ethanol (EtOH) 100% BDH BDH1156
ethyl 4-bromobutyrate (98%) Acros 173551000
Ethyl acetate 99% Fisher UN1173
Fetal bovine serum (FBS) Corning 35-010-CV
Helios NanoLab 400 FEI
Hexane Fisher H306-4
Hydrochloric acid (HCl) Fisher A142-212
Hydroquinone 99.5% Acros 120915000
Hydrozine anhydrous 98% Sigma-Aldrich 215155
Indium tin oxide (ITO) coated galss Delta Technologies CG-41IN-CUV 4-8 Ω/sq
Iron chloride 97% FeCl3 Sigma-Aldrich 157740
Magnesium sulfate (MgSO4) Fisher 593295 Dried at 100 °C
SKOV-3 ATCC HTB-26
Methanol BDH BHD1135
n-Butlithium (2.5 M)  Sigma-Aldrich 230707 Pyrophoric
Poly(styrenesulfonate-co-malic acid) (PSS-co-MA) 20,000 MW Sigma-Aldrich 434566
Potassium carbonate Sigma-Aldrich 209619 Dried at 100 °C
Potassium hydroxide Alfa Aesar A18854
Potassium iodide Fisher P410-100
RO-5 stirplate IKA-Werke
SC4000 IR camera FLIR
Synergy H4 Hybrid Reader Biotek
Tetrabutylammonium perchlorate (TBAP) 99% Sigma-Aldrich 3579274 Purified by recrystallization in ethyl acetate
Tetrahydrofuran anhydrous (THF) 99% Sigma-Aldrich 401757
tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0) Sigma-Aldrich 216666 Moisture sensitive
Thermomixer Eppendorf
USB potentiostat/galvanostat WaveNow AFTP1
Zetasizer Nano Zs Malvern Optical Arrangment 175°
Zinc chloride (1 M) ZnCl2 Acros 370057000

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Irvin, J., Irvin, D., Stenger-Smith, J. Electrically active polymers for use in batteries and supercapacitors. Handbook of Conducting Polymers. , (2007).
  2. Amb, C. M., Dyer, A. L., Reynolds, J. R. Navigating the color palette of solution-processable electrochromic polymers. Chemistry of Materials. 23 (3), 397-415 (2011).
  3. Beaujuge, P. M., Reynolds, J. R. Color control in pi-conjugated organic polymers for use in electrochromic devices. Chemical Reviews. 110 (1), 268-320 (2010).
  4. Ananthakrishnan, N., Padmanaban, G., Ramakrishnan, S., Reynolds, J. R. Tuning polymer light-emitting device emission colors in ternary blends composed of conjugated and nonconjugated polymers. Macromolecules. 38 (18), 7660-7669 (2005).
  5. Zhu, Y., Otley, M. T., et al. Neutral color tuning of polymer electrochromic devices using an organic dye. Chemical Communications, Cambridge, England. 50 (60), 8167-8170 (2014).
  6. Kline, W. M., Lorenzini, R. G., Sotzing, G. A. A review of organic electrochromic fabric devices. Coloration Technology. 130 (2), 73-80 (2014).
  7. Gerard, M., Chaubey, A., Malhotra, B. D. Application of conducting polymer to biosensors. Biosensors & Bioeletronics. 17, 345-359 (2002).
  8. Abidian, M. R., Kim, D. -H., Martin, D. C. Conducting-polymer nanotubes for controlled drug release. Advanced materials. 18 (4), 405-409 (2006).
  9. Ge, D., Qi, R., et al. A self-powered and thermally-responsive drug delivery system based on conducting polymers. Electrochemistry Communications. 12 (8), 1087-1090 (2010).
  10. George, P. M., LaVan, D. A., Burdick, J. A., Chen, C. -Y., Liang, E., Langer, R. Electrically controlled drug delivery from biotin-doped conductive polypyrrole. Advanced Materials. 18 (5), 577-581 (2006).
  11. Li, Y., Neoh, K. G., Kang, E. T. Controlled release of heparin from polypyrrole-poly(vinyl alcohol) assembly by electrical stimulation. Journal of biomedical materials research. Part A. 73 (2), 171-181 (2005).
  12. Svirskis, D., Travas-Sejdic, J., Rodgers, A., Garg, S. Electrochemically controlled drug delivery based on intrinsically conducting polymers. Journal of controlled release: official journal of the Controlled Release Society. 146 (1), 6-15 (2010).
  13. Cheng, L., Yang, K., Chen, Q., Liu, Z. Organic stealth nanoparticles for highly effective in vivo near-infrared photothermal therapy of cancer. ACS Nano. 6 (6), 5605-5613 (2012).
  14. Chougule, M. A. Synthesis and characterization of polypyrrole (PPy) thin films. Soft Nanoscience Letters. 01 (01), 6-10 (2011).
  15. Yang, K., Xu, H., Cheng, L., Sun, C., Wang, J., Liu, Z. In vitro and in vivo near-infrared photothermal therapy of cancer using polypyrrole organic nanoparticles. Advanced materials. 24 (41), 5586-5592 (2012).
  16. Diniz, S. N., Sosnik, A., Mu, H., Valduga, C. J. Nanobiotechnology. BioMed research international. 2013, (2013).
  17. Weissleder, R. A Clearer Vision for in vivo Imaging. Nature Biotechnology. , (2001).
  18. Irvin, J., Reynolds, J. Low-oxidation-potential conducting polymer: alternating substituted para-phenylene and 3,4-ethylenedioxythiophene repeat units. Polymer. 39 (11), 2339-2347 (1998).
  19. Yang, Y., Oldenhius, N., Buchwald, S. Mild and general condition for Negishi cross-coupling enabled by the use of palladacycle percatalysts. Angew Chem. 29 (6), 997-1003 (2012).
  20. Negishi, E., Hu, Q., Huang, Z., Qian, M., Wang, G. The Negishi Coupling: an update: Enantiopure sulfoxides and sulfinamides. New products from Aldrich R & D. Aldrichchimica Acta. 38 (3), (2005).
  21. Bilati, U., Allémann, E., Doelker, E. Development of a nanoprecipitation method intended for the entrapment of hydrophilic drugs into nanoparticles. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 24 (1), 67-75 (2005).
  22. Nagavarma, B. V. N., Yadav, H. K. S., Ayaz, A., Vasudha, L. S., Shivakumar, H. G. Different techniques for preparation of polymeric nanopaticles-A review. Asian Journal of Pharaceutical and Clinical Research. 5 (3), 16-23 (2012).
  23. Vaitkuviene, A., Kaseta, V., et al. Evaluation of cytotoxicity of polypyrrole nanoparticles synthesized by oxidative polymerization. Journal of Hazardous Materials. 250-251, 167-174 (2013).
  24. Han, Y. K., Yih, J. N., et al. Facile synthesis of aqueous-dispersible nano-PEDOT:PSS-co-MA core/shell colloids through spray emulsion polymerization. Macromolecular Chemistry and Physics. 212 (4), 361-366 (2011).
  25. Winkel, K. L., Carberry, J. R., Irvin, J. A. Synthesis and electropolymerization of 3,5-bis-(3,4-ethylenedioxythien-2-yl)-4,4-dimethyl isopyrazole: A donor-acceptor-donor monomer. Journal of the Electrochemical Society. 160 (8), G111-G116 (2013).
  26. Hoye, T., Eklov, B., Voloshin, M. No-D NMR spectroscopy as a convenient method for titering. Organic Letters. 6 (15), 2567-2570 (2004).
  27. Umezawa, K., Oshima, T., Yoshizawa-Fujita, M., Takeoka, Y., Rikukawa, M. Synthesis of hydrophilic-hydrophobic block copolymer ionomers based on polyphenylenes. ACS Macro Letters. 1 (8), 969-972 (2012).
  28. Tao, Z., Fan, H., Zhou, J., Jin, Q. Conjugated polyelectrolyte with pendant caboxylate groups: synthesis, photophysics, and pH responses in the presence of surfactants. Journal of Polymer Science Part A-Polymer Chemistry. 46 (3), 830-843 (2008).
  29. Winkel, K. L., Carberry, J. R., et al. Donor-acceptor-donor polymers utilizing pyrimidine-based acceptors. Reactive & Functional Polymers. 83, 113-122 (2014).
  30. Kròl, E., Scheffers, D. -J. FtsZ polymerization assays: simple protocols and considerations. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (81), e50844 (2013).
  31. Zolnik, B., Potter, T. M., Stern, S. T. Zeta potential measurement. Methods in Molecular Biology. 697, 173-179 (2011).
  32. Nogi, K., Naito, M., Yokoyama, T. Nanoparticle technology handbook. , Elsevier. (2012).
  33. Pattani, V. P., Tunnell, J. W. Nanoparticle-mediated photothermal therapy: A comparative study of heating for different particle types. Lasers in Surgery and Medicine. 44 (8), 675-684 (2012).
  34. Subianto, S., Will, G. D., Kokot, S. Templated electropolymerization of pyrrole in a capillary. Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry. 41 (12), 1867-1869 (2003).
  35. Sgouras, D., Duncan, R. Methods for the evaluation of biocompatibility of soluble synthetic polymers which have potential for biomedical use: use of the tetrazolium-based colorimetric assay (MTT) as a preliminary screen for evaluation of in vitro cytotoxicity. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 1 (2), 61-68 (1990).
  36. Ahmadian, S., Barar, J., Saei, A. A., Fakhree, M. A. A., Omidi, Y. Cellular toxicity of nanogenomedicine in MCF-7 cell line: MTT assay. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (26), (2009).
  37. Huang, X., Kang, B., et al. Comparative study of photothermolysis of cancer cells with nuclear-targeted or cytoplasm-targeted gold nanospheres: continuous wave or pulsed lasers. Journal of Biomedical Optics. 15 (5), 058002 (2015).

Tags

Engineering elektroaktiva polymerer ledande polymerer Negishi koppling elektrokemi nanopartiklar emulsionspolymerisation fototermisk terapi
Elektroaktiv polymer Nanopartiklar som uppvisar fototermisk Egenskaper
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Cantu, T., Rodier, B., Iszard, Z.,… More

Cantu, T., Rodier, B., Iszard, Z., Kilian, A., Pattani, V., Walsh, K., Weber, K., Tunnell, J., Betancourt, T., Irvin, J. Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties. J. Vis. Exp. (107), e53631, doi:10.3791/53631 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter