Synthese von monodispersen zylindrischen Nanopartikeln durch kristallisationsgesteuerte Selbstmontage von biologisch abbaubaren Blockcopolymeren

Zusammenfassung

Die kristallisationsgesteuerte Selbstmontage (CDSA) zeigt die einzigartige Fähigkeit, zylindrische Nanostrukturen aus schmalen Längenverteilungen herzustellen. Gezeigt werden die organokatalyzierte ringöffnende Polymerisation von '-Caprolacton und die anschließenden Kettenverlängerungen von Methylmethacrylat und N,N-Dimethylacrylamid. Ein lebendiges CDSA-Protokoll, das monodisperse Zylinder bis zu einer Länge von 500 nm erzeugt, wird skizziert.

Zusammenfassung

Die Herstellung von monodispersen zylindrischen Mizellen stellt eine große Herausforderung in der Polymerchemie dar. Die meisten zylindrischen Konstrukte, die aus Diblock-Copolymeren gebildet werden, werden durch eine von drei Techniken hergestellt: Dünnschichtrehydratation, Lösungsmittelwechsel oder polymerisationsinduzierte Selbstmontage und produzieren nur flexible, polydisperse Zylinder. Crystallization-driven Self-Assembly (CDSA) ist eine Methode, die Zylinder mit diesen Eigenschaften erzeugen kann, indem Strukturen einer niedrigeren Krümmung durch die Bildung eines kristallinen Kerns stabilisiert werden. Die lebenden Polymerisationstechniken, mit denen die meisten Kernbildungsblöcke gebildet werden, sind jedoch keine trivialen Prozesse, und der CDSA-Prozess kann bei falscher Durchführung zu unbefriedigenden Ergebnissen führen. Hierwird wird die Synthese von zylindrischen Nanopartikeln aus einfachen Reagenzien gezeigt. Beschrieben wird die Trocknung und Reinigung von Reagenzien vor einer ringöffnenden Polymerisation von mit Diphenylphosphat katalysiertem Caprolacton. Dieses Polymer wird dann durch Methylmethacrylat (MMA) und gefolgt von N,N-Dimethylacrylamid(DMA) mit reversibler Addition-Fragmentierungs-Chain-Transfer(RAFT)-Polymerisation verlängert, was ein Triblock-Copolymer ermöglicht, das CDSA in Ethanol. Der lebende CDSA-Prozess wird skizziert, dessen Ergebnisse zylindrische Nanopartikel bis zu 500 nm Länge und eine Längendispergität von nur 1,05 ergeben. Es wird erwartet, dass diese Protokolle es anderen ermöglichen werden, zylindrische Nanostrukturen zu erzeugen und das CDSA-Feld in Zukunft zu erhöhen.

Einleitung

Eindimensionale (1D) Nanostrukturen wie Zylinder, Fasern und Rohre haben in einer Vielzahl von Bereichen zunehmend Aufmerksamkeit erregt. Unter diesen ist ihre Popularität in der Polymerwissenschaft auf ihre reiche Vielfalt an Eigenschaften zu verdanken. Zum Beispiel zeigten Geng et al., dass Filomizellen eine zehnfache Erhöhung der Verweilzeit im Blutkreislauf eines Nagetiermodells im Vergleich zuihren sphärischen Gegenstücken aufweisen, und Won et al. zeigten, dass Polybutadien- b-Poly(Ethylenoxid) Faser Dispersionen zeigen eine Erhöhung des Speichermoduls um zwei Größenordnungen bei Vernetzung des Kerns bei rheologischen Messungen¹<....

Protokoll

1. Trocknen von Toluin

HINWEIS: Wenn Sie Zugang zu trockenen Lösungsmitteltürmen haben, sammeln Sie Toluin und Degas durch fünf Gefrierpumpen-Tau-Zyklen.

1. Trocknen Sie 3 - Molekularsiebe in einem 250 ml SchlenkKolben bei 250-300 °C unter Vakuum für 48 h und in einen Handschuhkasten übertragen.
2. Zwei Ampullen im Ofen bei 150 °C über Nacht trocknen und in den Handschuhkasten geben.
3. Die aktivierten Molekularsiebe in die beiden Ampullen übertragen und aus dem Handschuhkasten entfernen.
4. Trocknen Sie einen Zwei-Hals-Rundbodenkolben (RBF) und fügen Sie 100 ml Toluin hinzu, dessen Volumen höchstens der Hälfte d....

Ergebnisse

PCL wurde mit ¹H NMR-Spektroskopie und Gelpermeationschromatographie (GPC) analysiert. Das ¹H NMR-Spektrum ergab einen Polymerisationsgrad (DP) von 50, verglichen mit Resonanzen bei 3,36 ppm bzw. 4,08 ppm, die der Endgruppe Ethylprotonen bzw. den in-chain ester -protons entsprechen (Abbildung1b). Dies lieferte eine Validierung der von GPC ermittelten Molekulargewichtswerte, wobei ein einzelner Peak mit einem Dispergitätswert von 1,07 mit.......

Diskussion

Die Synthese und das lebende CDSA des Triblock-Copolymers PCL₅₀-PMMA₁₀-PDMA₂₀₀ wurde skizziert. Obwohl strenge Bedingungen erforderlich sind, gab die ringöffnende Polymerisation von '-Caprolacton Polymeren mit hervorragenden Eigenschaften, die die erfolgreichen Kettenverlängerungen von MMA und DMA ermöglichten. Diese Polymere waren erfolgreich in ihrer Selbstaussaat und erhielten eine reine Phase zylindrischer Mizellen, die zu Samenpartikeln von L_N 98 nm beschallt wurd.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
2,2'-Azobisisobutyrnitril	Sigma Aldrich
250 mL Ampulle
250 mL zwei Hals RBF
Ampulle (25 mL)
B19 Hahn
B24 Stopfen
Basic Aluminiumoxid	Fluka
Buchner Kolben
Buchner Trichter
Cacliumhydrid
Kanülen
Caprolacton	Arcos Organics
Chain Transfer Agent	Made in House
Konischer Kolben (mehrere Größen)
Exsikkator
Diethylether	Merck
Dioxan	Fisher
Diphenylphosphat	Sigma Aldrich
Destillation Kondensator
Ethanol	Fisher
Filterpapier (mehrere Größen)
Gel Permeations-Chrmoatographie-Instrument	Agilent Technologies Infinity 1260 II		mit DMF bei 50 &°; C
Glovebox	Mbraun, Unilab
Heizplatte	IKA, RCT basic
Quecksilberthermometer
Methylmethacrylat	Sigma Aldrich
Molecular seives	Fisher	MS/1030/53
N,N-Dimethylacrylamid	Sigma Aldrich
NMR Spektrometer	Bruker 400 MHz
Phosphorpentoxid	Sigma Aldrich
RBF (mehrere Größen)
Schlenk Cap (B24)
Schlenk Flask (250 mL)
Schlenk Line
Sonication Probe	Bandelin Sonoplus
Suba Seal (mehrere Größen)
TEM-Gitter	EmResolutions, Formvar/Carbon Film 300 Mesh Kupfer
THF	Merck
Dreihalsadapter
Toluol	Fisher
Transmission Elektronenmikroskop	Jeol 2100