Einfache Synthese von wurmartigen Mizellen durch sichtbares Licht Mediated Dispersion Polymerisation mit Photoredox Katalysator

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, die einfache Synthese von wurmartigen Mizellen mittels sichtbarer Licht-vermittelter Polymerisation zu demonstrieren. Bei diesem Verfahren werden polymeratisierte Nanopartikel hergestellt, die für eine Reihe von Anwendungen, wie z. B. die Nanomedizin, verwendet werden können. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens ist die Herstellung von wurmartigen Nanopartikeln im zweistufigen Verfahren. Die Implikation dieser Technik erstreckt sich auch auf den Bereich der Wirkstoffverabreichung, da in einer Reihe von Studien gezeigt wurde, dass mit Medikamenten beladene wurmähnliche Nanopartikel eine erhöhte zelluläre Aufnahme bewirken.

Um dieses Verfahren zu beginnen, werden die entsprechenden Reagenzien, wie im Textprotokoll angegeben, ein magnetischer Rührstab und 50 Milliliter Acetonnitril in einen 100-Milliliter-Rundkolben gegeben. Verschließen Sie den Kolben mit einem Gummiseptum in geeigneter Größe und Stahldraht. Kühlen Sie dann den Kolben in einem Eiswasserbad auf weniger als vier Grad Celsius ab.

Anschließend wird der Kolben dreißig Minuten lang sauerstoffentleert, indem Stickstoff durch eine 21-Gauge-Nadel direkt in das Reaktionsgemisch sprudelt, wobei eine zweite 21-Gauge-Nadel als Entlüftung dient. Legen Sie den Kolben fünfeinhalb Stunden lang in ein Ölbad bei 70 Grad Celsius. Sobald die Reaktion abgeschlossen ist, wird die Polymerisation abgeschreckt, indem der Kolben direkt in ein Eiswasserbad getaucht und der Inhalt an der Luft ausgesetzt wird.

Anschließend wird das Acetonnitril durch Rühren unter einem kontinuierlichen Druckluftstrom entfernt. Lösen Sie dann das Rohgemisch in etwa 40 Millilitern Tetrahydrofuran oder THF wieder auf. Nun gib den Inhalt des Kolbens tropfenweise auf 400 Milliliter eines schnell gerührten Gemisches aus Petroleumbenzin und Diethylether und rühre so lange, bis der Überstand nicht mehr trüb ist.

Sobald die Fällung abgeschlossen ist, dekantieren Sie den Überstand und lösen den Polymerrückstand in etwa 40 Millilitern THF wieder auf. Wiederholen Sie den Fällungsvorgang mindestens zwei weitere Male, um eine vollständige Entfernung des Restmonomers zu gewährleisten. Entfernen Sie dann das überschüssige Lösungsmittel aus dem gereinigten Homopolymer durch Rühren unter einem kontinuierlichen Druckluftstrom und trocknen Sie anschließend vier Stunden lang in einem Vakuumofen.

Bestimmen Sie an dieser Stelle das zahlenmäßige durchschnittliche Molekulargewicht des Homopolymers durch Kernspinresonanzspektroskopie unter Verwendung einer zuvor beschriebenen Methode. Berechnen Sie mit Hilfe der Gelpermeationschromatographie die Dispersion des Polymers. Wenn das Molekulargewicht Ihres synthetisierten Homopolymers von dem hier vorgestellten Molekulargewicht von 9000 abweicht, kann es im nächsten Schritt immer noch möglich sein, ein Wurmgel zu erhalten.

Die Reaktionszeit variiert jedoch. Bereiten Sie zu diesem Zeitpunkt eine Stammlösung von einem Milligramm pro Milliliter des auf Ruthenium basierenden Photoredux-Katalysators in Ethanol vor. Lagern Sie die Stammlösung im Kühlschrank, um die Verdunstung des Lösungsmittels zu minimieren.

Stecken Sie als Nächstes eine Pasteurpipette mit einem kleinen Bündel Watte und verwenden Sie eine zweite Pipette, um sie fest zu verpacken. Gießen Sie basisches Aluminiumoxid in die Pipette, um eine Höhe von etwa fünf Zentimetern zu erhalten. Entfernen Sie dann den Monomethylether-Hydrochinon-Inhibitor in BzMA, indem Sie etwa drei Milliliter durch die Pipette führen und das enthemmte BzMA auffangen.

Fügen Sie das enthemmte BzMA, das Homopolymer, die Ruthenium-Katalysator-Stammlösung, Acetonnitril, Ethanol und magnetischen Rührstab zu einer vier Milliliter Glasvie hinzu. Führen Sie dann das Desoxygenierungsverfahren wie zuvor beschrieben durch. Anschließend den Vie in ein 2000 Milliliter Glasbecherglas geben, das mit blauen LED-Streifen ausgekleidet ist, und bei Raumtemperatur unter magnetischem Rühren bestrahlen.

Nach zwanzig Stunden ist die Reaktion routinemäßig zu überwachen und aus dem Reaktor zu entfernen, wenn die hochviskose Lösung ein freistehendes Gel bildet, wenn die Wucht invertiert wird. Wenn Ihr Reaktoraufbau also anders ist als der hier vorgestellte, wird immer noch eine Gelierung beobachtet, die auf die Bildung wurmartiger Mizellen hinweist, jedoch zu einer anderen Reaktionszeit. Und das hängt wirklich von der Polymerisationsrate Ihres Reaktors ab.

Nachdem Sie das Gift aus dem Reaktor entfernt haben, löschen Sie die Polymerisation, indem Sie das Nanopartikelgel einige Minuten lang an der Luft aussetzen. Lagern Sie das geschlossene Fläschchen aufrecht im Dunkeln. Für die TEM-Bildgebung geben Sie etwa 40 Milligramm des rohen Nanopartikelgels in ein Vier-Milliliter-Glasfläschchen.

Rühren Sie das Nanopartikel-Gel kontinuierlich mit einem Vortex-Mischer und fügen Sie über einen Zeitraum von mindestens fünf Minuten tropfenweise vier Milliliter Ethanol hinzu. Entfernen Sie alle makroskopischen Aggregate aus der verdünnten Nanopartikelprobe, indem Sie durch Glaswolle filtrieren. Führen Sie abschließend eine TEM-Bildgebung der verdünnten Nanopartikelprobe gemäß einem zuvor beschriebenen Verfahren durch.

In dieser Studie wird ein zweistufiges Polymerisationsprotokoll für die Synthese wurmartiger Mizellen unter Verwendung eines PISA-Ansatzes verwendet. Während der Polymerisation trübt sich das zunächst durchsichtige Reaktionsgemisch entsprechend der Dispersionspolymerisation und geht schließlich in einen hochviskosen gelartigen Zustand über, was auf die Bildung wurmartiger Mizellen hinweist. Hinweise auf eine lebende Polymerisation zeigen sich bei geringen Polymerdispersitäten und einer guten Korrelation zwischen dem Molekulargewicht und der Momomer-Umwandlung.

Darüber hinaus deuten die Spuren der Gelpermeationschromatographie auf eine überwiegend unimodale Verteilung mit unterschiedlicher Umwandlung hin, obwohl in diesem System ein gewisser hoher molekularer Terminus und ein niedrigmolekulares Tailing beobachtet werden. Die Bildung der wurmartigen Mizellenmorphologie ist auch unter verschiedenen Reaktionsbedingungen möglich, wie z.B. bei variablen Fläschchentypen und Reagenzienzusammensetzungen, aber auch, wenn die Lichtquelle intermittierend angewendet wird. Dies impliziert, dass trotz des starken Einflusses des Lichteinfalls auf die Polymerisationsraten in den meisten Photopolymerisationssystemen das Gelierungsverhalten in diesem Protokoll immer noch als zuverlässiger Indikator für die Bildung wurmartiger Mizellen verwendet werden kann.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Nanopartikel mit programmierbarer Form erzeugt, die in der Lage sind, sich selbst zu Gel zu organisieren.