Synthese von weichen Polysiloxan-Harnstoff-Elastomeren für Intraokularlinsen Anwendung

Diese Studie beschreibt Synthesewege für Aminopropyl-terminierte Polydimethylsiloxane und Polydimethyl-Methyl-Phenyl-Siloxan-Blockcopolymere und weiche Polysiloxan-basierte Harnstoff (PSU) Elastomere. Es stellt die Anwendung der Netzteile als Aufnahme einer Intraokularlinse. Ein Bewertungsverfahren für in-vitro- Zytotoxizität wird ebenfalls beschrieben.

Die in diesem Video demonstrierten Methoden zeigen eine bequeme Möglichkeit, aminoterminierte Polysiloxane und weiche Polysiloxan-polyureas zu synthetisieren, die für die Anwendung als intraokulare Linse geeignet sind. Der Hauptvorteil dieser Techniken besteht darin, dass die Synthese und Analyse der Polymere ohne komplizierte Versuchsaufbau einfach nach Standardmethoden durchgeführt werden kann. Die Implikation dieser Technologie erstreckt sich auf die Katarakttherapie, da die meisten kommerziell erhältlichen intraokularen Linsenmaterialien auf Acrylpolymeren basieren, die zu steif sind, um eine ausreichende Unterbringung zu ermöglichen.

Obwohl dieses Verfahren optimiert wurde, um Materialien mit sehr weichen Eigenschaften, von sehr hoher Transparenz zu liefern, kann das Verfahren leicht verwendet werden, um Materialien mit völlig unterschiedlichen Leistungsmerkmalen bereitzustellen, Materialien, die auch beispielsweise als Beschichtungen anwendbar sein könnten. Die visuelle Demonstration der Methoden ist von entscheidender Bedeutung, da einige der Synthese- und Analyseschritte schwer zu beschreiben sind, da sie experimentelle Details enthalten, die für eine erfolgreiche Leistung wichtig sind. Fügen Sie zunächst 19,5 Gramm entgastes D4 und 0,9 Gramm APTMDS zu einem 100 Milliliter Dreihals-Rundkolben hinzu, der mit einem PTFE-beschichteten Zentrifugalrührer und Stickstoffein- und -auslass ausgestattet ist.

Etwa 26 Milligramm zuvor vorbereiteter Katalysator hinzufügen und das Reaktionsgemisch 30 Minuten bei 80 Grad Celsius unter einem kontinuierlichen Stickstofffluss rühren. Mit einem Fallentrichter 45,5 Gramm D4 innerhalb von zwei bis drei Stunden in das Reaktionsgemisch geben und bei 80 Grad Celsius 24 Stunden lang unter einem kontinuierlichen Stickstofffluss weiter rühren. Anschließend den Zentrifugalrührer mit einem großen ovalen Magnetrührstab tauschen und den drei Hals-Rundkolben mit zwei Glasstoppern versiegeln.

Verwenden Sie einen Adapter mit einem Ventil und erhitzen Sie das PDMS langsam auf 150 Grad Celsius unter einem Vakuum von 0,1 Millibar, um die zyklischen Seitenprodukte mit einer Schlenk-Linie abzubauen. Als nächstes eineinhalb bis zwei Gramm Polysiloxan in einen 250 Milliliter konischen Kolben geben, der einen magnetischen Rührstab enthält, und das Polysiloxan unter kontinuierlichem Rühren in 50 Milliliter THF auflösen. Titrieren Sie die Aminogruppen mit 0,1 Molarensalzsäure mit Bromphenolblau, bis ein Farbwechsel von blau zu gelb beobachtet wird.

Wiederholen Sie die Titration mit drei Proben, um die Anzahl des durchschnittlichen Molekulargewichts zu berechnen. Fügen Sie 2.939 Gramm H12 MDI zu einem 250 Milliliter Rundenboden-Reaktionskolben mit Zentrifugalrührer, Fallenrichter sowie Stickstoffeinlass und Auslass hinzu. Lösen Sie den H12 MDI in 40 bis 50 Milliliter THF auf.

Als nächstes lösen Sie 45 Gramm entgastes PDMS in 100 Milliliter THF in einem Becher auf. Fügen Sie die PDMS-Lösung weise zur H12 MDI-Lösung über einen Tropfentrichter unter kontinuierlichem Rühren und einem Stickstoffstrom bei Raumtemperatur hinzu. Dann spülen Sie das Becherglas und Tropfen Trichter mit 50 Milliliter THF und fügen Sie diese Lösung auf den Reaktionsmischer.

Fügen Sie Teile der stoichiometrischen Menge des Kettenverlängerers APTMDS zur Vorpolymerlösung hinzu. Fügen Sie zunächst 80 % der berechneten stoichiometrischen Menge des gelösten Kettenverlängerers APTMDS zum Reaktionsgemisch hinzu. Fügen Sie den letzten Teil des Kettenverlängerers in das Reaktionsgemisch ein und überprüfen Sie das Verschwinden des Isocyanat-Absorptionsbandes im FTIR-Spektrum.

Um nicht zytotoxische Polysiloxan-basierte Polyurea-Elastomere mit hohen Molekulargewichten zu erhalten, ist es wichtig, dass der letzte Teil des Kettenverlängerers präzise abgewogen und der Polymerlösung in einem ausgewogenen stoichiometrischen Verhältnis zugesetzt wird. Gießen Sie die resultierende Harnstoff- oder Netzteillösung auf Polysiloxanbasis in eine PTFE-Folienglas-Petrischale und verdampfen Sie das Lösungsmittel über Nacht in der Dunstabzugshaube. Kombinieren Sie sieben bis acht Gramm kleine Netzteilstücke und 200 bis 250 Milliliter Chloroform in einem 250 bis 300 Milliliter konischen Kolben.

Einen magnetischen Rührstab hinzufügen und den Kolben mit einem Glasstopfen locker versiegeln und mindestens 24 Stunden rühren. Am nächsten Tag die homogene Lösung zu einer glasigen Petrischale geben und mit perforierter Aluminiumfolie bedecken. Stellen Sie sicher, dass sich die Petrischale in einem gut belüfteten Bereich befindet, damit die Lösungsmittel verdampfen können.

Nach dem Trocknen des Films vorsichtig von der Glasoberfläche der Petrischale mit einem kleinen dünnen Spachtel entfernen und in einem transparenten Umschlag für die mechanische Charakterisierung aufbewahren. Um zerschnittene, hundeknochenförmige Proben aus den Netzteilfolien vorzubereiten, legen Sie den Film unter eine Stanzmessereinheit. Drücken Sie den Hebel nach unten, um das Prüfling auszustechen und mindestens 72 Stunden bei Umgebungstemperatur aufzubewahren.

Als nächstes drücken Sie die Einschalttaste auf einer Zugprüfmaschine und klicken Sie auf die Schaltfläche zur Startposition im Hauptfenster der Software. Nach dem Entfernen der transparenten Hülle, überprüfen Sie die Probe unter einem Kreuzpolarisator, um jegliche innere Beanspruchung auszuschließen. Messen Sie die Dicke und Breite der Prüfprobe mit einem Bremssattel.

Fügen Sie dann die Werte für Dicke und Breite in die entsprechenden Felder im Hauptfenster der Software ein. Fixieren Sie nun die Prüfprobe zwischen den oberen Spannbacken der Prüfmaschine. Klicken Sie im Hauptfenster der Software auf die Schaltfläche Nullkraft.

Fixieren Sie dann das untere Ende der Prüfprobe zwischen den unteren Spannbacken der Prüfmaschine. Klicken Sie auf die Schaltfläche Messung starten, um die Hysteresemessung zu starten. Wiederholen Sie für den Zugtest die vorherigen Schritte.

Fügen Sie zuvor sterilisierte Proben von Netzteil und 0,7 Gramm Pellethan als Verweis auf 15 Milliliter konische Zentrifugenrohre hinzu. Extrahieren Sie die Proben mit DMEM ohne FBS für 72 plus oder minus zwei Stunden bei 37 Grad Celsius und 5% Kohlendioxid bei einem Extraktionsverhältnis von 0,1 Gramm pro Milliliter. Bereiten Sie Blindproben vor, indem Sie DMEM ohne FBS in 50 Milliliter konische Zentrifugenrohre einfügen und die gleiche Extraktion durchführen.

Als nächstes pipette 200 Mikroliter jedes Netzteils in sechs Brunnen einer 96-Well-Mikroplatte mit HaCat-Zellen. Als nächstes Pipette 200 Mikroliter der Blindprobe in sechs Brunnen. Für die Negativkontrolle, Pipette 200 Mikroliter frische DMEM ergänzt mit 10%FBS in sechs Brunnen.

Zur Positivkontrolle, Pipette 200 Mikroliter DMEM ergänzt mit 10%FBS und 1%SDS in sechs Brunnen. Nach der Inkubation der Zellen für 24 Stunden bei 37 Grad Celsius und 5% Kohlendioxid, entfernen Sie die Extrakte, Blindproben und Kontrollen. Dann Pipette 120 Mikroliter einer zuvor vorbereiteten MTS-Lagerlösung in jeden Brunnen einschließlich der sechs Brunnen ohne Zellen, um den Hintergrund zu bestimmen.

Nach der vierstündigen Inkubation der Zellen in der MTS-Lösung messen Sie die Absorption jedes Brunnens mit einem Mikroplattenleser bei 492 Nanometern. Die Ringkettenäquilibrierung von D4 und Methylphenyl D4 mit APTMDS ergab Aminopropyl-terminierte Polydimethylsiloxane bzw. Polydimethylmethylphenlysiloxan-Copolymere. Aminopropyl-terminierte Polydimethylsiloxane wurden mit Molekulargewichten zwischen 3.000 und 33.000 synthetisiert.

Die Copolymerisation des zyklischen Siloxans mit den Pendantphenylgruppen Methylphenyl D4 war mit einem Refraktiven Index von 1,401 auf 1,4356 erfolgreich. In der Linie FTIR-Spektroskopie der PSU-Elastomere bestätigte die extrem schnelle Reaktion der Isocyanatgruppen mit den Aminogruppen aus dem PDMS und APTMDS. Transparente PSU-Elastomerfolien wiesen eine Transmission von mehr als 90 % bis zu einem MDS-Molekulargewicht von 18 000 auf.

Bei höheren PDMS-Molekulargewichten wurden die PSU-Filme zunehmend undurchsichtig. Mit einer Erhöhung des PDMS-Molekulargewichts konnten weiche PSU-Elastomere hergestellt werden. Der Young es Modulus der PSU-Elastomere verringerte sich von 5,5 auf 0,6 Megapascal.

Die mechanische Hysterese wurde für die PsU-Elastomere reduziert, als sie aus hochmolekularem PDMS hergestellt wurden. Die Hysteresewerte waren der erste Zyklus bei einem 100%-Stamm verringert von 54 bis 6%Die angewandte synthetische Methode erlaubte die Herstellung von PSU-Elastomeren, die keine zytotoxischen Residuen freisetzen, wie in Zelllebensfähigkeitstests gezeigt, die mit Extrakten von PSU-Elastomeren an HaCat-Zellen durchgeführt wurden. Bei der Synthese von aminoterminierten Polysiloxanen ist es wichtig, die berechnete Silanmenge genau abzuwägen, da dies weitgehend das endgültige Molekulargewicht des Polysiloxans bestimmt.

Nach diesem Verfahren können Polyureas oder Polysiloxane hergestellt werden, die verschiedene Anhängergruppen wie Silane enthalten. Silane hätten den Vorteil, quervernetzende Materialien herzustellen. Solche Vernetzungsmaterialien eröffnen neue Anwendungsmöglichkeiten wie Drogeneluden,biofunktionalisierte Materialien oder weiche Gele.

Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit den Isocynate und Tetramethylammoniumhydroxid gefährlich sein kann und Vorsichtsmaßnahmen wie Schutzbrillen und Handhandschuhe sollten immer während der Durchführung dieses Verfahrens getroffen werden.