Name: Síntesis de Poli ( N -isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels para anisotrópico Thermo-respuesta y la organófila / hidrofílico La capacidad de carga (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: Aprende a sintetizar microhidrogeles Janus de poli(N-isopropilacrilamida) con termorrespuesta anisotrópica y capacidad dual de carga hidrofílica/organofílica mediante separación líquido-líquido.

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Este trabajo fue apoyado por la subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el Gobierno de Corea (MSIP (Nos. 2014R1A2A1A01006527 y 2011-0030075).

1. La fabricación de un molde maestro para el enfoque hidrodinámico dispositivo de microfluidos (MPB) a través de fotolitografía <ol><li> Diseñar una fotomáscara para la MPB (Figura 1a) usando el software de diseño (CAD) asistidas por ordenador de acuerdo con el protocolo del fabricante. </li><li> Enjuagar una oblea de 4 &#39;de silicio con acetona, alcohol isopropílico (IPA), y agua desionizada (DI) para eliminar el polvo orgánicos e inorgánicos de la oblea. </li><li> Limpiar la oblea de silicio con plasma de O2 a 100 W de potencia durante 5 min para aumentar la resistencia de la unión entre la oblea y SU-8. </li><li> Spin-capa 4 ml de la resina fotosensible negativa, SU-8 2150, sobre la oblea a 3000 rpm durante 30 segundos para lograr un espesor de 150 micras (b1 en la Figura 1b). </li><li> Coloque el disco recubierto SU-8 sobre una placa caliente durante 5 minutos a 65 ° C, ajustar la temperatura a 95 ° C, y luego salir de la oblea en la placa caliente durante 30 minutos para hornear suave. </li><li> Colocar elfoto máscara diseñada sobre la oblea y exponer a la luz UV (260 mJ cm -2, 26 seg para 10 mW cm-2) en un alineador de máscara (b2 en la Figura 1b). </li><li> Realizar la cocción posterior a la exposición sobre una placa caliente (65 ° C durante 5 minutos y luego 95 ° C durante 12 min). </li><li> Desarrollar la oblea por inmersión en un baño de revelado SU-8 durante 10 minutos, y luego transferirlo a revelador nuevo durante 5 segundos para obtener una superficie limpia. </li><li> Enjuagar la oblea durante 20 segundos con agua DI y se seca durante 10 s con N 2 gas (b3 en la Figura 1b). Utilice la oblea fabricada como un molde maestro para la fundición de polidimetilsiloxano (PDMS) en la sección 2. </li></ol> 2. La fabricación de la MPB a través de fundición PDMS <ol><li> Utilice la oblea modelada obtenida en la sección 1 como el molde maestro de PDMS de fundición. </li><li> Mezclar el PDMS pre-polímero y un agente de curado de manera homogénea en una relación en peso de 10: 1; por ejemplo, utilizar 1 g de agente de curado para 10 g de PDMS pre-Polymer. </li><li> Verter el PDMS pre-polímero en el molde maestro y desgasificar durante 1 h en una cámara de vacío (b4 en la Figura 1b). </li><li> Colocar el molde maestro con el PDMS pre-polímero en un horno a 65 ° C durante 3 hr. </li><li> Cortar los PDMS curados en el tamaño de un solo chip usando un bisturí afilado. Despega cuidadosamente la réplica de PDMS curado del molde maestro con la mano. </li><li> Repita los pasos 2.2 a 2.5 para obtener una réplica idéntica PDMS. </li><li> Perforar de entrada y salida agujeros en una de las réplicas utilizando una perforadora con un diámetro ligeramente menor que el diámetro exterior del tubo de conexión. </li><li> Aplicar el tratamiento con plasma de aire a la zona de unión de cada réplica utilizando un tratador corona. 34 Precaución: Utilice el tratador corona en un área con buena ventilación para evitar la acumulación de ozono. </li><li> Caída de 5 l de metanol en las áreas tratadas con plasma de aire. Finamente alinear dos PDMS réplicas idénticas para fabricar la HFMD por parte manipu<html> mento, y compruebe la alineación a través de un microscopio (b5 en la Figura 1b). Nota: Las réplicas de PDMS tratadas con plasma de aire son bastante pegajoso y difícil de manipular. Por lo tanto, 5 l de metanol se añade a la superficie tratada con plasma de aire para funcionar como un lubricante. </li><li> Coloque la HFMD en un horno a 65ºC durante la noche ° C para fortalecer el vínculo entre dos réplicas de PDMS (b6 en la Figura 1b). Bond dos PDMS réplicas idénticas para aumentar la altura del microcanal de la HFMD y evitar la obstrucción de las microgotitas en el canal microfluídico durante la operación. </li></ol><img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52813/52813fig1.jpg" /> Figura 1: Resumen del proceso de fabricación MPB (a) Los parámetros de diseño de la máscara fotográfica para la HFMD.. (B) Ilustración del procedimiento de fabricación de la MPB.ftp_upload / 52813 / 52813fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. 3. Preparación de NIPAAm ricos (rico en N) y NIPAAm pobres (N-pobres) Fases de separación de fases de Supersaturada NIPAAm <ol><li> Disolver monómero NIPAAm en agua DI en relación w / w de 1: 1 utilizando un mezclador de vórtice; por ejemplo, disolver 10 g de NIPAAm en 10 ml de agua DI (primera imagen de la Figura 2a). Nota: Una vez que el monómero NIPAAm se haya disuelto completamente a temperatura ambiente, la solución aparece turbia (segunda imagen de la Figura 2a). Este fenómeno es la primera señal se ha producido con éxito que la separación de fases de solubilidad inducida del monómero NIPAAm sobresaturada. </li><li> Deje que la solución de monómero para descansar en una posición vertical a temperatura ambiente durante al menos 15 minutos. La fase superior es la fase rico en N, y la fase densa inferior es la N-pobres fase (tercera imagen de la figura 2a). Las densidades de THfases e rico en N y N-pobres son 0,93 ± 0,01 y 0,99 ± 0,01 g cm-3, respectivamente. 15 </li><li> Cuando la interfaz de la separación de las dos fases se hace evidente, extraer cuidadosamente 2 ml del solución de monómero a partir de las fases N-ricos y N-pobres sin molestar a esta interfaz mediante el uso de una pipeta. </li><li> Añadir 4 mg de N, N &#39;-methylenebisacrylamide (MBAAm) como un agente de reticulación y 4 mg de 4- fenil- (2-hidroxietoxi) (2-hidroxi-2-propil) cetona como un fotoiniciador a la extraída rico en N y N -poor soluciones de monómero para preparar fluidos básicos 1 y 2 para la baja concentración de agente de entrecruzamiento (2 mg ml -1) muestra (B1 y B2 en la Figura 2b). </li><li> Repita anterior Paso 3.3 y añadir 80 mg de MBAAm y 4 mg de 4- fenil- (2-hidroxietoxi) (2-hidroxi-2-propil) cetona en cada uno de solución de monómero rico en N y N-pobre extraído para preparar fluidos básicos 1 y 2 para la alta concentración de agente de reticulación (40 mg ml -1) muestra (b3 y b4 en la figuraUre 2b). </li><li> Disolver 10% en peso de tensioactivo de aceite en aceite mineral para preparar el fluido de revestimiento (b5 en la Figura 2b). </li></ol><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52813/52813fig2.jpg" /> Figura 2:. Preparación de materiales para Janus Microhydrogel Síntesis (a) Preparación de soluciones de N-ricos y pobres N-monómero a través de la separación de fases de NIPAAm sobresaturada. (B) Los detalles de los materiales y la configuración experimental utilizada en el protocolo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52813/52813fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> 4. Síntesis de Janus Microhydrogels Uso de la MPB <ol><li> Carga de 2 ml de los fluidos del núcleo 1 y 2 (b1, b3 b2 o, b4 en Fi gura 2b) y el fluido de revestimiento (B5 en la figura 2b) en tres separadas 3 ml jeringas. </li&gt; <li> Montar las jeringas en las bombas de jeringa y conectar cada jeringa para la entrada de fluido apropiada de la HFMD utilizando tubería (Figura (b). Usa tuberías para conectar la salida de fluido de la HFMD a un depósito de recogida. </li><li> Establecer las bombas de jeringa e inyectar fluidos básicos 1 y 2 y fluido de revestimiento a velocidades de flujo de 2, 2, y 10 min l -1, respectivamente. </li><li> (Opcional) Tune la velocidad de flujo de fluidos del núcleo 1 y 2 para ajustar las relaciones de volumen relativo de cada lado de la microgota Janus. </li><li> Coloque la fuente de luz UV perpendicularmente alrededor de 1 cm de distancia del depósito de recogida. Conectar la fuente de luz UV y controlar visualmente la producción continua de microhydrogels Janus. Precaución: El uso de protección UV-gafas, al supervisar la producción microhydrogel. </li><li> Recoge los microhydrogels Janus fabricados en un tubo cónico y lavarlos usando IPA. A continuación, se centrifuga el tubo cónico (780 g durante 5 minutos) para resolver lamicrohydrogels. </li><li> Repita el paso 4.6 varias veces para eliminar el aceite mineral que rodea a los microhydrogels Janus por completo. </li><li> Repita el paso 4.6, pero el uso del agua DI con un agente tensioactivo en agua de 0,005% (v / v) en lugar de IPA para quitar el sobrante alrededor de las IPA microhydrogels Janus. </li><li> Almacenar microhydrogels Janus completamente lavados en una que contiene agua DI vial de 10 ml. </li></ol> 5. Análisis de la Termo-anisotrópico capacidad de respuesta de Janus Microhydrogels <ol><li> Utilizar una pipeta para colocar microhydrogels Janus sintetizados a partir de la sección 4 en una placa de 24 pocillos. Permitir que los microhydrogels se asienten durante 15 segundos hasta que una monocapa se forma en la superficie inferior del pozo. </li><li> Obtener una imagen de la microhydrogel Janus a 24 ° C utilizando un microscopio óptico en posición vertical con una lente de objetivo 5X. </li><li> Establecer un módulo termoeléctrico debajo de la placa y así controlar el voltaje de este módulo para aumentar la temperatura de la solución que contiene Janus microhidrogeles a 32 ° C. </li><li> Obtener una imagen de la microhydrogel Janus a 32 ° C, una vez más mediante el uso de un microscopio óptico en posición vertical con una lente de objetivo 5X. </li><li> Repita los pasos 5.2-5.4 24 veces, teniendo cuidado de elegir un microhydrogel Janus diferente para el análisis estadístico. </li><li> De las 25 imágenes de diferentes microhydrogels Janus en 24 y 32 ° C, medir el radio de las partes PN-ricos y PN-pobres de las microhydrogels Janus utilizando software de análisis de imagen de acuerdo con las instrucciones del fabricante. </li></ol>

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<li>Nisisako, T., Torii, T., Takahashi, T., Takizawa, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+monodisperse+bicolored+Janus+particles+with+electrical+anisotropy+using+a+microfluidic+co-flow+system%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Synthesis of monodisperse bicolored Janus particles with electrical anisotropy using a microfluidic co-flow system.</a> Adv. Mater. 18 (9), 1152-1156 (2006).</li>
<li>Seiffert, S., Romanowsky, M. B., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Janus+microgels+produced+from+functional+precursor+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Janus microgels produced from functional precursor polymers.</a> Langmuir. 26 (18), 14842-14847 (2010).</li>
<li>Peppas, N. A., Hilt, J. Z., Khademhosseini, A., Langer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogels+in+biology+and+medicine%3A+from+molecular+principles+to+bionanotechnology%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Hydrogels in biology and medicine: from molecular principles to bionanotechnology.</a> Adv. Mater. 18 (11), 1345-1360 (2006).</li>
</ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.

Dos materiales de base inmiscibles se utilizan generalmente para sintetizar los microhydrogels Janus. Hasta hace poco, microhydrogels Janus que consisten en el mismo material de base rara vez se informa y los microhydrogels Janus reportados no tienen una morfología interna clara debido a la perturbación causada por la miscibilidad de los materiales que lo componen. 35, 36 En este protocolo, se demuestra un método para sintetizar microhydrogels Janus compuesto en su totalidad de material de una sola base, PNIP...

Los hidrogeles son una red de cadenas poliméricas hidrofílicas. 1 Cada vez son más las investigaciones en el campo de los hidrogeles que han promovido avances significativos y han revelado su similitud con los tejidos biológicos; Las propiedades de los hidrogeles permiten la absorción de grandes cantidades de agua manteniendo su estructura. Los hidrogeles sensibles al medio ambiente también se han estudiado ampliamente debido a su capacidad para hincharse o encogerse reversiblemente en respuesta a estímulos externos. 2 Se han sugerido varios factores desencadenantes, como la temperatura,3-5 pH,6,7 la luz,8,9 campos eléctricos,10,11 y moléculas específicas, como la glucosa,12,13 para controlar la forma geométrica de los hidrogeles. Entre los muchos hidrogeles sensibles al medio ambiente disponibles en la actualidad, el poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAAm), un conocido hidrogel termosensible, exhibe una contracción de volumen por encima de una temperatura de solución crítica baja (LCST) de 32 °C.14 Un estudio reciente de Sasaki et al. 15 informó de la intrigante separación de fases líquido-líquido de NIPAAm supersaturado, que es el monómero de PNIPAAm. De acuerdo con este informe, el NIPAAm sobresaturado se disolvió con un exceso molar de 10 veces deH2O, y poco después, la solución se separó en dos fases líquidas cuando se dejó reposar a una temperatura superior a 25 °C; por el contrario, el NIPAAm diluido se disolvió homogéneamente en las mismas condiciones.
Las micropartículas hechas de hidrogeles sensibles al medio ambiente son candidatas fascinantes para su aplicación en la administración de fármacos,16,17 catálisis,18 detección,19,20 y fotónica. 21 Los métodos sintéticos tradicionales, incluida la polimerización en emulsión, se utilizan para producir micropartículas de hidrogel con polidispersidad. 22,23 Sin embargo, ciertas aplicaciones requieren micropartículas con una distribución de tamaño estrecha, por ejemplo, para estabilizar la farmacocinética de la administración de fármacos. 24 Las micropartículas embólicas de forma irregular o polidispersas se agregan proximalmente en grupos, lo que provoca respuestas inflamatorias crónicas en partículas embólicas para el tratamiento terapéutico del cáncer. 25,26
El enfoque microfluídico está a la vanguardia de la investigación como medio para fabricar partículas de tamaño micro con distribuciones de tamaño estrechas y formas complejas. 27-31 Las ventajas de fabricar micropartículas en el dispositivo microfluídico se basan en la pequeña longitud característica del dispositivo microfluídico, lo que da como resultado un número de Reynolds bajo. A diferencia de la emulsificación masiva tradicional, en la que las gotas se forman en paralelo, las microgotas producidas en dispositivos microfluídicos se generan en serie y posteriormente se polimerizan en micropartículas tras la exposición a la irradiación UV. El principio fundamental de la formación de gotas utilizando un dispositivo microfluídico es el equilibrio entre la tensión interfacial y la fuerza de cizallamiento del fluido de la vaina que actúa sobre el fluido central. 
A pesar de las ventajas obvias de la fabricación microfluídica de gotas/partículas, las gotas/partículas de Janus que consisten en el mismo material base rara vez se informan porque la morfología interna de estas gotas/partículas generalmente se ve perturbada por la difusión y perturbación de los fluidos centrales. Para eludir esta limitación intrínseca, dos grupos informaron recientemente de la preparación de las micropartículas Janus mediante el empleo de la separación de fases inducida por el calor de las nanopartículas coloidales y la separación de fases dirigida por los rayos UV. 32,33
Con este fin, presentamos un enfoque microfluídico para sintetizar microhidrogeles Janus compuestos íntegramente por un único material base y obtener un producto con una morfología claramente compartimentada. Nuestro enfoque se basa en el concepto primario de separación de fases líquido-líquido del monómero NIPAAm supersaturado. Se descubrió que los microhidrogeles Janus resultantes poseían propiedades únicas, incluida la termorreactividad anisotrópica y la capacidad de carga organofílica/hidrofílica.

<table><tbody><tr><td>Oblea de silicona</td><td>LG Siltron</td> 4", Oblea de <td>grado de prueba</td><td>para la fabricación de moldes maestros</td></tr><tr><td>Acetona</td><td>Samchun Pure Chemical</td><td>A0097</td><td>Limpieza de oblea de silicona</td></tr><tr><td>Alcohol isopropílico (IPA)</td><td>Daejung Chemicals & Metales</td><td>5035-4404</td><td>Limpieza de obleas de silicio</td></tr><tr><td>Sistema de purificación de agua</td><td>Merck Millipore</td><td>EMD Millipore RIOs Essential 5</td><td>Preparación de agua desionizada</td></tr><tr><td>O2 máquina de plasma</td><td>Femto Science</td><td>VITA-A</td><td>Limpieza oblea de silicio</td></tr><tr><td>SU-8 2150 fotorresistente negativo</td><td>MicroChem</td><td>Y111077 0500L1GL</td><td>Fotorresistente para la fabricación de moldes maestros</td></tr><tr><td>Placa caliente</td><td>Misung Scientific</td><td>HP330D, HP150D</td><td>Horneado SU-8</td></tr><tr><td>SU-8 revelador</td><td>Microchem</td><td>Y020100 4000L1PE</td><td>Desarrollo SU-8</td></tr><tr><td>Sistema de alineador de máscara para fotolitografía</td><td>Shinu Mst Co.</td><td>CA-6M</td><td>Fotolitografía</td></tr><tr><td>Sylgard 184 kit de elastómero de silicona</td><td>Dow Corning</td><td>1064891</td><td>PDMS fundición</td></tr><tr><td>Laboratorio Corona Treater</td><td>Electro-technic Products Inc.</td><td>Modelo BD-20AC</td><td>PDMS tratamiento de plasma de aire&nbsp;</td></tr><tr><td>N-isopropilacrilamida (NIPAAm)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>415324-50G</td><td>Monómero</td></tr><tr><td>N,N'-metilenebisacrilamida (MBAAm)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>146072-100G</td><td>Reticulante de NIPAAm</td></tr><tr><td>4-(2-hidroxietoxi)fenil-(2-hidroxi-2-propil)cetona, Irgacure 2959</td><td>BASF</td><td>55047962</td><td>Fotoiniciador de NIPAAm</td></tr><tr><td>ABIL EM 90</td><td>Evonik Industrias</td><td>201109</td><td>Suministrador para aceite</td></tr><tr><td>Mezclador de vórtice</td><td>Scientific Industries Inc.</td><td>Vortex-Genie 2</td><td>Tubo Tygon de mezcla</td></tr><tr><td></td><td>Saint-Gobain</td><td>I.D. 1/32", O.D. 3/32", Pared 1/32"</td><td>Tubo de conexión entre las jeringas y la</td></tr><tr><td>fuente de luz UV</td> HFMD <td>Hamamatsu</td><td>Fuente de luz puntual LC8</td><td>Polimerización de NIPAAm a PNIPAAm</td></tr><tr><td>Jeringas, NORM-JECT (3 ml)</td><td>Henke-Sass Wolf GmbH</td><td>22767</td><td>Carga de materiales</td></tr><tr><td>Bomba de jeringa</td><td>KD Scientific</td><td>KDS modelo 200</td><td>Perfusión de materiales</td></tr><tr><td>Tegitol Tipo NP-10</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>NP10-500ML</td><td>Tensioactivo para agua</td></tr><tr><td>Aceite rojo O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>O0625-25G</td><td>Colorante para fase rica</td></tr> en <tr><td>N Aceite Azul N</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>391557-5G</td><td>Colorante para fase rica en N</td></tr><tr><td>Colorante alimentario amarillo</td><td>Edentown F& B</td><td>NA</td><td>Tinte para la fase pobre en N</td></tr><tr><td>Colorante alimentario verde</td><td>Edentown F& B</td><td>NA</td><td>Colorante para fase pobre</td></tr><tr><td>N Fuente de alimentación</td><td>Agilent</td><td>E3649A</td><td>Fuente de alimentación para módulo termoeléctrico</td></tr><tr><td>Módulo termoeléctrico</td><td>Peltier</td><td>FALC1-12710T125 Control de</td><td>temperatura</td></tr><tr><td>Máquina centrífuga</td><td>Labogene</td><td>1248R</td><td>Sedimentación de microhidrogeles</td></tr><tr><td>Placa de 24 pocillos</td><td>SPL Life Sciences</td><td>32024</td><td>Depósito para observación</td></tr><tr><td>Microscopio óptico</td><td>Nikon</td><td>ECLIPSE 80i</td><td>Observación óptica</td></tr><tr><td>Software de análisis</td><td>de imágenes IMT i-Solution Inc.</td><td>iSolutions DT</td><td>Medición del radio</td></tr></tbody></table>

síntesis de poli (<em&gt; n</em&gt; -isopropylacrylamide) janus microhydrogels para anisotrópico thermo-respuesta y la organófila / hidrofílico la capacidad de carga

Synthesis of Poly(N-isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability

Las micropartículas de Janus son partículas compartimentadas con diferentes estructuras moleculares y/o funcionalidad en cada uno de sus dos lados. Debido a esta propiedad única, las micropartículas de Janus han sido reconocidas como una nueva clase de materiales, lo que atrae una gran atención de diversos campos de investigación. La versatilidad de estas micropartículas se ha ejemplificado a través de sus usos como bloques de construcción para el autoensamblaje, actuadores que responden eléctricamente, emulsionantes para pintura y cosméticos, y portadores para la administración de medicamentos. Este estudio presenta un protocolo detallado que describe explícitamente un método sintético para diseñar nuevos microhidrogeles Janus compuestos por un único material base, la poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAAm). Las microgotas de Janus se generan en primer lugar a través de un dispositivo microfluídico de enfoque hidrodinámico (HFMD) basado en la separación de una solución acuosa de monómero NIPAAm sobresaturado y, posteriormente, se polimerizan mediante la exposición a la irradiación UV. Se descubrió que los microhidrogeles Janus resultantes estaban compuestos en su totalidad por el mismo material base, presentaban una morfología compartimentada fácilmente identificable y exhibían una capacidad de carga organotrópica / termorreceptora anisotrópica. Creemos que el método propuesto introduce una nueva plataforma de hidrogeles con el potencial para la síntesis avanzada de microhidrogeles Janus multifuncionales.

La Figura 3a presenta un esquema de la configuración experimental utilizada para sintetizar microhydrogels Janus a través de la HFMD. Las fases N-ricos y N-pobres fueron inyectados con precisión en la HFMD como fluidos de núcleo 1 y 2 y luego se fusionaron y divide en microgotas Janus en el orificio por el fluido de revestimiento de aceite mineral debido a la inestabilidad capilar Rayleigh. En consecuencia, microgotas Janus compuestas de fases N-ricos y N-pobres...

Presentamos un protocolo para sintetizar microhidrogeles Janus compuestos íntegramente por el mismo material base, poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAAm), con una estructura claramente compartimentada basada en la separación de fases de una solución de monómero NIPAAm supersaturada. Los microhidrogeles Janus sintetizados muestran propiedades únicas, como la termorreactividad anisotrópica y la capacidad de carga organofílica/hidrofílica.

Síntesis de Poli (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels para anisotrópico Thermo-respuesta y la organófila / hidrofílico La capacidad de carga

Janus microparticles are compartmentalized particles with differing molecular structures and/or functionality on each of their two sides. Because of this ...

El objetivo general de este experimento es sintetizar microhidrogeles Janus compuestos del mismo material base y que presenten una termorrespuesta isotrópica, así como capacidad de carga organofílica e hidrofílica, utilizando la separación de fases líquido-líquido de un monómero sobresaturado de N-isopropilacrilamida. Masote puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de los sistemas de entrega de gotas, específicamente en el desarrollo de trocharias avanzadas, que requieren capacidad de retención de combustible hidrofílico/organofílico dentro de una única partícula. La principal ventaja de este método es la síntesis de microhidrogeles Janus monodispersos con una morfología interna claramente compartimentalizada, y la posibilidad de modular el tamaño de los microhidrogeles Janus con la ayuda de un dispositivo microfluídico.El procedimiento será demostrado por Kyoung Duck Seo y Andrew Choi, quienes son mis estudiantes de doctorado. Utilice la oblea patroneada obtenida según se describe en el protocolo del texto como molde maestro para la fundición de PDMS. Mezcle homogéneamente el prepolímero de PDMS y un agente de curado en una proporción de peso de 10 a 1.Por ejemplo, utilice un gramo de agente de curado por cada 10 gramos de prepolímero de PDMS. Vierta el prepolímero de PDMS en el molde maestro y desgasifíquelo durante una hora en una cámara de vacío. Luego, coloque el molde maestro con el prepolímero de PDMS en un horno a 65 grados Celsius durante tres horas.Corte el PDMS curado en el tamaño de un solo chip utilizando un escalpelo afilado. Retire cuidadosamente a mano la réplica de PDMS curado del molde maestro. Perfore orificios de entrada y salida en una de las réplicas utilizando un perforador con un diámetro ligeramente menor que el diámetro externo del tubo de conexión.Luego, aplique un tratamiento con plasma de aire al área de unión de cada réplica utilizando un aparato de corona. Deposite cinco microlitros de metanol sobre las áreas tratadas con plasma de aire. Finalmente, alinee dos réplicas idénticas de PDMS para fabricar manualmente el dispositivo de microcanales en alta frecuencia (HFMD).Y verifique el alineamiento mediante un microscopio. Coloque el HFMD en un horno ajustado a 65 grados Celsius durante la noche para fortalecer el enlace entre los dos replicados de PDMS. Disuelva el monómero de NIPAAm en agua desionizada en una proporción peso a peso de uno a uno utilizando un mezclador de vórtice.Por ejemplo, disuelva 10 gramos de NIPAAm en 10 mililitros de agua desionizada. Deje reposar la solución de monómero en posición vertical a temperatura ambiente durante al menos 15 minutos. Cuando la interfase que separa las dos fases se vuelva clara, extraiga cuidadosamente dos mililitros de la solución de monómero de las fases rica en N y pobre en N sin perturbar esta interfase, utilizando una pipeta.A continuación, agregue cuatro miligramos de MBAAm a las soluciones de monómero ricas y pobres en N como agente de reticulación. Luego, agregue cuatro miligramos del fotoiniciador a las soluciones para preparar los fluidos centrales uno y dos para la muestra con concentración baja de agente de reticulación. Finalmente, disuelva un 10 por ciento en peso de surfactante oleoso en aceite mineral para preparar el fluido de envoltura.Cargue dos mililitros de los fluidos nucleares uno y dos y el fluido de envoltura en tres jeringas separadas de tres mililitros. Monte las jeringas en las bombas de jeringa y conecte cada jeringa a la entrada de fluido correspondiente del HFMD utilizando tubos. Utilice los tubos para conectar la salida de fluido del HFMD a un depósito de recolección.Configure las bombas de jeringa para infundir los fluidos central uno y dos a caudales de dos microlitros por minuto, y para infundir el fluido de envoltura a 10 microlitros por minuto. Luego, coloque la fuente de luz ultravioleta perpendicularmente a aproximadamente un centímetro de distancia del depósito de recolección.Encienda la fuente de luz UV y supervise visualmente la producción continua de microhidrogeles Janus. Recoja los microhidrogeles Janus fabricados en un tubo cónico y lávelos con alcohol isopropílico. A continuación, centrifugue el tubo cónico para sedimentar los microhidrogeles.Repita el paso de centrifugación utilizando agua desionizada con el surfactante acuoso para eliminar el alcohol isopropílico residual alrededor de los microhidrogeles Janus. Almacene los microhidrogeles Janus completamente lavados en un vial de 10 mililitros que contenga agua desionizada. Utilice una pipeta para colocar los microhidrogeles Janus sintetizados en una placa de 24 pocillos.Deje que los hidrogeles se asienten durante 15 segundos hasta que se forme una monocapa en la superficie inferior del pocillo. Obtenga una imagen del microhidrogel janus a 24 grados Celsius utilizando un microscopio óptico derecho con un objetivo de 5x. Coloque un módulo termoeléctrico debajo de la placa de pocillos y controle el voltaje de este módulo para aumentar la temperatura de la solución que contiene los microhidrogeles janus a 32 grados Celsius.Obtenga nuevamente una imagen del microhidrogel janus a 32 grados Celsius utilizando un microscopio óptico derecho con un objetivo de 5x. A partir de las 25 imágenes de diferentes microhidrogeles janus a 24 y 32 grados Celsius, mida el radio de las fases polimerizadas rica en pN y pobre en pN utilizando software de análisis de imágenes según las instrucciones del fabricante. Aquí se muestra el diagrama esquemático del HFMD para la generación de microgotas janus.Las soluciones ricas en nitrógeno y pobres en nitrógeno se inyectan con precisión en el dispositivo de microfluidos con geometría de flujo en herradura (HFMD) y se fragmentan en microgotas en la abertura mediante el fluido de envoltura de aceite mineral. Las microgotas de Janus obtenidas mediante HFMD tienen diferentes proporciones de volumen de las soluciones ricas y pobres en nitrógeno, como se muestra aquí. La proporción de volumen de las soluciones rica y pobre en nitrógeno que componen los microhidrogeles se controla modificando el caudal de cada solución.Aquí se muestran diagramas esquemáticos y micrografías ópticas de las microgotas janus y microhidrogeles en respuesta a cambios ambientales y de temperatura. Para cuantificar la termorrespuesta, se midió el radio de las microgotas janus y de los microhidrogeles, observándose un comportamiento anisótropo y termorresponsivo causado por las diferencias en la concentración del monómero NIPAAm entre las regiones ricas en pN y pobres en pN. La capacidad de carga organofílica/hidrofílica de estos microhidrogeles se observa en que los colorantes solubles en grasa prefieren disolverse fuertemente en la solución rica en N.Mientras que los colorantes solubles en agua prefieren disolverse en la solución pobre en nitrógeno. Finalmente se fabrican microhidrogeles Janus con capacidad dual de carga hidrofílica/organofílica dentro de una sola partícula. Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en 40 minutos si se prepara adecuadamente.Al intentar este procedimiento, es importante recordar mantener las condiciones ambientales, especialmente la temperatura, porque la solución altamente concentrada de NIPAAm cristaliza por debajo de 25 grados Celsius. Después de su desarrollo, esta técnica allanará el camino para que los investigadores en el campo de los sistemas de liberación de fármacos desarrollen microhidrogeles funcionales capaces de controlar las tasas de liberación de fármacos y encapsular múltiples fármacos sin contaminación cruzada. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo sintetizar microhidrogeles janus compuestos por el material base poliNIPAAm.

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Química

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