Article de méthode

Propriétés électro-Polymer nanoparticules Exposer photothermiques

DOI :

10.3791/53631

⸱

8 janvier 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

Dans cet article

Résumé

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Un protocole est présenté pour la synthèse et la préparation de nanoparticules constituées de polymères électroactifs.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Une méthode de synthèse de polymères électroactifs est démontrée, en commençant par la synthèse de monomères de conjugaison étendue à l’aide d’un processus en trois étapes qui se termine par le couplage de Negishi. Le couplage Negishi est un processus de couplage croisé dans lequel un précurseur chimique est d’abord lithié, suivi d’une transmétallation avec du ZnCl2. Le composé organozincique résultant peut être couplé à un précurseur aromatique dibromé pour donner le monomère conjugué. Les films polymères peuvent être préparés par électropolymérisation du monomère et caractérisés à l’aide de la voltampérométrie cyclique et de la spectroscopie ultraviolet-visible-proche infrarouge (UV-Vis-NIR). Les nanoparticules (NP) sont préparées par polymérisation en émulsion du monomère à l’aide d’un système à deux tensioactifs pour produire une dispersion aqueuse des NP polymères. Les NP sont caractérisés à l’aide de la diffusion dynamique de la lumière, de la microscopie électronique et de la spectroscopie UV-Vis-NIR. La cytocompatibilité des NP est étudiée à l’aide du test de viabilité cellulaire. Enfin, les suspensions NP sont irradiées avec un laser NIR afin de déterminer leur efficacité en tant que matériaux potentiels pour la thérapie photothermique (PTT).

Introduction

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Les polymères électroactifs changent leurs propriétés (couleur, conductivité, la réactivité, volume, etc.) en présence d'un champ électrique. Les temps de commutation rapides, accordabilité, la durabilité, et les caractéristiques légers de polymères électroactifs ont conduit à de nombreuses applications proposées, y compris les énergies de remplacement, capteurs, électrochromiques, et dispositifs biomédicaux. Les polymères électroactifs sont potentiellement utiles comme la batterie et le condensateur électrodes souples, légers. 1 Applications de polymères électroactifs dans les dispositifs électrochromes comprennent des systèmes de réduction de l'éblouissement pour les bâtiments et voitures, lunettes de soleil, lunettes de protection, des dispositifs de stockage optiques, et les textiles intelligents. 2-5 Smart fenêtres peuvent réduire les besoins énergétiques en bloquant les longueurs d'onde spécifiques de la lumière à la demande et de protéger les intérieurs des maisons et des voitures. Les textiles intelligents peuvent être utilisés dans les vêtements pour aider à protéger contre les rayons UV. 6 Les polymères électroactifs ont also commencé à être utilisés dans des dispositifs médicaux. Parmi polymères électroactifs utilisés dans des dispositifs biomédicaux, polypyrrole (PPy), polyaniline (PANI) et le poly (3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) sont parmi les plus courantes. Par exemple, ces types de polymères sont couramment utilisés comme transducteurs dans les dispositifs de biocapteurs 7 applications dans l'administration thérapeutique ont également montré des résultats prometteurs. études ont démontré la libération de médicaments et de protéines thérapeutiques à partir de dispositifs préparés à partir de polymères électroactifs. 12/08 Plus récemment, des polymères électro-actifs ont été utilisés comme agents thérapeutiques dans la thérapie photothermique. 13-15 Dans la thérapie photothermique, agents photothermiques doivent absorber la lumière dans le proche -Infrarouge (NIR) région (~ 700 à 900 nm), aussi connu sous le nom de la fenêtre thérapeutique, où la lumière a la profondeur maximale de pénétration dans les tissus, typiquement jusqu'à 1 cm. 16,17 Dans cette gamme, des chromophores biologiques tels que l'hémoglobine , l'hémoglobine oxygénée, lipides, et de l'eau ont peu à pasabsorbance, ce qui permet à la lumière de pénétrer facilement. Lorsque les agents photothermiques absorbent la lumière dans la fenêtre thérapeutique, l'énergie lumineuse est convertie en énergie photothermique.

Irvin et ses collaborateurs ont rapporté précédemment bis-EDOT monomères de benzène qui ont été synthétisés en utilisant un couplage de Negishi alcoxy-substitué. 18 couplage de Negishi est un procédé préféré pour la formation de liaisons carbone-carbone. Ce procédé présente de nombreux avantages, y compris l'utilisation d'intermédiaires organiques du zinc, qui sont moins toxiques et ont tendance à avoir une réactivité plus élevée que les autres composés organométalliques utilisés. 19,20 organozinciques sont également compatibles avec un large éventail de groupes fonctionnels sur les organohalogénures. 20 Dans le réaction de couplage de Negishi, un halogénure organique et organométallique sont couplées par l'utilisation d'un catalyseur au palladium (0) comme catalyseur. 20 Dans le travail présenté ici, ce procédé de couplage croisé est utilisé dans la synthèse de 1,4-dialcoxy-2,5-bis ( 3,4-ethylenedioxythienyl) benzemonomères ne (2 BEDOT-B (OR)). Ces monomères peuvent ensuite être facilement polymérisés électrochimiquement ou chimiquement pour produire des polymères qui sont des candidats prometteurs pour une utilisation dans des applications biomédicales.

Les procédés classiques pour la préparation de suspensions colloïdales polymères dans des solutions aqueuses pour des applications biomédicales impliquent typiquement la dissolution de polymères en vrac suivie par des techniques d'évaporation nanoprécipitation ou émulsion solvant. 21,22 Afin de produire les IP de poly (BEDOT-B (OR) 2) , une approche bottom-up est démontré ici, où les infirmières praticiennes sont synthétisés par polymérisation en émulsion in situ. La polymérisation en émulsion est un processus qui est facilement extensible et est une méthode relativement rapide pour la préparation NP. 22 études utilisant polymérisation en émulsion pour produire les IP des autres polymères électroactifs ont été rapportés pour PPy et PEDOT. 15,23,24 PEDOT IP, par exemple, ont été préparés en utilisant pulvérisation émulsion polymerization. 24 Cette méthode est difficile à reproduire, et donne généralement des particules plus grosses, de la taille du micron. Le protocole décrit dans cet article explore l'utilisation d'une méthode goutte-ultrasons pour préparer reproductible IP polymère de 100 nm.

Dans ce protocole, polymères électroactifs adaptés à absorber la lumière dans la région NIR similaire à poly indiqué précédemment (BEDOT-B (OR) 2) sont synthétisés et caractérisés de démontrer leur potentiel dans des dispositifs électrochromes et comme agents des PTT. Tout d'abord, le protocole pour la synthèse des monomères par un couplage de Negishi est décrite. Les monomères sont caractérisés par RMN et la spectroscopie UV-Vis-NIR. La préparation de suspensions colloïdales NP par polymérisation oxydative de l'émulsion dans un milieu aqueux est également décrite. La procédure est basée sur un procédé de polymérisation en émulsion en deux étapes décrit précédemment par Han et al., Qui est appliqué sur les différents monomères. Un système à deux tensio-actif estutilisé pour contrôler la monodispersité NP. Un dosage de la viabilité des cellules est utilisée pour évaluer cytocompatibilité des infirmières praticiennes. Enfin, le potentiel de ces IP pour agir en tant que transducteurs PTT est démontrée par irradiation avec un laser NIR.

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Protocole

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Attention: S'il vous plaît consulter toutes les fiches de données de sécurité (FDS) pertinentes avant utilisation. Plusieurs des réactifs utilisés dans ces synthèses sont potentiellement dangereux. S'il vous plaît utiliser toutes les pratiques de sécurité appropriées, y compris des équipements de protection individuelle (lunettes de sécurité, gants, blouse de laboratoire, des pantalons longs et des chaussures fermées), et effectuer des synthèses des hottes aspirantes. Lithiation est particulièrement dangereux et ne doit être effectuée par des personnes dûment formées avec supervision.

1. monomère de synthèse

Remarque: La figure 1 montre la voie chimique pour la préparation des précurseurs et des monomères dont la synthèse est décrite dans les sections 1.2 - 1.5.

  1. Matériaux
    1. Purifier EDOT comme décrit précédemment. 25
    2. Recristalliser tétrabutyle perchlorate d'ammonium (PETM) à partir de l'acétate d'éthyle et sèche sous vide pendant 24 h. Titrer n-butyllithium (nBuLi, 2,5 M dans des hexanes) comme décrit par Hoye et al. 26 dans les 48 heures avant son utilisation pour déterminer la concentration réelle.
    3. Du sulfate de magnésium sec et de carbonate de potassium à 100 ° C pendant 24 heures avant utilisation. Utilisez tous les autres produits chimiques utilisés dans le présent protocole reçu.
  2. Synthèse de 1,4-dialcoxybenzènes
    Remarque: La figure 1A montre la préparation de 1,4-dihexyloxybenzene utilisant du 1-bromohexane.
    1. Équiper un à trois cols ballon à fond rond séché à l'étuve d'un septum, d'un adaptateur d'admission d'argon, et d'un condenseur équipé d'un adaptateur de sortie de gaz reliée à un barboteur. Ajouter une barre d'agitation dans le ballon avant de le sceller.
    2. Branchez l'adaptateur d'entrée à une ligne de Schlenk en utilisant le poly (chlorure de vinyle) (PVC) tubes et purger le ballon avec de l'argon.
    3. Ajouter 12,5 g (113,5 mmol) d'hydroquinone dans le ballon à fond rond et le dissoudre dans 20 ml de tétrahydrofuranne (THF) anhydre sous agitation.
    4. Séparément, on dissout 14 g (250 mmol) de KOH dans 30 ml d'éthanol dans un seul cou-ballon à fond rond et remuer jusqu'à dissolution.
    5. Une fois dissous, ajouter lentement la solution de KOH à la ballon tricol à fond rond à l'aide d'une seringue. Laisser le mélange en remuant pendant 1 h.
    6. Après 1 heure, ajouter 250 mmoles de 1-bromoalcane au mélange réactionnel.
    7. Chauffer le mélange réactionnel à reflux pendant 24 heures tout en agitant sous argon.
    8. Après 24 heures, laisser le mélange réactionnel refroidir à température ambiante et ajouter 15 ml d'eau DI et 10 ml de dichlorométhane.
    9. Transférer le mélange dans une ampoule à décanter. Isoler la couche organique et laver trois fois avec 10 ml d'eau DI.
    10. Sécher la couche organique sur 15 g de MgSO 4 pendant 15 min.
    11. Retirer le MgSO4 par filtration sous vide à travers un papier filtre.
    12. Éliminer le solvant de la solution filtrée en utilisant un évaporateur rotatif à 50 ° C et 21 kPa pour donner le 1,4-dialcoxybenzène forme d'un solide blanc brut.
    13. Recristalliser le produit brut en ajoutant juste assez chaude pour l'éthanoldissoudre le produit. Une fois dissous, placer dans un bain de glace pour provoquer la cristallisation.
    14. Recueillir les cristaux par filtration sous vide à travers un papier filtre et on lave avec de l'éthanol froid.
    15. Sécher les cristaux sous vide pendant 24 heures à température ambiante et de les stocker sous argon jusqu'à utilisation ultérieure. Cette procédure donne 1,4-dihexyloxybenzene.
    16. Caractériser le produit en utilisant le point de fusion et 1 H et 13 spectroscopie RMN C. 27
  3. Synthèse de 1,4-dialcoxybenzènes contenant des groupements ester
    Remarque: La figure 1B montre la voie chimique pour la préparation d'un 1,4-dialcoxybenzène utilisant éthyl-4-bromobutanoate.
    1. Équiper un à trois cols ballon à fond rond séché à l'étuve d'un septum, d'un adaptateur d'entrée d'argon, d'un réfrigérant et muni d'un adaptateur de sortie de verre reliée à un barboteur. Ajouter une barre d'agitation dans le ballon avant de le sceller.
    2. Branchez l'adaptateur d'entrée à la ligne de Schlenk en utilisant un tube de PVC et purger avec de l'argon.
    3. Peser 1,88 g (93,5 mmol) de KI et 15,69 g (93,3 mmoles) de K 2 CO 3 et ajouter au flacon à fond rond.
    4. Ajouter 25 ml d'anhydre N, N-diméthylformamide (DMF) et remuer jusqu'à ce que les sels se dissolvent.
    5. Une fois dissous, ajouter 2,5 g (18,7 mmol) d'hydroquinone au mélange réactionnel et laisser la réaction se mélanger jusqu'à dissolution.
    6. Lorsque tous les solides sont dissous, ajouter 46,8 mmol d'alkyle bromoalkanoate; chauffer le mélange réactionnel à reflux pendant 24 heures sous atmosphère d'argon avec agitation continue.
    7. Retirer le mélange réactionnel de la chaleur et laisser refroidir à température ambiante.
    8. Transférer le mélange réactionnel dans une ampoule à décanter et ajouter de l'eau (20 ml) et de l'acétate d'éthyle (20 ml) pour extraire la couche organique. Isoler la couche organique et laver trois fois avec de l'eau (20 ml portions).
    9. Sécher la couche organique sur 15 g de MgSO 4 pendant 15 min. Une fois séché, retirer MgSO 4 à partir du mélange par filtration sous vide à travers filpapier ter.
    10. On élimine le solvant en utilisant un évaporateur rotatif à 100 ° C et 21 kPa. Sécher le produit brut sous vide à RT O / N.
    11. On recristallise le produit en ajoutant de l'éthanol juste assez chaude pour dissoudre tout le solide. Une fois dissous, refroidir le ballon dans la glace et permettent la formation de cristaux. Récupérer le produit par filtration sous vide et laver avec de l'éthanol froid.
    12. Sécher les cristaux sous vide à température ambiante pendant 24 h et stocker sous argon jusqu'à utilisation ultérieure. Cette procédure donne 1,4-bis (butanoyloxy d'éthyle) benzène.
    13. Caractériser le produit en utilisant le point de fusion et 1 H et 13 spectroscopie RMN C. 28
  4. Synthèse de 1,4-dialcoxy-2,5-dibromobenzènes
    Remarque: La voie chimique pour la préparation de 1,4-dialcoxy-2,5-dibromobenzènes est représentée sur la Figure 1A et 1B.
    1. Monter un, trois cols ballon à fond rond sec avec une entrée d'argon, d'un entonnoir d'addition à pression constante coiffé d'unbouchon en verre ou septum, et une sortie reliée à un tube en matière plastique muni d'un entonnoir en verre inversé suspendue au-dessus d'une solution 1 M de NaOH.
    2. Dans ce ballon, on dissout 218 mmoles de 1,4-dialcoxybenzène dans du dichlorométhane (15 ml).
    3. Séparément, on ajoute 12 ml (598 mmol) de Br2 dans une fiole de 250 ml et diluer avec du dichlorométhane (12 ml).
    4. Transférer la solution Br 2 / dichlorométhane à l'entonnoir d'addition à pression constante. Ajouter la solution goutte à goutte Br 2 dans le ballon à fond rond à trois cols avec agitation sous argon sur une période de 2 h.
    5. Après addition complète, la réaction permet d'agiter O / N sous un courant d'argon continu.
    6. Arrêter la réaction en ajoutant de l'eau déminéralisée (20 ml), et verser le mélange dans une ampoule à décanter.
    7. Isoler la couche organique et laver trois fois à l'eau déminéralisée (20 ml portions). Sécher la couche organique sur 15 g de MgSO 4 pendant 15 min.
    8. Retirez le MgSO4 parfiltration sous vide à travers un papier filtre, et éliminer le solvant en utilisant un évaporateur rotatif à 75 ° C et 21 kPa.
    9. Purifier brut 1,4-dialcoxy-2,5-dibromobenzène en ajoutant juste assez d'éthanol chaud pour dissoudre tout le solide. Une fois dissous, refroidir le ballon dans la glace et permettent la formation de cristaux. Récupérer le produit par filtration sous vide et laver avec de l'éthanol froid.
    10. Sécher le produit purifié sous vide à RT O / N; stocker sous argon.
    11. Caractériser le produit en utilisant le point de fusion et 1 H et 13 spectroscopie RMN C. 27,28
  5. Le couplage de Negishi de 3,4-éthylènedioxythiophène avec le 2,5-dialcoxy-1,4 dibromobenzènes (EDOT)
    Remarque: La figure 1C montre le couplage de Negishi de 1,4-dialcoxy-2,5-dibromobenzènes avec EDOT pour former des monomères M1 et M2.
    1. Monter un ballon tricol à fond rond propre avec un septum, d'un condenseur équipé d'un adaptateur de commande d'écoulement d'entrée relié à l'argon, et un écoulement con de sortie de gazAdaptateur de commande relié à un barboteur.
    2. Branchez l'adaptateur d'entrée à la ligne de Schlenk en utilisant un tube en PVC à paroi épaisse. Commencer argon circulant dans le ballon de réaction pendant plusieurs minutes.
    3. L'utilisation d'un bec Bunsen, la flamme sécher l'appareil sous vide et purge avec de l'argon trois fois, afin d'assurer un environnement sans air.
    4. Peser 1,07 g (10 mmol) de EDOT purifiée et ajouter à la fiole réactionnelle en utilisant une seringue insérée à travers le septum. Diluer le EDOT avec du THF anhydre (20 ml) et agiter sous atmosphère d'argon.
    5. Refroidir le flacon contenant la solution EDOT l'aide d'un bain de glace / acétone pendant 15 min à -78 ° C.
    6. Après 15 min, ajouter lentement 11 mmol nBuLi dans l'hexane goutte à goutte une solution de en maintenant la température à -78 ° C. Agiter le mélange réactionnel à -78 ° C pendant 1 heure.
      Note: La concentration exacte de la nBuLi devrait être déterminée par titrage avant de les utiliser conformément à la section 1.1.
    7. Après 1 heure d'agitation, enlever la glace / ba acétonee.
    8. Immédiatement après le retrait du bain, ajouter 14,13 ml de 1,0 M de ZnCl2 solution goutte à goutte. Laisser la réaction se dérouler pendant 1 heure tout en agitant à température ambiante.
    9. Après 1 heure d'agitation, ajouter 4 mmoles de 1,4-dialcoxy-2,5-dibromobenzène et 0,08 mmoles de tétrakis (triphénylphosphine) palladium (0) au mélange réactionnel.
    10. Chauffer le mélange réactionnel à reflux (70 ° C) dans un bain d'huile.
    11. Suivi de l'avancement de la réaction par chromatographie sur couche mince (CCM): Prenez de petites (0,2 ml) aliquotes du mélange de réaction à l'aide quotidienne d'une seringue et précipiter dans 2 ml 1 M HCl. Extraire avec 2 ml CHCl 3 et repérer l'extrait sur ​​une plaque de CCM de silice aux côtés des taches de solutions de EDOT et l'appropriate1,4-dialcoxy-2,5-dibromobenzène. Eluer avec de l'acétate d'éthyle 60:40: hexane.
    12. Lorsque la réaction est terminée, laisser le mélange réactionnel refroidir à température ambiante. Arrêter la réaction en ajoutant 10 ml de HCl 1 M, suivi par l'addition de dichlorométhane (20 ml).
    13. Transfert une ampoule à décanter et d'isoler la couche organique.
    14. Laver la couche organique avec de l'eau déminéralisée jusqu'à ce que l'eau de lavage est plus acide. Testez l'acidité de l'eau de lavage avec du papier pH.
    15. Sécher la couche organique de plus de 15 g de MgSO 4, filtre et éliminer le solvant en utilisant un évaporateur rotatif à 50 ° C et 21 kPa pour donner le monomère brut étendue de conjugaison (M1 ou M2) comme un solide jaune-orange.
    16. On recristallise le produit brut en utilisant une solution chaude de 3: 1 éthanol: solution de benzène M1 ou 7: 2 hexane: benzène pour M2. Ajoutez juste assez de mélange de solvant chaude pour dissoudre le solide. Une fois dissous, refroidir le ballon dans la glace et permettent la formation de cristaux. Récupérer le produit par filtration sous vide et laver avec de l'éthanol froid.
    17. Sécher le produit sous vide pendant 24 heures à température ambiante. Conserver dans l'obscurité sous atmosphère d'argon.
    18. Caractériser le produit en utilisant le point de fusion et 1 H et 13 spectroscopie RMN C. 18

2. Électrochimie

  1. Électropolymérisation
    1. Dans 50 ml fiole jaugée de préparer un (PETM) solution d'électrolyte 100 mM tétrabutylammonium de perchlorate dans l'acétonitrile anhydre (CH 3 CN).
    2. Dans une fiole jaugée de 10 ml de préparer un monomère 10 mM (M1 ou M2) en utilisant la solution une solution de 100 mM PETM / CH3CN en tant que diluant.
    3. Ajouter un fil d'argent (électrode de pseudo-référence) et un indicateur de platine (contre-électrode) d'une cellule électrochimique séché au four.
    4. Insérer un bouton de platine fraîchement poli (2 mm de diamètre 2) destiné à être utilisé comme l'électrode de travail. Assurez-vous que le fond de l'électrode de platine bouton ne touche pas le fond de la cellule électrochimique.
    5. Remplir la cellule électrochimique avec suffisamment de solution d'électrolyte monomère faire en sorte que les pointes des trois électrodes sont immergées dans la solution.
    6. De-aérer la solution pendant 5 min par barbotage d'argon doucement à travers une aiguille immergée dans esolution e.
    7. Relever l'aiguille 2 mm au-dessus de la solution et continuer flux d'argon pendant toute l'expérience pour maintenir une couverture d'argon au-dessus de la solution.
    8. Connecter les électrodes au potentiostat et de commencer la polymérisation par le vélo le potentiel appliqué cinq fois à une vitesse de balayage de 100 mV / s et une gamme de potentiel entre -1,5 V et 1,0 V.
    9. Enregistrez la sortie de courant pendant ce processus pour générer voltammogrammes cycliques.
  2. Polymer Electrochimie
    1. Après que le film de polymère est déposée sur l'électrode de travail du bouton de platine, supprimer toutes les électrodes de la solution d'électrolyte monomère et rincer lentement avec une solution d'électrolyte exempte de monomère (3 ml).
    2. Ajouter les électrodes pour une cellule électrochimique propre et ajouter suffisamment de solution d'électrolyte exempte de monomère de sorte que les pointes des trois électrodes sont immergées dans la solution.
    3. Connecter les électrodes au potentiostat. Cycle du tw potentiel appliquéo fois à une vitesse de balayage de 50 mV / s et une gamme de potentiel entre -1,5 V et 1,0 V.
    4. À répéter l'expérience 100, 200, 300 et 400 mV / s. Enregistrez la sortie de courant au cours de chaque expérience pour générer voltammogrammes cycliques.
  3. Préparation de électropolymérisé Films pour UV-Vis-NIR Spectroscopie et photothermiques études
    1. Préparer des films polymères tels que décrits dans la section 2.1 ci-dessus, cette fois en utilisant un oxyde d'indium-étain (ITO) de lame de verre revêtu de que l'électrode de travail. Développer les films de polymère de plus de 5 cycles à une vitesse de balayage de 100 mV / sec.
    2. Après le dépôt de polymère, retirer les électrodes de la solution de monomère et rincer avec de l'acétonitrile (5 ml).
    3. Stocker le film de polymère dans de l'acétonitrile avant d'études spectroscopiques.

3. Préparation NP

La figure 2 montre un schéma du procédé utilisé pour la préparation NP par polymérisation en émulsion.

  1. Prepare une solution de 1 ml de 2% (p / v) de poly (acide 4-styrènesulfonique acide-co-maléique) (PSS-co-MA) dans l'eau dans un flacon en verre. Ajouter une petite barre d'agitation magnétique dans le flacon. Ceci est la phase aqueuse.
  2. Préparer 100 ul de solution de monomère 16 mg / ml dans du chloroforme dans un tube de microcentrifugation.
  3. Préparation de la solution organique en dissolvant 0,03 g d'acide dodécylbenzènesulfonique (DBSA) dans la solution de monomère de 100 ul. Mélanger la solution organique en utilisant un mélangeur à tourbillon automatique pendant 30-60 minutes afin d'assurer l'homogénéité de la solution.
  4. Ajouter la phase organique à la phase aqueuse, goutte à goutte de 10 ul en portions, tout en agitant avec un barreau d'agitation magnétique jusqu'à ce que le volume complet de la solution organique est utilisé. Autoriser agitation pendant 60 secondes entre les deux ajouts.
  5. Ajouter 2 ml d'eau pour diluer le mélange. Retirez la barre d'agitation du flacon.
  6. Soniquer l'émulsion en utilisant un appareil à ultrasons de la sonde pour un total de 20 sec à 10 sec-intervalles à une amplitude de 30%, tandis que l'immersion de laflacon dans un bain de glace.
  7. Retirez le flacon d'échantillon du bain de glace, remplacer la barre d'agitation, et continuez de remuer l'émulsion.
  8. Ajouter 3,8 pi de solution à 100 mg / ml de FeCl 3 dans de l'eau à l'émulsion de monomères. Laisser la polymérisation de se produire pendant 1 heure en remuant continuellement. Cela donne de protocole IP de polymère stabilisées avec PSS-co-MA.
  9. Retirer la suspension NP de la plaque d'agitation et transférer dans 7 ml tubes de centrifugation. Centrifuger la suspension à 75 600 g pendant 3 min; récupérer le surnageant et jeter culot.
  10. Dialyser le surnageant pendant 24 heures en utilisant 100 moléculaire tube de dialyse kDa poids coupure (MWCO).

4. films polymères et NP Caractérisation

Remarque: Caractériser les films polymères et les IP par spectroscopie-Vis-NIR UV, et les IP en utilisant la diffusion dynamique de la lumière, l'analyse du potentiel zêta, et la microscopie électronique.

  1. Détermination de l'absorption dans le polymère UV-Vis-NSpectre IR 29
    1. Suspensions NP: Transférer la suspension dans une cuve en quartz et d'acquérir un spectre allant de 300 - 1000 nm à un intervalle de balayage de 5 nm.
    2. Films polymères oxydés: Transférer la lame de verre d'ITO revêtue de polymère à une cuve en quartz et remplir la cuve avec de l'acétonitrile anhydre. Ajouter 2 gouttes d'une solution / ml 100 mg de FeCl 3 dans CHCl 3 à l'acétonitrile et mélanger pour assurer le film de polymère est totalement oxydé. Acquérir un spectre allant de 300 - 1000 nm à un intervalle de balayage de 5 nm.
    3. Films polymères réduite: Transférer la lame de verre d'ITO revêtue de polymère à une cuvette et remplir la cuve avec de l'acétonitrile anhydre. Ajouter une goutte de l'hydrazine pour mélanger le liquide et pour assurer le film de polymère est complètement réduit. Acquérir un spectre allant de 300 - 1000 nm à un intervalle de balayage de 5 nm.
  2. Détermination de la taille à l'aide NP de Dynamic Light Scattering (DLS) 30
    1. Tournez sur l'instrument de DLS et de permettrese réchauffer pendant 15 min.
    2. Diluer la suspension NP dans l'eau à une concentration de 0,01 mg / ml et placer dans un polystyrène cuvette jetable.
    3. Placez la cuvette dans le lecteur et commencer la mesure.
  3. Détermination du potentiel Zeta NP 31
    1. Tournez sur l'instrument potentiel zeta et lui permettre de se réchauffer pendant 30 min.
    2. Préparer l'échantillon par dilution de 200 pi de NP suspension dans 800 pi d'une solution 10 mM de KCl.
    3. Remplir une cuvette jetable en polystyrène avec 700 ul de l'échantillon.
    4. Insérer la cellule de l'électrode de potentiel zêta dans l'échantillon en assurant qu'aucune bulle ne se trouve entre les électrodes ou dans le trajet de la lumière laser.
    5. Insérez la cuvette dans l'instrument et de suivre les instructions de logiciels pour l'exécution de la mesure.
  4. Détermination de la taille à l'aide NP microscopie électronique à balayage (MEB) 32
    1. Drop-jeté 10 pi des suspensions NP sur des plaquettes de silicium etlaisser sécher.
    2. Pulvérisation enrober les IP séchées avec 2 nm d'iridium.
    3. Image les échantillons à une distance de travail de 5 mm et à 5 kV.

5. Enquêter sur la cytocompatibilité de l'IP

Remarque: Toutes les manipulations de cellules devraient être effectuées dans une enceinte de sécurité biologique (écoulement laminaire de la hotte) pour empêcher la contamination des cellules avec les bactéries, les levures, ou les champignons provenant de l'environnement, et à protéger l'utilisateur contre les maladies potentiellement infectieux. Toutes les solutions et les fournitures utilisés avec les cellules doivent être stériles. Utiliser des techniques de culture cellulaire aseptiques appropriées.

  1. Culture des Skov-3 cellules de cancer ovarien dans des flacons T75 à 37 ° C dans un incubateur à CO2 (5% de CO 2) à l'aide de milieu Eagle modifié Dulbecco (DMEM) supplémenté avec 10% de sérum fœtal bovin en tant que milieu de croissance.
  2. Cellules de semences à une densité cellulaire de 5000 cellules / puits dans une plaque de 96 puits et incuber pendant 24 heures à 37 ° C dans un CO 2 incubateur.
  3. Immédiatement avant utilisation, diluer NP suspension dans un milieu de croissance complet à une concentration de 1 mg / ml.
  4. Filtrer les suspensions NP en passant à travers un filtre de 0,2 um stérile et diluer les concentrations désirées d'exposition (2-500 pg / ml) avec un milieu de croissance complet supplémenté avec 1% de pénicilline / streptomycine.
  5. Retirez le support de chacun des puits de la plaque de 96 puits par pipetage et les remplacer par 100 pi de suspensions NP aux différentes concentrations d'exposition, ou avec 100 pi de milieu NP-libre pour les deux commandes de cytocompatibilité positifs et négatifs. Utiliser 6 puits réplicats par condition.
  6. Immédiatement avant l'étape suivante, préparer une solution à 0,5 mg / ml d'acide 3- (4,5-diméthylthiazol-2-yl) -2,5-diphényltétrazolium (MTT) dans du phénol DMEM exempt de rouge. Filtre stérile à la solution de MTT à travers un filtre de 0,2 um stérile.
  7. Après avoir laissé les infirmières praticiennes à incuber avec les cellules pendant la période de temps désirée (tyPically 24 ou 48 heures), retirez soigneusement suspensions NP par pipetage sur.
  8. Remplacer immédiatement les médias avec la suivante en fonction de l'état:
    1. Pour le contrôle de cytocompatibilité négative, ajouter 100 ul de méthanol à chacun des 6 puits et laisser reposer pendant au moins 5 min. Après traitement au méthanol, le méthanol remplacer avec 100 ul de 0,5 mg / ml solution stérilisée par filtration de MTT dans du phénol DMEM exempt de rouge.
    2. Pour le contrôle positif et les échantillons NP-traités, remplacer le milieu avec 100 pi de 0,5 mg / ml solution stérile filtré MTT dans du phénol DMEM sans rouge.
  9. Incuber les cellules pendant 2 à 4 heures dans l'incubateur. Après incubation, examiner les cellules sous le microscope pour vérifier la formation de cristaux de formazan.
  10. Retirez délicatement la solution de MTT par pipetage et le remplacer par 100 pi de diméthylsulfoxyde (DMSO).
  11. Placer la plaque de 96 puits sur un agitateur et mélanger pendant plusieurs minutes afin d'encourager la dissolution de la pourcristaux Mazan.
  12. Mesurer l'absorbance de chaque puits à 590 nm (pic d'absorbance produit formazan) et 700 nm (ligne de base).
  13. Soustraire l'échantillon absorbance à 700 nm (ligne de base) à partir de celle à 590 nm pour chaque puits.
  14. Normaliser l'absorbance corrigée en le divisant par la moyenne du contrôle positif et de se convertir à un pourcentage en multipliant par 100.
  15. Déterminer la viabilité pour cent en moyenne et l'écart type pour chaque condition.

6. photothermiques études de transduction

Note:. Dans ce travail, un système laser décrit précédemment par Pattani et Tunell est utilisé 33

  1. Photothermal transduction du NP Suspensions
    1. Diluer IP dans de l'eau DI à la concentration d'intérêt.
    2. Ajouter 100 pi de suspension NP à un puits d'une plaque de 96 puits. Placer la plaque de puits sur une plaque chaude maintenue à 25 ° C.
    3. Allumez l'alimentation du laser et lui permettre de to réchauffer pendant plusieurs minutes. Dans cette étude, une diode laser 808 nm couplée à la fibre nominale jusqu'à 1 W de puissance est utilisé.
    4. Acheminer le faisceau laser vers la scène de l'échantillon par l'intermédiaire d'une fibre optique. Utilisez une lentille convexe à diverger le faisceau laser de la taille du point désiré.
    5. Mesurer la puissance de sortie en utilisant un dispositif de mesure de courant standard et pour ajuster une puissance de 1 W / cm 2.
    6. Tournez sur la caméra IR (InSb caméra infrarouge (FLIR Systems SC4000)) et définir la région d'intérêt (ROI) endroit pour lire la température du point de 6 mm où le laser est focalisé.
    7. Placez le bien de l'intérêt au point de focalisation du faisceau laser. Enregistrer la température de référence de l'échantillon. Allumez le laser et irradier le bien continu pendant 5 min pendant l'enregistrement de la température.
    8. Après 5 min, éteignez le laser et continuer à enregistrer la température du puits jusqu'à ce qu'elle se refroidit à la température de base de départ.
      Remarque: La chaleur et refroidir chaque suspension trois fois et calculer lale changement de la température moyenne au cours du temps. Utilisez de l'eau DI à 25 ° C au lieu d'une suspension NP comme contrôle négatif pour la conversion photothermique.
  2. Photothermal transduction des films polymères
    1. Transférer la lame de verre ITO revêtu de polymère sur une plaque chaude maintenue à 25 ° C.
    2. Tournez sur l'alimentation au laser et le laisser chauffer pendant plusieurs minutes. Dans cette étude, une diode laser 808 nm couplée à la fibre nominale jusqu'à 1 W de puissance est utilisé.
    3. Acheminer le faisceau laser vers la scène de l'échantillon par l'intermédiaire d'une fibre optique. Utilisez une lentille convexe à diverger le faisceau laser de la taille du point désiré.
    4. Mesurer la puissance de sortie en utilisant un dispositif de mesure de courant standard et pour ajuster une puissance de 1 W / cm 2.
    5. Tournez sur la caméra IR (InSb caméra infrarouge (FLIR Systems SC4000)) et définir la région d'intérêt (ROI) endroit pour lire la température du point de 6 mm où le laser est focalisé.
    6. Placez le film au point de focalisation du faisceau laser. Enregistrez le bASE température de l'échantillon. Allumez le laser et irradier l'échantillon en continu pendant 5 min pendant l'enregistrement de la température.
    7. Après 5 min, éteignez le laser et continuer à enregistrer la température de l'échantillon jusqu'à ce qu'elle se refroidit à la température de base de départ.
      Remarque: La chaleur et refroidir chaque film trois fois et calculer la variation moyenne de la température au cours du temps. Utilisez une lame de ITO nue à 25 ° C comme contrôle négatif pour la conversion photothermique.

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Résultats

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Le protocole de réaction donnant M1 et M2 est illustrée à la figure 1. Les monomères peuvent être caractérisées par 1 H et 13 spectroscopie RMN C, point de fusion et analyse élémentaire. Le spectre RMN 1 H présente des informations concernant la connectivité des atomes et leur environnement électronique; Ainsi, il est couramment utilisée pour vérifier que les réactions ont été accomplies avec succès. Réactions de couplage...

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Discussion

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Dans ce travail, les IP polymères électroactifs ont été synthétisés comme agents potentiels PTT pour le traitement du cancer. La préparation de PN est décrite, en commençant par la synthèse des monomères suivie d'une polymérisation en émulsion. Alors que la préparation des IP en utilisant polymères électroactifs tels que EDOT et pyrrole a été décrit précédemment, ce document décrit la préparation de polymères IP commençant par monomères de conjugaison de longues uniques, ce qui démontre que ce processus peut être ét...

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

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Ce travail a été financé en partie par le Fonds Texas Emerging Technology (démarrage à la tuberculose), le Programme d'amélioration de Texas State University Research, le Texas State University Bourse de recherche postdoctorale (TC), le Partenariat NSF pour la recherche et l'éducation dans les Matériaux (PREM, DMR-1205670), La Fondation Welch (AI-0045), et National Institutes of Health (R01CA032132).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Électrode de travail en platine de 2 mm de diamètreCH InstrumentsCH102Poli à l’aide de papier de verre très fin
3,4-éthylènedioxythiophèneSigma-Aldrich483028Purifié par distillation sous vide
3-(4,5-Diméthylthiazol-2-yl)-2,5-Diphényltétrazolium bromure (MTT) 98 %Alfa AesarL11939
505 Sonic DismembratorFisher Scientific™   ;FB505110pointe de 1/8" et évalué à 500 °C. watts
Diode laser 808 nmThorLabsL808P1WJPuissance nominale 1 W
Acétonitrile anhydre 99 %Acros61022-0010
Avanti J-26 XPIBeckman Coulter393127
Bromohexane 98 %MP Biomedicals202323
Dialyse (100 000) MWCOSpectrumLabsG235071
Diméthyl sulfoxyde 99 % (DMSO)BDHBDH1115
diméthylformamide anhydre (DMF) 99 %Acros326870010
Dodécylbenzènesulfonate (DBSA)  ;TCID0989
Dulbecco' s Eagle medium modifié (DMEM)  ;Corning10-013 CV
EMS 150 TES Vernis cathodiqueMicroscopie électronique Sciences
Éthanol (EtOH) 100 %BDHBDH1156
4-bromobutyrate d’éthyle (98 %)Acros173551000
Acétate d’éthyle 99 %FisherUN1173
Sérum fœtal bovin (FBS)Corning35-010-CV
Helios NanoLab 400FEI
HexaneFisherH306-4
Acide chlorhydrique (HCl)FisherA142-212
Hydroquinone 99,5 %Acros120915000
Hydrozine anhydre 98 %Sigma-Aldrich215155
Galss DeltaTechnologiesCG-41IN-CUV4-8 &Omega ;/sq
Chlorure de fer 97 % FeCl3Sigma-Aldrich157740
Sulfate de magnésium (MgSO4)Fisher593295Sec à 100 ° ; C
SKOV-3ATCCHTB-26
MéthanolBDHBHD1135
n-Butlithium (2,5 M)  ;Sigma-Aldrich230707Pyrophoric
Poly(styrenesulfonate-co-malic acid) (PSS-co-MA) 20 000 MWSigma-Aldrich434566
Carbonate de potassiumSigma-Aldrich209619Séché à 100 ° ; C
Hydroxyde de potassiumAlfa AesarA18854
Iodure de potassiumFisherP410-100
RO-5 TireuseIKA-Werke
SC4000 Caméra IRFLIR
Synergy H4 Hybrid ReaderBiotek
Perchlorate de tétrabutylammonium (TBAP) 99 %Sigma-Aldrich3579274Purifié par recristallisation dans de l’acétate d’éthyle
Tétrahydrofurane anhydre (THF) 99 %Sigma-Aldrich401757
tétrakis(triphénylphosphine) palladium(0)Sigma-Aldrich216666Thermomixeur sensible à l’humidité
Eppendorf
potentiostat/galvanostatWaveNowAFTP1
Zetasizer Nano ZsArrangement optique Malvern175° ;
Chlorure de zinc (1 M) ZnCl2Acros370057000
USB

Références

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