Articolo metodologico

Proprietà elettroattivo Polymer Nanoparticelle Esporre fototermiche

DOI:

10.3791/53631

⸱

8 gennaio 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

In questo articolo

Sommario

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

Viene presentato un protocollo per la sintesi e la preparazione di nanoparticelle costituite da polimeri elettroattivi.

Abstract

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Viene dimostrato un metodo per la sintesi di polimeri elettroattivi, che inizia con la sintesi di monomeri di coniugazione estesa utilizzando un processo in tre fasi che termina con l'accoppiamento Negishi. L'accoppiamento di Negishi è un processo di accoppiamento incrociato in cui un precursore chimico viene prima litiato, seguito dalla transmetallazione con ZnCl2. Il composto organozinco risultante può essere accoppiato a un precursore aromatico dibromurato per dare il monomero coniugato. I film polimerici possono essere preparati tramite elettropolimerizzazione del monomero e caratterizzati utilizzando la voltammetria ciclica e la spettroscopia ultravioletto-visibile-vicino infrarosso (UV-Vis-NIR). Le nanoparticelle (NP) vengono preparate tramite polimerizzazione in emulsione del monomero utilizzando un sistema a due tensioattivi per produrre una dispersione acquosa delle NP del polimero. Le NP sono caratterizzate utilizzando la diffusione dinamica della luce, la microscopia elettronica e la spettroscopia UV-Vis-NIR. La citocompatibilità delle NP viene studiata utilizzando il saggio di vitalità cellulare. Infine, le sospensioni di NP vengono irradiate con un laser NIR per determinarne l'efficacia come potenziali materiali per la terapia fototermica (PTT).

Introduzione

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Polimeri elettroattivi modificano le loro proprietà (colore, conducibilità, reattività, volumi, ecc) in presenza di un campo elettrico. I tempi di commutazione rapidi, tunability, durata e caratteristiche di leggerezza dei polimeri elettroattivi hanno portato a numerose applicazioni proposte, compresa l'energia alternativa, i sensori, Electrochromics e dispositivi biomedici. Polimeri elettroattivi sono potenzialmente utili come flessibili, leggeri batteria e condensatore elettrodi. 1 Applicazioni di polimeri elettroattivi in dispositivi elettrocromici includono i sistemi di riduzione del riverbero per edifici e automobili, occhiali da sole, occhiali protettivi, dispositivi di archiviazione ottica e tessuti intelligenti. 2-5 finestre intelligenti possono ridurre il fabbisogno energetico bloccando specifiche lunghezze d'onda della luce on-demand e la protezione interni di case e automobili. Tessuti intelligenti possono essere utilizzati in abbigliamento per aiutare a proteggere contro le radiazioni UV. 6 polimeri elettroattivi hanno also iniziato ad essere utilizzato in dispositivi medici. Tra i polimeri elettroattivi utilizzati nei dispositivi biomedici, polipirrolo (PpY), polianilina (PANI), e poli (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) sono tra i più comuni. Ad esempio, questi tipi di polimeri sono comunemente usati come trasduttori a dispositivi biosensori 7 Applicazioni in consegna terapeutico hanno mostrato risultati promettenti.; Studi hanno dimostrato il rilascio di farmaci e proteine ​​terapeutiche da dispositivi preparati polimeri elettroattivi. 8-12 Più recentemente, i polimeri elettroattivi sono stati utilizzati come agenti terapeutici nella terapia fototermica. 13-15 Nella terapia fototermica, agenti fototermiche devono assorbire la luce nel prossimo -Infrared (NIR) regione (~ 700-900 nm), noto anche come la finestra terapeutica, dove la luce ha la profondità massima di penetrazione nei tessuti, tipicamente fino a 1 cm. 16,17 In questa gamma, cromofori biologici come emoglobina , emoglobina ossigenata, lipidi, e l'acqua hanno poco-a-noassorbanza, che permette alla luce di penetrare facilmente. Quando gli agenti fototermiche assorbono la luce in questa finestra terapeutica, il photoenergy viene convertita in energia fototermica.

Irvin e collaboratori hanno già riportato alcossi-sostituito bis-Edot monomeri benzene che sono stati sintetizzati mediante accoppiamento Negishi. 18 accoppiamento Negishi è un metodo preferito per la formazione di legami carbonio-carbonio. Questo processo ha molti vantaggi, compreso l'uso di intermedi organozinco, che sono meno tossici e tendono ad avere una maggiore reattività rispetto ad altri composti organometallici utilizzati. 19,20 composti organozinco sono compatibili con una vasta gamma di gruppi funzionali sulle alogenuri organici. 20 Nel reazione di accoppiamento Negishi, un organohalide e organometallico sono accoppiati tramite l'uso di palladio (0) catalizzatore. 20 Nel lavoro qui presentato, questo metodo di accoppiamento incrociato è utilizzato nella sintesi di 1,4-dialcossi-2,5-bis ( 3,4-ethylenedioxythienyl) benzeNE (BEDOT-B (OR) 2) monomeri. Questi monomeri possono essere facilmente polimerizzati elettrochimicamente o chimicamente per produrre polimeri che sono candidati promettenti per applicazioni biomediche.

I metodi convenzionali per la preparazione di sospensioni colloidali polimeriche in soluzione acquosa per applicazioni biomediche tipicamente coinvolgono la dissoluzione dei polimeri sfusi seguita da nanoprecipitation o emulsione solvente tecniche di evaporazione. 21,22 Per produrre nanoparticelle di poli (BEDOT-B (OR) 2) , un approccio bottom-up è dimostrato qui dove sono sintetizzate le NP via in situ polimerizzazione in emulsione. Polimerizzazione in emulsione è un processo che è facilmente scalabile ed è un metodo relativamente veloce per la preparazione NP. 22 Studi con polimerizzazione in emulsione per produrre nanoparticelle di polimeri elettroattivi altri sono stati riportati per PpY e PEDOT. 15,23,24 PEDOT NP, per esempio, è stato redatto utilizzando emulsione a spruzzo polymerization. 24 Questo metodo è difficile da riprodurre, e produce in genere, le particelle di micron di dimensioni più grandi. Il protocollo descritto in questo articolo esplora l'uso di un metodo drop-sonicazione per preparare riproducibile 100 nm NP polimeriche.

In questo protocollo, i polimeri elettroattivi su misura per assorbire la luce nella regione NIR simile a poli riportato in precedenza (BEDOT-B (OR) 2) sono sintetizzati e caratterizzati per dimostrare il loro potenziale in dispositivi elettrocromici e come agenti PTT. In primo luogo, il protocollo per la sintesi dei monomeri mediante accoppiamento Negishi è descritto. I monomeri sono caratterizzati usando spettroscopia NMR e UV-Vis-NIR. La preparazione di sospensioni colloidali NP via ossidativa emulsione polimerizzazione in ambiente acquoso è anche descritto. La procedura si basa su un processo di polimerizzazione in emulsione a due fasi precedentemente descritto da Han et al. Che viene applicato ai vari monomeri. Un sistema a due tensioattivo èutilizzato per controllare il monodispersity NP. Un test vitalità cellulare viene utilizzato per valutare citocompatibilità delle NP. Infine, il potenziale di questi NP per agire come trasduttori PTT è dimostrata mediante irraggiamento con un laser NIR.

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Protocollo

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Attenzione: Si prega di consultare tutte le pertinenti Schede di Sicurezza (SDS) prima dell'uso. Molti dei reagenti utilizzati in queste sintesi sono potenzialmente pericolosi. Si prega di utilizzare tutte le pratiche di sicurezza, inclusa dispositivi di protezione individuale (occhiali, guanti, camice, pantaloni lunghi e scarpe chiuse), ed eseguire sintesi nelle cappe di aspirazione. Litiazione è particolarmente pericoloso e deve essere effettuata solo da persone adeguatamente addestrato con supervisione.

1. monomero Sintesi

Nota: La figura 1 mostra il percorso chimico per la preparazione di precursori e monomeri cui sintesi è descritta nelle sezioni 1.2 - 1.5.

  1. Materiali
    1. Purificare EDOT come descritto in precedenza. 25
    2. Ricristallizzare tetrabutilammonio perclorato di ammonio (TBAP) da acetato di etile e secco sotto vuoto per 24 ore. Titolare n-butillitio (nBuLi, 2.5 M in esano), come descritto da Hoye et al. 26 entro 48 ore prima dell'uso per determinare la concentrazione effettiva.
    3. Solfato di magnesio e carbonato di potassio secco a 100 ° C per 24 ore prima dell'uso. Utilizzare tutte le altre sostanze chimiche usate in questo protocollo come ricevuto.
  2. Sintesi di 1,4-Dialkoxybenzenes
    Nota: La figura 1A mostra la preparazione di 1,4-dihexyloxybenzene utilizzando 1-bromohexane.
    1. Equipaggiare un tre colli pallone a fondo rotondo essiccato con un setto, un adattatore di ingresso argon, e un condensatore dotato di un adattatore per presa gas collegato ad un gorgogliatore. Aggiungi un ancoretta al pallone prima della sigillatura.
    2. Collegare l'adattatore di ingresso di una linea Schlenk utilizzando poli (cloruro di vinile) (PVC) tubo e spurgare il pallone a fondo tondo con argon.
    3. Aggiungere 12,5 g (113,5 mmoli) di idrochinone nel pallone a fondo tondo e scioglierlo in 20 ml di tetraidrofurano anidro (THF) sotto agitazione.
    4. Separatamente, si sciolgono 14 g (250 mmoli) di KOH in 30 ml di etanolo in un singolo collopallone a fondo tondo e mescolare fino a scioglimento.
    5. Una volta sciolto, aggiungere lentamente la soluzione di KOH a tre colli il pallone fondo con una siringa. Lasciare il composto a mescolare per 1 ora.
    6. Dopo 1 ora, aggiungere 250 mmoli di 1-bromoalcano alla miscela di reazione.
    7. Riscaldare la miscela di reazione a riflusso per 24 ore con agitazione sotto argon.
    8. Dopo 24 ore, lasciare la miscela di reazione a raffreddare a RT e aggiungere 15 ml di acqua deionizzata e 10 ml di diclorometano.
    9. Trasferire il composto in un imbuto separatore. Isolare lo strato organico e lavarlo tre volte con 10 ml di acqua deionizzata.
    10. Essiccare lo strato organico su 15 g di MgSO4 per 15 min.
    11. Rimuovere il MgSO 4 attraverso la filtrazione vuoto attraverso carta da filtro.
    12. Eliminare il solvente dalla soluzione filtrata con un evaporatore rotante a 50 ° C e 21 kPa per produrre 1,4-dialkoxybenzene come grezzo solido bianco.
    13. Ricristallizzare il prodotto grezzo aggiungendo sufficiente etanolo caldoSciogliere il prodotto. Una volta disciolto, collocare in un bagno di ghiaccio per indurre la cristallizzazione.
    14. Raccogli i cristalli tramite filtrazione vuoto attraverso carta da filtro e lavare con etanolo freddo.
    15. Asciugare i cristalli sotto vuoto per 24 ore a temperatura ambiente e memorizzarli sotto argon fino a nuovo uso. Questa procedura produce 1,4-dihexyloxybenzene.
    16. Caratterizzare il prodotto con punto di fusione e 1 H e 13 spettroscopia NMR C. 27
  3. Sintesi di 1,4-Dialkoxybenzenes contenenti porzioni esteri
    Nota: la figura 1B mostra la via chimica per la preparazione di un 1,4-dialkoxybenzene usando etil-4-bromobutanoate.
    1. Equipaggiare un tre colli pallone a fondo rotondo essiccato con un setto, un adattatore di ingresso argon, e un condensatore dotato di un adattatore per presa di vetro collegato ad un gorgogliatore. Aggiungi un ancoretta al pallone prima della sigillatura.
    2. Collegare l'adattatore di alimentazione alla linea schlenk utilizzando tubi in PVC e spurgare con argon.
    3. Pesare 1,88 g (93,5 mmol) di KI e 15.69 g (93,3 mmol) di K 2 CO 3 e aggiungere al pallone a fondo tondo.
    4. Aggiungere 25 ml di anidra N, N -dimethylformamide (DMF) e mescolare fino a quando i sali si dissolvono.
    5. Una volta sciolto, aggiungere 2,5 g (18,7 mmol) di idrochinone alla miscela di reazione e lasciare che la reazione a mescolare fino alla dissoluzione.
    6. Quando tutti i solidi sono sciolte, aggiungere 46,8 mmol di alchil bromoalkanoate; scaldare la miscela di reazione a riflusso per 24 ore sotto argon con agitazione continua.
    7. Rimuovere la miscela di reazione da fuoco e lasciarla raffreddare a temperatura ambiente.
    8. Trasferire la miscela di reazione in un imbuto separatore e aggiungere acqua (20 ml) e acetato di etile (20 ml) per estrarre lo strato organico. Isolare lo strato organico e lavarlo tre volte con acqua (20 ml porzioni).
    9. Essiccare lo strato organico su 15 g di MgSO4 per 15 min. Una volta essiccato, rimuovere MgSO4 dalla miscela attraverso filtrazione vuoto attraverso filcarta ter.
    10. Eliminare il solvente mediante evaporatore rotante a 100 ° C e 21 kPa. Essiccare il prodotto grezzo sotto vuoto a RT O / N.
    11. Ricristallizzare il prodotto aggiungendo etanolo caldo appena sufficiente per sciogliere tutto il solido. Una volta sciolto, raffreddare il pallone in ghiaccio e permettono di cristalli di forma. Raccogliere il prodotto tramite filtrazione sotto vuoto e lavare con etanolo freddo.
    12. Essiccare i cristalli sotto vuoto a temperatura ambiente per 24 ore e memorizzare sotto argon fino a nuovo uso. Questa procedura produce 1,4-bis (butanoyloxy etile) benzene.
    13. Caratterizzare il prodotto con punto di fusione e 1 H e 13 spettroscopia NMR C. 28
  4. Sintesi di 1,4-dialcossi-2,5-dibromobenzenes
    Nota: La via chimica per la preparazione di 1,4-dialcossi-2,5-dibromobenzenes è mostrato in Figura 1A e 1B.
    1. Montare un, tre colli pallone a fondo rotondo secco di un ingresso di argon, un costante imbuto pressione ricoperto con untappo di vetro o setto, ed una uscita collegata al tubo di plastica dotato di un imbuto di vetro rovesciato sospesa su una soluzione 1 M NaOH.
    2. In questo pallone a fondo rotondo, sciogliere 218 mmol di 1,4-dialkoxybenzene in diclorometano (15 ml).
    3. Separatamente, aggiungere 12 ml (598 mmoli) di Br 2 in un pallone da 250 ml e diluire con diclorometano (12 ml).
    4. Trasferire la soluzione 2 / diclorometano Br alla costante imbuto pressione. Aggiungere la Br 2 soluzione goccia a goccia nel pallone a fondo tondo a tre colli con agitazione sotto argon in un arco di 2 ore.
    5. Dopo la completa aggiunta, lasciare che la reazione di mescolare O / N sotto flusso di argon continuo.
    6. Placare la reazione aggiungendo acqua deionizzata (20 ml), e versare il composto in un imbuto separatore.
    7. Isolare lo strato organico e lavare tre volte con acqua deionizzata (20 ml porzioni). Essiccare lo strato organico su 15 g di MgSO4 per 15 min.
    8. Rimuovere la MgSO 4 dafiltrazione sotto vuoto attraverso carta da filtro, e rimuovere il solvente mediante evaporatore rotante a 75 ° C e 21 kPa.
    9. Purificare grezzo 1,4-dialcossi-2,5-dibromobenzene aggiungendo etanolo caldo appena sufficiente per sciogliere tutto il solido. Una volta sciolto, raffreddare il pallone in ghiaccio e permettono di cristalli di forma. Raccogliere il prodotto tramite filtrazione sotto vuoto e lavare con etanolo freddo.
    10. Essiccare il prodotto purificato sotto vuoto a RT O / N; conservare sotto argon.
    11. Caratterizzare il prodotto con punto di fusione e 1 H e 13 spettroscopia NMR C. 27,28
  5. Negishi Accoppiamento con 3,4-Ethylenedioxythiophene 2,5-dibromobenzenes 1,4-dialcossi-(EDOT)
    Nota: Figura 1C mostra l'accoppiamento Negishi di 1,4-dialcossi-2,5-dibromobenzenes con EDOT formare monomeri M1 e M2.
    1. Montare un tre colli pallone a fondo rotondo pulita con un setto, un condensatore dotato di un adattatore di controllo del flusso in ingresso collegato ad argon, e con un flusso di uscita del gasAdattatore di controllo collegato ad un gorgogliatore.
    2. Collegare l'adattatore di alimentazione alla linea schlenk utilizzando tubi in PVC a parete spessa. Iniziare scorre argon nel pallone di reazione per alcuni minuti.
    3. Utilizzando un becco Bunsen, fiamma asciugare l'apparecchio sotto vuoto e spurgare con argon tre volte al fine di assicurare un ambiente airless.
    4. Pesare 1.07 g (10 mmoli) purificato EDOT e aggiungere al pallone di reazione utilizzando una siringa inserita attraverso il setto. Diluire il EDOT con THF anidro (20 ml) e mescolare sotto argon.
    5. Raffreddare il pallone contenente la soluzione EDOT utilizzando un bagno di ghiaccio / acetone secco per 15 min a -78 ° C.
    6. Dopo 15 min, aggiungere lentamente 11 mmol nBuLi in soluzione goccia a goccia esano mantenendo la temperatura a -78 ° C. Mescolare la reazione a -78 ° C per 1 ora.
      Nota: La concentrazione esatta del nBuLi dovrebbe essere determinata mediante titolazione prima dell'uso ai sensi dell'articolo 1.1.
    7. Dopo 1 ora di agitazione, rimuovere i secchi di ghiaccio / ba acetoneesimo.
    8. Subito dopo la rimozione del bagno, aggiungere 14.13 ml di 1,0 M ZnCl 2 soluzione goccia a goccia. Lasciare la reazione di procedere per 1 ora sotto agitazione a temperatura ambiente.
    9. Dopo 1 ora di agitazione, aggiungere 4 mmol di 1,4-dialcossi-2,5-dibromobenzene e 0,08 mmoli di tetrakis (trifenilfosfina) palladio (0) alla miscela di reazione.
    10. Riscaldare la miscela di reazione a riflusso (70 ° C) in un bagno d'olio.
    11. Monitorare i progressi reazione utilizzando cromatografia su strato sottile (TLC): Prendere piccoli (0,2 ml) aliquote della miscela di reazione quotidiano utilizzando una siringa e precipitare in 2 ml di 1 M HCl. Estrarre con 2 ml CHCl 3 e individuare l'estratto su un piatto di silice TLC accanto macchie di soluzioni di EDOT e appropriate1,4-dialcossi-2,5-dibromobenzene. Eluire con acetato di etile 60:40: esano.
    12. Quando la reazione è completa, la miscela di reazione consentire raffreddare a RT. Quench la reazione aggiungendo 10 ml di 1 M HCl seguita dall'aggiunta di diclorometano (20 ml).
    13. Transfer in un imbuto separatore e isolare lo strato organico.
    14. Lavare la fase organica con acqua deionizzata fino a quando l'acqua di lavaggio non è più acida. Testare l'acidità dell'acqua di lavaggio con carta pH.
    15. Essiccare lo strato organico su 15 g di MgSO4, filtro e rimuovere il solvente mediante evaporatore rotante a 50 ° C e 21 kPa per dare il greggio monomero coniugazione estesa (M1 o M2) come solido giallo-arancio.
    16. Ricristallizzare il prodotto grezzo con una soluzione calda di 3: 1 etanolo: soluzione benzene per M1 o 7: 2 esano: benzene per M2. Aggiungere sufficiente miscela solvente caldo per dissolvere il solido. Una volta sciolto, raffreddare il pallone in ghiaccio e permettono di cristalli di forma. Raccogliere il prodotto tramite filtrazione sotto vuoto e lavare con etanolo freddo.
    17. Essiccare il prodotto sotto vuoto per 24 ore a temperatura ambiente. Conservare al buio sotto argon.
    18. Caratterizzare il prodotto con punto di fusione e 1 H e 13 spettroscopia NMR C. 18

2. Elettrochimica

  1. Elettropolimerizzazione
    1. In 50 ml matraccio preparare un 100 mM tetrabutilammonio perclorato (TBAP) soluzione elettrolitica in acetonitrile anidro (CH 3 CN).
    2. In 10 ml matraccio tarato da preparare un monomero 10 mM soluzione (M1 o M2) utilizzando la soluzione TBAP 100 mM / CH 3 CN come diluente.
    3. Aggiungere un filo d'argento (elettrodo pseudo-riferimento) e un flag di platino (controelettrodo) per una cella elettrochimica a forno.
    4. Inserire un pulsante di platino appena lucidato (2 mm 2 di diametro) per l'uso come elettrodo di lavoro. Assicurarsi che la parte inferiore dell'elettrodo tasto platino non tocchi il fondo della cella elettrochimica.
    5. Riempire la cella elettrochimica con sufficiente soluzione monomero elettrolita per assicurare che le punte delle tre elettrodi sono immersi nella soluzione.
    6. Disaerare la soluzione per 5 min facendo gorgogliare argon dolcemente attraverso un ago immerso in thsoluzione di e.
    7. Sollevare l'ago 2 mm sopra la soluzione e continuare il flusso di argon tutto l'esperimento di mantenere una coperta argon sulla soluzione.
    8. Collegare gli elettrodi al potenziostato e iniziare la polimerizzazione in bicicletta i potenziali applicato cinque volte a una velocità di scansione di 100 mV / sec e un potenziale compreso tra -1,5 V e 1,0 V.
    9. Registrare l'uscita di corrente durante questo processo per generare voltammograms ciclici.
  2. Polymer Elettrochimica
    1. Dopo il film polimerico viene depositato sull'elettrodo di lavoro tasto di platino, rimuovere tutti gli elettrodi dalla soluzione elettrolitica monomero e risciacquare delicatamente con soluzione elettrolitica senza monomero (3 ml).
    2. Aggiungere gli elettrodi di una cella elettrochimica pulito e aggiungere abbastanza soluzione elettrolitica senza monomero per assicurare che le punte delle tre elettrodi sono immersi nella soluzione.
    3. Collegare gli elettrodi al potenziostato. Ciclo del potenziale tw applicatatempi o ad una velocità di scansione di 50 mV / sec e un potenziale compreso tra -1,5 V e 1,0 V.
    4. Ripetere l'esperimento a 100, 200, 300, e 400 mV / sec. Registrare l'uscita di corrente durante ogni esperimento per generare voltammograms ciclici.
  3. Preparazione di Electropolymerized Films per UV-Vis NIR-Spettroscopia e fototermica Studi
    1. Preparare film polimerici, come descritto nel precedente paragrafo 2.1, questa volta utilizzando un ossido di indio e stagno (ITO) Rivestiti vetrino come elettrodo di lavoro. Crescere i film polimerici oltre 5 cicli ad una velocità di scansione di 100 mV / sec.
    2. Dopo la deposizione del polimero, rimuovere gli elettrodi dalla soluzione monomero e risciacquare con acetonitrile (5 ml).
    3. Conservare il film polimerico in acetonitrile prima spettroscopiche studi.

3. Preparazione NP

La figura 2 mostra uno schema del processo utilizzato per la preparazione NP tramite polimerizzazione in emulsione.

  1. Prepare una soluzione 1 ml di 2% (w / v) poli (acido 4-stirensolfonico acid-co-maleica) (PSS-co-MA) in acqua in un flacone di vetro. Aggiungere una piccola ancoretta magnetica al flaconcino. Questa è la fase acquosa.
  2. Preparare 100 ml di 16 mg / ml soluzione monomero in cloroformio in una provetta.
  3. Preparare la soluzione organica sciogliendo 0,03 g di acido solfonico dodecilbenzen (DBSA) nella soluzione di monomero 100 microlitri. Mescolare la soluzione organica utilizzando un miscelatore automatico vortex per 30-60 min per assicurare l'omogeneità della soluzione.
  4. Aggiungere la fase organica alla fase acquosa a gocce in 10 microlitri porzioni sotto agitazione con ancoretta magnetica fino ad esaurimento del volume totale della soluzione organica. Consentire a mescolare per 60 secondi tra le aggiunte.
  5. Aggiungere 2 ml di acqua per diluire il composto. Rimuovere la barra di agitazione dalla fiala.
  6. Sonicare l'emulsione utilizzando un sonicatore sonda per un totale di 20 sec a 10 sec-intervalli ad una ampiezza di 30%, mentre l'immersionefiala in un bagno di ghiaccio.
  7. Rimuovere la fiala del campione del bagno di ghiaccio, sostituire l'ancoretta, e continuare a mescolare l'emulsione.
  8. Aggiungere 3,8 ml di soluzione di 100 mg / ml di FeCl 3 in acqua all'emulsione monomero. Lasciare che la polimerizzazione si verifichi per 1 ora mentre mescolando continuamente. Questo produce protocollo NP di polimero stabilizzate con PSS-co-MA.
  9. Rimuovere la sospensione NP dalla piastra mescolare e trasferire in 7 ml provette. Centrifugare la sospensione a 75.600 xg per 3 min; recuperare il supernatante e scartare pellet.
  10. Dializzare il surnatante per 24 ore con 100 kDa peso di taglio (MWCO) tubi di dialisi molecolare.

4. film polimerici e NP Caratterizzazione

Nota: Caratterizzare i film polimerici e NP tramite spettroscopia-Vis-NIR UV, e NP con dispersione dinamica della luce, analisi potenziale zeta, e microscopia elettronica.

  1. Determinazione di assorbimento di polimero nel UV-Vis-NIR Spectrum 29
    1. Sospensioni NP: Trasferire la sospensione in una cuvetta di quarzo e acquisiscono uno spettro da 300 - 1.000 nm in un intervallo di scansione di 5 nm.
    2. Film polimerici ossidati: Trasferire il vetro ITO vetrino polimero rivestito per una cuvetta di quarzo e riempire la provetta con acetonitrile anidro. Aggiungere 2 gocce di una soluzione / ml 100 mg di FeCl 3 in CHCl3 al acetonitrile e mescolare per garantire il film polimerico è completamente ossidato. Acquisire uno spettro da 300 - 1.000 nm in un intervallo di scansione di 5 nm.
    3. Film polimerici ridotti: Trasferire il vetro ITO vetrino polimero rivestito di una cuvetta e riempire la provetta con acetonitrile anidro. Aggiungere una goccia di idrazina al liquido e miscelare per garantire il film polimerico è completamente ridotto. Acquisire uno spettro da 300 - 1.000 nm in un intervallo di scansione di 5 nm.
  2. Determinazione della NP Dimensioni tramite il Dynamic Light Scattering (DLS) 30
    1. Accendere lo strumento DLS e consentireche si riscaldi per 15 minuti.
    2. Diluire la sospensione NP in acqua ad una concentrazione di 0,01 mg / ml e posto in un polistirene cuvetta monouso.
    3. Mettere cuvetta nel lettore e iniziare la misurazione.
  3. Determinazione del NP Potenziale Zeta 31
    1. Accendere lo strumento potenziale zeta e farlo riscaldare per 30 min.
    2. Preparare il campione diluendo 200 ml di sospensione NP in 800 ml di soluzione di 10 mM KCl.
    3. Si riempie una vaschetta di polistirolo usa e getta con 700 ml di campione.
    4. Inserire il potenziale delle cellule dell'elettrodo zeta nel campione assicurandosi che bolle sono intrappolati tra gli elettrodi o nel percorso di luce laser.
    5. Inserire la cuvetta nello strumento e seguire le istruzioni del software per l'esecuzione della misura.
  4. Determinazione della NP formato Utilizzando microscopia elettronica a scansione (SEM) 32
    1. Drop-getto 10 ml di sospensioni NP su wafer di Si elasciare asciugare.
    2. Sputter cappotto NP secchi con 2 nm di iridio.
    3. Immagine i campioni a una distanza di lavoro di 5 mm ea 5 kV.

5. Indagare la citocompatibilità del NP

Nota: Tutte le manipolazioni cellulari devono essere effettuate in un armadio biosicurezza (cappa a flusso laminare) per impedire la contaminazione delle cellule con batteri, lieviti o funghi dall'ambiente, e per proteggere l'utente da malattie potenzialmente infettivi. Tutte le soluzioni e all'acquisto del materiale con le cellule devono essere sterili. Uso corretto di tecniche di coltura cellulare asettiche.

  1. Cultura le Skov-3 cellule di cancro ovarico in fiasche T75 a 37 ° C in un incubatore CO 2 utilizzando Dulbecco Modified Eagle Medium (DMEM) supplementato con 10% di siero bovino fetale come mezzo di crescita (5% 2 CO).
  2. Seme cellule ad una densità cellulare di 5,000 cellule / pozzetto in una piastra a 96 pozzetti e incubare per 24 ore a 37 ° C in un CO 2 incubatrice.
  3. Immediatamente prima dell'uso, diluire la sospensione NP nel mezzo di crescita completo ad una concentrazione di 1 mg / ml.
  4. Filtrare le sospensioni NP passando attraverso un filtro da 0,2 micron sterile e diluire a concentrazioni desiderate di esposizione (2-500 mg / ml) con mezzo di coltura completo addizionato con 1% di penicillina / streptomicina.
  5. Rimuovere il supporto da ciascuno dei pozzetti della piastra a 96 pozzetti pipettando delicatamente e sostituirlo con 100 ml di sospensioni NP alle varie concentrazioni di esposizione, o con 100 microlitri di media NP-libero per entrambi i controlli citocompatibilità positivi e negativi. Utilizzare 6 pozzi replicati per condizione.
  6. Immediatamente prima del passo successivo, preparare una soluzione 0,5 mg / ml di 3- (4,5-dimetiltiazol-2-il) -2,5-difeniltetrazolio bromuro (MTT) in fenolo DMEM senza rosso. Filtro sterile soluzione MTT attraverso un filtro 0,2 micron sterile.
  7. Dopo aver lasciato i PN per incubare con le cellule per il periodo di tempo desiderato (tycamente 24 o 48 ore), rimuovere le sospensioni NP pipettando con cautela.
  8. Sostituire immediatamente i mezzi di comunicazione con la segue a seconda della condizione:
    1. Per il controllo citocompatibilità negativo, aggiungere 100 ml di metanolo a ciascuno dei 6 pozzi e lasciar riposare per almeno 5 minuti. Dopo il trattamento metanolo, sostituire il metanolo con 100 ml di 0,5 mg / ml di soluzione MTT filtrata sterile in fenolo DMEM senza rosso.
    2. Per il controllo positivo e campioni NP-trattati, sostituire il mezzo con 100 ml di 0,5 mg / ml di soluzione MTT filtrata sterile in fenolo DMEM senza rosso.
  9. Incubare le cellule per 2 a 4 ore in incubatrice. Dopo l'incubazione, esaminare le cellule sotto il microscopio per verificare la formazione di cristalli formazano.
  10. Rimuovere con attenzione la soluzione MTT pipettando e sostituirlo con 100 ml di dimetilsolfossido (DMSO).
  11. Posizionare la piastra da 96 pozzetti su un agitatore e miscelare per alcuni minuti per favorire la dissoluzione del percristalli Mazan.
  12. Misurare l'assorbanza di ciascun pozzetto a 590 nm (picco di assorbimento del prodotto formazano) e 700 nm (baseline).
  13. Sottrarre l'assorbanza del campione a 700 nm (basale) da quella a 590 nm per ogni pozzetto.
  14. Normalizzare la assorbanza corretta dividendolo per la media del controllo positivo e convertire in una percentuale moltiplicando per 100.
  15. Determinare la vitalità percentuale media e deviazione standard per ogni condizione.

6. fototermica trasduzione Studi

Nota:. In questo lavoro un sistema laser precedentemente descritto da Pattani e Tunell viene utilizzato 33

  1. Fototermico trasduzione di NP Sospensioni
    1. Diluire NP in acqua deionizzata alla concentrazione di interesse.
    2. Aggiungere 100 microlitri di sospensione NP ad un pozzetto di una piastra a 96 pozzetti. Posizionare la piastra bene su una piastra calda mantenuta a 25 ° C.
    3. Accendere l'alimentazione al laser e farlo to riscaldare per diversi minuti. In questo studio è utilizzato un diodo laser 808 nm accoppiato in fibra nominale fino a 1 W di potenza.
    4. Far passare il raggio laser verso la fase del campione tramite una fibra ottica. Utilizzare una lente convessa per divergere il fascio laser per la dimensione del punto desiderato.
    5. Misurare la potenza utilizzando un misuratore di potenza standard ed adattarsi a una potenza di 1 W / cm 2.
    6. Accendere telecamera a infrarossi (InSb telecamera a infrarossi (FLIR Systems SC4000)) e impostare la regione di interesse (ROI) posto per leggere la temperatura del punto 6 millimetri in cui il laser è focalizzato.
    7. Posizionare il pozzo di interesse nel punto focale del raggio laser. Registrare la temperatura basale del campione. Accendere il laser e irradiare il pozzo continuo per 5 minuti durante la registrazione della temperatura.
    8. Dopo 5 min, spegnere il laser e continua a registrare la temperatura del pozzo fino al raffreddamento indietro fino alla temperatura iniziale di base.
      Nota: Il calore e raffreddare ogni sospensione per tre volte e calcolare ilvariazione media della temperatura nel tempo. Utilizzare acqua deionizzata a 25 ° C invece di una sospensione NP come controllo negativo per la conversione fototermica.
  2. Fototermico trasduzione di film polimerici
    1. Trasferire il vetrino di vetro ITO rivestimento polimerico ad una piastra calda mantenuta a 25 ° C.
    2. Accendere l'alimentazione al laser e lasciarlo riscaldare per alcuni minuti. In questo studio è utilizzato un diodo laser 808 nm accoppiato in fibra nominale fino a 1 W di potenza.
    3. Far passare il raggio laser verso la fase del campione tramite una fibra ottica. Utilizzare una lente convessa per divergere il fascio laser per la dimensione del punto desiderato.
    4. Misurare la potenza utilizzando un misuratore di potenza standard ed adattarsi a una potenza di 1 W / cm 2.
    5. Accendere telecamera a infrarossi (InSb telecamera a infrarossi (FLIR Systems SC4000)) e impostare la regione di interesse (ROI) posto per leggere la temperatura del punto 6 millimetri in cui il laser è focalizzato.
    6. Posizionare il film al punto focale del raggio laser. Registrare la btemperatura aseline del campione. Accendere il laser e irradiare il campione continuo per 5 min durante la registrazione della temperatura.
    7. Dopo 5 min, spegnere il laser e continuare la registrazione della temperatura del campione fino al raffreddamento indietro fino alla temperatura iniziale di base.
      Nota: Il calore e raffreddare ogni film tre volte e calcolare la variazione media delle temperature nel corso del tempo. Utilizzare una diapositiva ITO spoglia a 25 ° C come controllo negativo per la conversione fototermica.

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Risultati

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Il protocollo di reazione cedevole M1 e M2 è mostrato in Figura 1. I monomeri possono essere caratterizzati da 1 H e 13 C NMR spettroscopia, punto di fusione, ed analisi elementare. Lo spettro NMR 1 H fornisce informazioni per quanto riguarda la connettività degli atomi e dei loro ambienti elettronici; in tal modo, viene utilizzato di routine per verificare che le reazioni sono state completate con successo. Reazioni di a...

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Discussione

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In questo lavoro, NP polimeri elettroattivi sono stati sintetizzati come potenziali agenti PTT per il trattamento del cancro. La preparazione delle nanoparticelle è descritta, iniziando con la sintesi di monomeri seguita da polimerizzazione in emulsione. Mentre la preparazione di polimeri elettroattivi NP utilizzando come EDOT e pirrolo è stato descritto in precedenza, questo documento descrive la preparazione di nanoparticelle polimeriche iniziano uniche monomeri coniugazione estese, dimostrando che questo processo può...

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

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Questo lavoro è stato finanziato in parte dal Texas Emerging Technology Fund (Avvio a TB), l'Università Statale di Ricerca Enhancement Programma Texas, il Texas State University di dottorato di ricerca Fellowship (TC), il Partenariato NSF di Ricerca e Formazione sui Materiali (PREM, DMR-1205670), la Fondazione Welch (AI-0045), e National Institutes of Health (R01CA032132).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Elettrodo di lavoro in platino di 2 mm di diametroCH InstrumentsCH102Lucidato con carta vetrata molto fine
3,4-etilendiossitiofeneSigma-Aldrich483028Purificato mediante distillazione sotto vuoto
3-(4,5-Dimetiltiazol-2-il)-2,5-Difeniltetrazolio Bromuro (MTT) 98%Alfa AesarL11939
505 Dismembratore sonicoFisher Scientific™  FB505110punta da 1/8" e valutato a 500  watt
808 nm diodo laserThorLabsL808P1WJValutato a 1 W
Acetonitrile anidro 99%Acros61022-0010
Avanti J-26 XPIBeckman Coulter393127
Bromohexane 98%MP Biomedicals202323
Dialisi (100.000) MWCOSpectrumLabsG235071
Dimetil solfossido 99% (DMSO)BDHBDH1115
Dimetilformammide anidra (DMF) 99%Acros326870010
Dodecil benzensolfonato (DBSA) TCID0989
Dulbecco' s aquila modificata media (DMEM) Corning10-013 CV
EMS 150 TES sputter coaterMicroscopia elettronica Scienze
Etanolo (EtOH) 100%BDHBDH1156
etile 4-bromobutirrato (98%)Acros173551000
Acetato di etile 99%FisherUN1173
Siero fetale bovino (FBS)Corning35-010-CV
Helios NanoLab 400FEI
HexaneFisherH306-4
Acido cloridrico (HCl)FisherA142-212
Idrochinone 99,5%Acros120915000
Idrozina anidra 98%Sigma-Aldrich215155
Galss rivestita di ossido di indio e stagno (ITO)Delta TechnologiesCG-41IN-CUV4-8 Ω/sq
Cloruro di ferro 97% FeCl3Sigma-Aldrich157740
Solfato di magnesio (MgSO4)Fisher593295essiccato a 100 ° C
SKOV-3ATCCHTB-26
MetanoloBDHBHD1135
n-butlitio (2,5 M) Sigma-Aldrich230707Poli
(stirenesulfonato-acido co-malico) piroforico (PSS-co-MA) 20.000 MWSigma-Aldrich434566
Carbonato di potassioSigma-Aldrich209619essiccato a 100 ° C
Idrossido di potassioAlfa AesarA18854
Ioduro di potassioFisherP410-100
RO-5 piastra di agitazioneIKA-Werke
SC4000 Telecamera IRFLIR
Synergy H4 Lettore ibridoBiotek
Perclorato di tetrabutilammonio (TBAP) 99%Sigma-Aldrich3579274Purificato mediante ricristallizzazione in acetato di etile
Tetraidrofurano anidro (THF) 99%Sigma-Aldrich401757
tetrakis(trifenilfosfina) palladio(0)Sigma-Aldrich216666Termomiscelatore sensibile all'umidità
Eppendorf
Potenziostato/galvanostato USBWaveNowAFTP1
Zetasizer Nano ZsDisposizione ottica Malvern175°
Cloruro di zinco (1 M) ZnCl2Acros370057000

Riferimenti

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