Sintesi di Poly (

L'obiettivo generale di questo esperimento è sintetizzare microidrogeli janus composti dallo stesso materiale di base e dotati di termoresponsività isotropa, nonché della capacità di caricare sostanze organofile e idrofile, utilizzando la separazione di fase liquido-liquido di un monomero super-saturo di N-isopropilacrilamide. Masote può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo dei sistemi di rilascio di gocce, in particolare per lo sviluppo di trocharia avanzate, che richiedono la capacità di trattenere combustibili idrofili/organofili all'interno di una singola particella. Il principale vantaggio di questo approccio è la sintesi di microidrogeli janus monodispersi con una morfologia chiaramente compartimentalizzata e la possibilità di modulare le dimensioni dei microidrogeli janus mediante l'utilizzo di un dispositivo microfluidico.

La procedura sarà dimostrata da Kyoung Duck Seo e Andrew Choi, i miei studenti di dottorato. Utilizzare il wafer strutturato ottenuto come descritto nel protocollo testuale come stampo maestro per la colata del PDMS. Mescolare in modo omogeneo il prepolymer del PDMS e l'agente indurente in un rapporto ponderale di 10 a 1.

Ad esempio, utilizzare un grammo di agente indurente per 10 grammi di prepolymero di PDMS. Versare il prepolymero di PDMS nello stampo master ed esporlo a vuoto per un'ora in una camera a vuoto. Successivamente, posizionare lo stampo master con il prepolymero di PDMS in un forno a 65 gradi Celsius per tre ore.

Tagliare il PDMS polimerizzato alle dimensioni di un singolo chip utilizzando un bisturi affilato. Staccare con cura il replica di PDMS polimerizzato dallo stampo master a mano. Praticare fori per l'ingresso e l'uscita in una delle repliche utilizzando un perforatore con un diametro leggermente inferiore al diametro esterno del tubo di collegamento.

Quindi, applicare un trattamento al plasma d'aria sull'area di incollaggio di ciascuna replica utilizzando un apparecchio per trattamento a corona. Depositare cinque microlitri di metanolo sulle aree trattate al plasma d'aria. Infine, allineare due repliche identiche di PDMS per fabbricare manualmente l'HFMD.

Verificare l'allineamento mediante microscopio. Posizionare l'HFMD in un forno impostato a 65 gradi Celsius per tutta la notte per rafforzare il legame tra le due repliche di PDMS. Sciogliere il monomero NIPAAm in acqua deionizzata in rapporto ponderale uno a uno utilizzando un miscelatore vortex.

Ad esempio, sciogliere 10 grammi di NIPAAm in 10 millilitri di acqua deionizzata. Lasciare riposare la soluzione del monomero in posizione verticale a temperatura ambiente per almeno 15 minuti. Quando l'interfaccia che separa le due fasi diventa chiara, estrarre con attenzione due millilitri di soluzione del monomero dalle fasi ricca in N e povera in N senza disturbare tale interfacca, utilizzando una pipetta.

Successivamente, aggiungere quattro milligrammi di MBAAm alle soluzioni di monomero estratte ricche e povere di azoto come agente di reticolazione. Quindi, aggiungere quattro milligrammi dell'iniziatore fotocinetico alle soluzioni per preparare i fluidi del nucleo uno e due per il campione con bassa concentrazione di agente di reticolazione. Infine, sciogliere il 10 percento in peso di surfattante oleoso nell'olio minerale per preparare il fluido di guaina.

Caricare due millilitri dei fluidi del nucleo uno e due e del fluido di guaina in tre siringhe distinte da tre millilitri. Montare le siringhe sulle pompe per siringhe e collegare ciascuna siringa all'ingresso del fluido corrispondente dell'HFMD mediante tubi. Utilizzare i tubi per collegare l'uscita del fluido dell'HFMD a un serbatoio di raccolta.

Impostare le pompe a siringa per infondere i fluidi del nucleo uno e due a portate di due microlitri al minuto e per infondere il fluido di guaina a 10 microlitri al minuto. Successivamente, posizionare la sorgente di luce UV perpendicolarmente a circa un centimetro di distanza dal serbatoio di raccolta.

Accendere la sorgente di luce UV e monitorare visivamente la produzione continua di microidrogeli janus. Raccogliere i microidrogeli janus prodotti in un tubo conico e lavarli con alcol isopropilico. Successivamente, centrifugare il tubo conico per far sedimentare i microidrogeli.

Ripetere il passaggio di centrifugazione utilizzando acqua deionizzata con il tensioattivo per rimuovere l'alcol isopropilico residuo attorno ai microgel di Janus. Conservare i microgel di Janus completamente lavati in un vial da 10 millilitri contenente acqua deionizzata. Utilizzare una pipetta per posizionare i microgel di Janus sintetizzati in una piastra a 24 pozzetti.

Lasciare sedimentare gli idrogeli per 15 secondi fino a quando si forma uno strato monoalayer sulla superficie inferiore della pozzetta. Acquisire un'immagine del microidrogel janus a 24 gradi Celsius utilizzando un microscopio ottico eretto con un obiettivo 5x. Posizionare un modulo termoelettrico sotto la piastra di pozzette e regolare la tensione di questo modulo per aumentare la temperatura della soluzione contenente i microidrogeli janus a 32 gradi Celsius.

Ottenere nuovamente un'immagine del microgel di tipo Janus a 32 gradi Celsius utilizzando un microscopio ottico eretto con un obiettivo 5x. A partire da 25 immagini di diversi microgeli di tipo Janus a 24 e 32 gradi Celsius, misurare il raggio delle fasi polimerizzate ricche in pN e povere in pN mediante software di analisi delle immagini seguendo le istruzioni del produttore. Qui viene mostrato lo schema del dispositivo HFMD per la generazione di microgocce di tipo Janus.

Le soluzioni ricche e povere di azoto vengono iniettate con precisione nell'HFMD e frammentate in microgocce all'orifizio dal fluido di richiamo costituito da olio minerale. Le microgocce di tipo Janus ottenute tramite HFMD presentano diversi rapporti volumetrici tra soluzione ricca e povera di azoto, come mostrato qui. Il rapporto volumetrico tra la soluzione ricca e quella povera di azoto che compongono i microidrogeli è controllato modificando la portata di ciascuna soluzione.

Di seguito sono mostrati schemi e micrografie ottiche di microgocce janus e microidrogeli in risposta a variazioni ambientali e termiche. Per quantificare la termoresponsività, è stato misurato il raggio delle microgocce janus e dei microidrogeli, che ha evidenziato un comportamento anisotropo e termoresponsivo causato dalle differenze di concentrazione del monomero NIPAAm tra le regioni ricche di pN e quelle povere di pN. La capacità di carico organofila/idrofila di questi microidrogeli è osservata nel fatto che coloranti liposolubili tendono fortemente a sciogliersi nella soluzione ricca di N.

Mentre i coloranti solubili in acqua preferiscono sciogliersi nella soluzione povera di azoto, alla fine vengono realizzati microidrogeli Janus con capacità di carico idrofilo/organofilo all'interno di una singola particella. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 40 minuti se preparata correttamente.

Nel tentativo di eseguire questa procedura, è importante ricordare di mantenere le condizioni ambientali, in particolare la temperatura, poiché soluzioni altamente concentrate di NIPAAm cristallizzano al di sotto di 25 gradi Celsius. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica aprirà la strada ai ricercatori nel campo dei sistemi di somministrazione di farmaci per sviluppare microidrogeli funzionali in grado di controllare i tassi di rilascio dei farmaci e di incapsulare più farmaci senza contaminazione incrociata. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come sintetizzare microidrogeli janus composti da poli-NIPAAm come materiale di base.