Sintesi facile di micelle vermiforme dalla luce visibile mediata polimerizzazione in dispersione Utilizzando Photoredox Catalyst

L'obiettivo generale di questo protocollo è dimostrare la sintesi semplice di micelle a forma di verme mediante polimerizzazione mediata da luce visibile. Questo metodo prevede la preparazione di nanoparticelle polimeriche, utilizzabili per diverse applicazioni come la nanomedicina. Il principale vantaggio di questo procedimento è la produzione di nanoparticelle a forma di verme attraverso un processo in due fasi. Le implicazioni di questa tecnica si estendono al campo del rilascio di farmaci, poiché in numerosi studi è stato dimostrato che le nanoparticelle a forma di verme caricate con farmaci determinano un aumento dell'assorbimento cellulare.

Per iniziare questa procedura, aggiungere i reagenti appropriati come indicato nel protocollo testuale, un agitatore magnetico e 50 millilitri di acetonitrile in un pallone da 100 millilitri a fondo rotondo. Sigillare il pallone con un setto di gomma delle dimensioni appropriate e un filo di acciaio. Successivamente, raffreddare il pallone a meno di quattro gradi Celsius in un bagno di ghiaccio e acqua.

In seguito, deossigenare il pallone per trenta minuti mediante l'insufflazione di azoto direttamente nella miscela di reazione attraverso un ago da 21 gauge, con un secondo ago da 21 gauge utilizzato come sfogo. Posizionare il pallone in un bagno d'olio a 70 gradi Celsius per cinque ore e mezza. Al termine della reazione, arrestare la polimerizzazione immergendo direttamente il pallone in un bagno di ghiaccio e acqua ed esponendo il contenuto all'aria.

Successivamente, rimuovere l'acetonitrile agitando sotto un flusso continuo di aria compressa. Quindi, ricongliere la miscela grezza in circa 40 millilitri di tetraidrofurano o THF. A questo punto, aggiungere lentamente, goccia a goccia, il contenuto del matraccio a 400 millilitri di una miscela di essenza di petrolio ed etere dietilico in rapida agitazione e continuare a mescolare fino a quando il soprannatante non risulti più torbido.

Una volta completata la precipitazione, decantare il surnatante e ridisciogliere il residuo polimerico in circa 40 millilitri di THF. Ripetere il processo di precipitazione almeno altre due volte per garantire la completa rimozione del monomero residuo. Successivamente, rimuovere il solvente in eccesso dall'omopolimero purificato agitando sotto un flusso continuo di aria compressa, seguito da essiccazione in stufa sotto vuoto per quattro ore.

A questo punto, determinare il peso molecolare medio numerico dell'omopolimero mediante spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, utilizzando un metodo precedentemente descritto. Mediante cromatografia di permeazione su gel, calcolare la dispersità del polimero. Se il peso molecolare del vostro omopolimero sintetizzato differisce dal peso molecolare di 9000 indicato qui, potrebbe comunque essere possibile ottenere un gel a forma di verme nel passaggio successivo.

Tuttavia, il tempo di reazione varierà. A questo punto, preparare una soluzione madre di un milligrammo per millilitro del catalizzatore foto-redox a base di rutenio in etanolo. Conservare la soluzione madre in frigorifero per minimizzare l'evaporazione del solvente.

Successivamente, tappare una pipetta di Pasteur con una piccola pallina di ovatta utilizzando una seconda pipetta per compattarla bene. Versare l'ossido di alluminio basico nella pipetta fino a ottenere un'altezza di circa cinque centimetri. Quindi, rimuovere l'inibitore mono metil etere idrochinone nel BzMA facendo passare circa tre millilitri attraverso la pipetta e raccogliendo il BzMA de-inibito.

Aggiungere il BzMA de-inibito, l'omopolimero, la soluzione madre del catalizzatore al rutenio, il nitrile di acetone, l'etanolo e la barretta magnetica in un vial di vetro da quattro millilitri. Successivamente, eseguire la procedura di deossigenazione come descritta in precedenza. Dopo di ciò, posizionare il vial in un becher di vetro da 2000 millilitri foderato con strisce LED blu e irradiare a temperatura ambiente con agitazione magnetica.

Dopo venti ore, monitorare abitualmente il vial di reazione e rimuoverlo dal reattore quando la soluzione ad alta viscosità forma un gel autosostenibile all'induzione del vial. Pertanto, se la configurazione del reattore è diversa da quella qui presentata, la gelificazione, che indica la formazione di micelle a forma di verme, sarà comunque osservabile, ma a un tempo di reazione differente. E ciò dipenderà effettivamente dalla velocità di polimerizzazione del vostro reattore.

Dopo aver rimosso il vial dal reattore, arrestare la polimerizzazione esponendo il gel di nanoparticelle all'aria per alcuni minuti. Conservare il vial chiuso in posizione verticale al buio. Per l'analisi al microscopio elettronico a trasmissione (TEM), collocare circa 40 milligrammi del gel di nanoparticelle grezzo in un vial di vetro da quattro millilitri.

Agitare continuamente il gel di nanoparticelle utilizzando un agitatore vortex e aggiungere quattro millilitri di etanolo goccia a goccia nell'arco di almeno cinque minuti. Rimuovere eventuali aggregati macroscopici dal campione di nanoparticelle diluito filtrando attraverso ovatta di vetro. Infine, eseguire l'analisi al microscopio elettronico a trasmissione (TEM) del campione di nanoparticelle diluito seguendo una procedura precedentemente descritta.

In questo studio viene utilizzato un protocollo di polimerizzazione a due stadi per la sintesi di micelle a forma di verme mediante un approccio PISA. Durante la polimerizzazione, la miscela reattiva inizialmente trasparente diventa torbida, in accordo con la polimerizzazione in dispersione, e infine passa a uno stato gelatinoso altamente viscoso, indicativo della formazione di micelle a forma di verme. Sono evidenti indizi di una polimerizzazione vivente, con basse dispersità polimeriche e una buona correlazione tra peso molecolare e conversione del monomero.

Inoltre, i tracciati della cromatografia a permeazione di gel indicano una distribuzione prevalentemente unimodale con conversione variabile, sebbene in questo sistema si osservi una certa terminazione ad alto peso molecolare e una coda a basso peso molecolare. La formazione di una morfologia a micelle simili a vermi è inoltre ottenibile in diverse condizioni di reazione, come diversi tipi di provette e composizioni dei reagenti, ma anche se la sorgente luminosa viene applicata in modo intermittente. Ciò implica che, nonostante l'effetto marcato della penetrazione della luce sui tassi di polimerizzazione nella maggior parte dei sistemi di fotopolimerizzazione, il comportamento di gelificazione in questo protocollo può comunque essere utilizzato come indicatore affidabile della formazione di micelle simili a vermi.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come generare nanoparticelle con forma programmabile che siano in grado di auto-organizzarsi in un gel.