Sintesi degli elastomeri molli polisilossano-urea per applicazione di lente intraoculare

Questo studio descrive vie sintetiche per amminopropil terminato polydimethylsiloxanes e polidimetil-metil-fenil-silossano-copolimeri a blocchi e per elastomeri morbidi a base di polisilossano urea (PSU). Presenta l'applicazione di PSU come accomodante una lente intraoculare. Inoltre è descritto un metodo di valutazione per citotossicità in vitro .

I metodi dimostrati in questo video mostrano un modo conveniente per sintetizzare polisiloxani amino-terminati e poliuree a base di polisiloxano morbide adatte all'applicazione come lente intraoculare accomodante. Il vantaggio principale di queste tecniche è che la sintesi e l'analisi dei polimeri possono essere eseguite facilmente secondo metodi standard senza alcuna complicata configurazione sperimentale. L'implicazione di questa tecnologia si estende verso la terapia della cataratta perché la maggior parte dei materiali delle lenti intraoculari disponibili in commercio sono basati su polimeri acrilici troppo rigidi per consentire un alloggio sufficiente.

Sebbene questo metodo sia stato ottimizzato per fornire materiali di caratteristiche molto morbide, di altissima trasparenza, il metodo può essere facilmente adottato per fornire materiali con caratteristiche prestazionali completamente diverse, materiali che potrebbero essere applicabili anche ad esempio come rivestimenti. La dimostrazione visiva dei metodi è fondamentale in quanto alcuni dei passaggi di sintesi e analisi sono difficili da descrivere perché includono dettagli sperimentali importanti per prestazioni di successo. In primo luogo, aggiungere 19,5 grammi di D4 degassato e 0,9 grammi di APTMDS a un pallone rotondo a tre colli da 100 millilitri dotato di agitatore centrifugo rivestito in PTFE e ingresso e uscita di azoto.

Aggiungere circa 26 milligrammi di catalizzatore precedentemente preparato e mescolare la miscela di reazione per 30 minuti a 80 gradi Celsius sotto un flusso continuo di azoto. Utilizzando un imbuto che cade, aggiungere 45,5 grammi di D4 cadere saggiamente alla miscela di reazione entro due o tre ore e mescolare ulteriormente a 80 gradi Celsius per 24 ore sotto un flusso continuo di azoto. In seguito, scambiare l'agitatore centrifugo con una grande barra di agitazione magnetica ovale e sigillare il pallone inferiore rotondo a tre colli con due tappi di vetro.

Utilizzare un adattatore con una valvola e riscaldare lentamente il PDMS a 150 gradi Celsius sotto un vuoto di 0,1 millibar per distillare i prodotti laterali ciclici utilizzando una linea Schlenk. Successivamente, aggiungere da uno e mezzo a due grammi di polisiloxano a un pallone conico da 250 millilitri contenente una barra di agitazione magnetica e sciogliere il polisiloxano in 50 millilitri di THF sotto agitazione continua. Titolare gli ammino gruppi con acido cloridrico molare 0,1 usando il blu bromofenolo fino a quando non si osserva un cambiamento di colore dal blu al giallo.

Ripetere la titolazione con tre campioni per calcolare il peso molecolare medio numerico. Aggiungere 2.939 grammi di H12 MDI a un pallone a reazione del fondo rotondo a quattro colli da 250 millilitri dotato di agitatore centrifugo, imbuto di caduta e ingresso e uscita dell'azoto. Sciogliere l'H12 MDI in 40-50 millilitri di THF.

Quindi, sciogliere 45 grammi di PDMS degassato in 100 millilitri di THF in un becher. Aggiungere la soluzione PDMS per rilasciare saggiamente alla soluzione H12 MDI tramite un imbuto di caduta sotto agitazione continua e un flusso di azoto a temperatura ambiente. Quindi sciacquare il becher e far cadere l'imbuto con 50 millilitri di THF e aggiungere questa soluzione al miscelatore di reazione.

Aggiungere porzioni della quantità stechiometrica dell'estensione della catena APTMDS alla soluzione pre-polimerica. In primo luogo, aggiungere l'80% della quantità stechiometrica calcolata dell'estensione della catena disciolta APTMDS alla miscela di reazione. Aggiungere l'ultima porzione dell'estensione della catena alla miscela di reazione e controllare la scomparsa della banda di assorbimento dell'isocianato nello spettro FTIR.

Per ottenere elastomeri di poliurea non citotossici a base di poliasiloxani ad alto peso molecolare, è importante che l'ultima porzione dell'estensore della catena sia pesata con precisione e aggiunta alla soluzione polimerica con un rapporto stechiometrico bilanciato. Versare la soluzione di urea o PSU a base di polisiloxano risultante in una piastra di Petri in vetro ricoperto di lamina PTFE ed evaporare il solvente durante la notte nella cappa dei fumi. Unire da sette a otto grammi di piccoli pezzi di PSU e da 200 a 250 millilitri di cloroformio in un pallone conico da 250 a 300 millilitri.

Aggiungere una barra di agitazione magnetica e sigillare liberamente il pallone con un tappo di vetro e mescolare la miscela per almeno 24 ore. Il giorno seguente, aggiungere la soluzione omogenea a una piastra di Petri di vetro e coprirla con un foglio di alluminio perforato. Assicurarsi che la piastra di Petri si trova in un'area ben ventilata per consentire ai solventi di evaporare.

Dopo aver asciugato il film, rimuoverlo con cura dalla superficie di vetro della piastra di Petri utilizzando una piccola spatola sottile e conservarlo in una busta trasparente per la caratterizzazione meccanica. Per preparare campioni di osso di cane tagliati tagliati dalle pellicole PSU, posizionare il film sotto un'unità di coltello da punzonatura. Spingere la leva verso il basso per perforare la provetta e conservarla per almeno 72 ore a temperatura ambiente.

Quindi, premere il pulsante di accensione su una macchina di test di trazione e fare clic sul pulsante per passare alla posizione iniziale nella finestra principale del software. Dopo aver rimosso l'involucro trasparente, ispezionare la provetta sotto un polarizzatore incrociato per escludere qualsiasi sollecitazione interna. Misurare lo spessore e la larghezza della provetta utilizzando una pinza.

Quindi inserire i valori per spessore e larghezza nei campi corrispondenti nella finestra principale del software. Ora fissare il campione di prova tra le ganasce di bloccaggio superiori della macchina di prova. Fare clic sul pulsante zero forza nella finestra principale del software.

Quindi fissare l'estremità inferiore della provetta tra le ganasce di bloccaggio inferiori della macchina di prova. Fare clic sul pulsante di misurazione iniziale per avviare la misurazione dell'isteresi. Per la prova di trazione, ripetere i passaggi precedenti.

Aggiungere campioni precedentemente sterilizzati di PSU e 0,7 grammi di Pellethane come riferimento a tubi di centrifuga conica da 15 millilitri. Estrarre i campioni con DMEM senza FBS per 72 più o meno due ore a 37 gradi Celsius e 5% di anidride carbonica con un rapporto di estrazione di 0,1 grammi per millilitro. Preparare campioni ciechi aggiungendo DMEM senza FBS in tubi di centrifuga conica da 50 millilitri ed eseguire la stessa estrazione.

Successivamente, pipetta 200 microlitri di ogni estratto di PSU in sei pozzi di una micropiastra da 96 porri contenente cellule HaCat. Successivamente, pipetta 200 microlitri del campione cieco in sei pozzi. Per il controllo negativo, pipette 200 microlitri di DMEM fresco integrati con 10%FBS in sei pozzi.

Per il controllo positivo, pipette 200 microlitri di DMEM integrati con 10%FBS e 1%SDS in sei pozzi. Dopo aver incubato le cellule per 24 ore a 37 gradi Celsius e 5% di anidride carbonica, rimuovere gli estratti, i campioni ciechi e i controlli. Quindi pipettare 120 microlitri di una soluzione stock MTS precedentemente preparata in ogni pozzo, compresi i sei pozzi senza celle per determinare lo sfondo.

Dopo aver incubato le cellule nella soluzione MTS per quattro ore, misurare l'assorbanza di ogni pozzo a 492 nanometri utilizzando un lettore di micropiastrine. L'equilibrazione della catena ad anello di D4 e metilfenil D4 con APTMDS ha prodotto rispettivamente polidimetisiloxani aminopropil-terminati e copolimeri di polidimetilfenililossano. I polidimetilsilosani aminopropil-terminati sono stati sintetizzati con pesi molecolari tra 3.000 e 33.000.

La copolimerizzazione del silossano ciclico con gruppi fenili pendenti metilfenil D4 ebbe successo con un indice di rifrazione che aumentava da 1,401 a 1,4356. In linea la spettroscopia FTIR degli elastomeri PSU ha confermato la reazione estremamente rapida dei gruppi isocianati con gli ammino gruppi del PDMS e dell'APTMDS. Le pellicole trasparenti di elastomero PSU mostravano una trasmittanza superiore al 90% fino a un peso molecolare MDS di 18.000.

Con pesi molecolari PDMS più elevati, le pellicole PSU divennero sempre più opache. Con un aumento del peso molecolare del PDMS, potrebbero essere preparati elastomeri PSU morbidi. Il modulo dei giovani degli elastomeri della PSU è diminuito da 5,5 a 0,6 megapascal.

L'isteresi meccanica è stata ridotta per gli elastomeri PSU quando sono stati preparati da PDMS ad alto peso molecolare. I valori di isteresi sono stati il primo ciclo con un ceppo del 100% ridotto dal 54 al 6%Il metodo sintetico applicato ha permesso la preparazione di elastomeri PSU che non rilasciano residui citotossici, come mostrato nei test di vitalità cellulare eseguiti con estratti di elastomeri PSU su cellule HaCat. Durante l'esecuzione della sintesi dei polisiloxani amino-terminati, è importante pesare con precisione la quantità calcolata di silani a base perché questo determina in gran parte il peso molecolare finale del polisiloxano.

Seguendo questa procedura, possono essere preparate poliuree o polisiloxani che contengono diversi gruppi pendenti come i silani. I sillani avrebbero il vantaggio di produrre materiali di cross linking. Tali materiali di cross linking apriranno nuove potenziali applicazioni come medicazioni per l'eluizione dei farmaci, materiali biofunzionalizzati o gel morbidi.

Non dimenticare che lavorare con gli isocianati e l'idrossido di tetrametil ammonio può essere pericoloso e precauzioni come occhiali di sicurezza e guanti a mano devono sempre essere prese durante l'esecuzione di questa procedura.