Name: 眼内レンズ用ソフト ポリシロキサン尿素エラストマーの合成 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-08T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 49 s
Description: 学ぶポリシロキサン尿素エラストマーの合成法。アミノプロピル末端ポリシロキサンを調製し、眼内レンズ用の軟質で透明な材料を開発する方法を解説。細胞毒性評価も含む。

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著者は連邦教育省を感謝したいし、下でこの作業を資金調達のための研究 (BMBF) 許可番号 13FH032I3。ドイツ研究振興協会 (DFG Gepris プロジェクト 253160297) による財政援助は感謝します。さらに著者は、 1H NMR と29Si 核磁気共鳴測定を実行するためのテュービンゲン大学から Priska コルブとポール ・ シューラーに感謝を捧げるみたい。おかげで、また CSC Jäkle Chemie GmbH & Co. KG のため H12MDI の供給のため。著者は、応力-ひずみヒステリシス測定と彼女のサポートのためハーバート Thelen、エチレンオキ サイド滅菌の PSU のサンプルを実行するための Biotronik からアンドレ ・ レムとラダ Kitaeva (ロイトリンゲン大学) を感謝したいです。

著者申告するものがあります。

高分子量のアミノプロピル終了 PDMSを介してリング チェーンの平衡を無水、使用を達成するためには、強塩基性触媒が重要です。水酸化カリウム (KOH) や水酸化テトラメチル アンモニウム (TMAH) など、他の一般的に適用される触媒側反応を促進する水の残基を含むしたがって、44二、光、および同じような分子量が機能しない PDMS 鎖の混合物が得られます。さらに、TMAH を使用している場合、反応が必要です。 &gt; 完了し、48 h は常にではない完全なモノマー消費44を続行します。
特に、計量、endblocker APTMDS は、PDMS の所望の分子量を取得する重要です。たとえば、APTMDS の 0.9 g の代わりにプロトコルのセクション 2.1 で説明されているように、PDMS を合成に 0.85 g を使用する場合これにつながる理論分子量約 &gt; 900 g·mol-1。さらに、理論分子量、変換によって異なります。環状側製品はかなり削除された経由で減圧蒸留ではない場合は、高変換値が取得されます。たとえば、同じ合成手順 (プロトコルのセクション 2.1) のように、使用する 90% の計算された変換につながる理論的に計算される分子量;85% の変換が推定される場合、この値は 910 g·mol-1よりも大きいです。滴定法によるポリシロキサンの分子量測定の誤差は、滴定の 50 mL ビュレットを使用する場合に特に可能性、フラスコに PDMS の重さに関連しています。ポリシロキサンの 0.06 g の重さに関連する偏差は、〜 650 g·mol-1の計算違いにつながる可能性があります。したがって、半自動滴定装置の使用をお勧めします。
PDMS の屈折率フェニル グループ17,51の定款によって増加することができます, ハロゲン化フェニル グループ52硫黄を含むグループ53。Yilgör、さざ波、マグラス54のとおり PDMSを介してoctaphenylcyclotetrasiloxane (D4Ph) との共重合にフェニル基を組み込む試みは応用の反応条件下で成功しなかったおそらくかさばるリング バックボーン選択反応温度でシロキサン結合を分割する応用の触媒の不可能となったため。島が 160 ° C の反応温度で使用される場合、D4Phリングを開くことができます。しかし、おそらく機能しない不純物の多量を含んでいる非常に高分子量のポリシロキサンが得られます。さらに、これらの共重合体の触媒コの取り外しは簡単ではないと触媒水溶液抽出に続いて、エタノールの HCl を使用して中和手順が必要です。その後、PDMS は PDMS を含む有機相から水相を分離する CH2Cl2などの有機溶媒に溶解します。最後に、有機相は MgSO4、続いてろ過と54回転蒸発器を用いて真空蒸留で乾燥する必要があります。対照的に、本稿で紹介した方法によりする触媒熱分解を介してすぐに削除します。したがって、固体モノマー D4Phを使用する代わりにフェニル基が正常に導入される PDMS のバックボーンに液体モノマー D4Ph、私共重合による29Si 核磁気共鳴による確認分光50。
合成の PSU エラストマー展示 0.6 - YM 5.5 MPa ・最大 1,000% の伸び値を持つ高弾性。このような高い伸び値 PSU エラストマーの高分子量にも高分子を分割するだけでなく関連していた (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58590/58590eq1.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px;"> &gt; 100,000 g·mol-1)48。アミノ基と急速に分子量の増加につながる、室温で脂肪族 isocyanyate グループ間に瞬時の反応が発生します。この結果さらに支えられ、溶媒中で反応を行う反応速度を大幅に遅く粘度のわずかな増加は表示されませんでしたのでほぼバランスの分子量を劇的に影響するだろうそれ以外の場合化学量論比。対照的に、チェーンの延長として 1, 4-ブタンジ オールなどの短鎖ジオールを使用すると、結果ウレタン-ウレア エラストマーが少ない弾性のみならず失われたかなりの機械的安定性高分子量の PDMS だった場合は特に合成に使用されます。この結果 (結果は公開されていません)、エラストマーのかなり低分子量に関連していたおそらく重の最後の段階ですべてのイソシアネートの不完全な変換に対応します。さらに、脂肪族ジイソシアネートに向かってアミノ基とヒドロキシル グループの反応性の違いは、生体外の細胞毒性試験から得られた結果を大幅に影響。アミノ鎖エクステンダー APTMDS から調製した PSU エラストマーの抽出 (図 12)、細胞に細胞毒素の効果は展示していません。ただし、シロキサン ベース ウレタン-ウレア エラストマーの抽出物を使用した場合細胞生存率は大幅に削減 (公開されていません)、結果、おそらく低分子量の浸出物と残留未反応イソシアネートに関連していた。
このプロトコルでは、その後高分子量、柔らかく、そして弾性ポリシロキサン尿素エラストマーの合成 macrodiamines として使用することができますアミノ酸機能ポリシロキサンを準備するための便利な方法について説明します。電源ユニットの機械的性質は、PDMS 分子量に従って変えることができる、他のアプリケーションの分野でこれらのポリマーを使用することが可能です。さらに、経由でペンダント ビニル基 (結果は示されていない) を有する環状シロキサンの共重合側グループ、ビニル基などの導入のためアミノ酸機能ポリシロキサンを準備するための手順を使用できます。これが新しい応用分野を開く可能性があります、ソフト架橋の準備を含むポリシロキサン ゲル (例えば、水素機能シリコーン Pt 触媒ヒドロシリル化やメルカプト機能 PDMS の UV 重合チオール-エン付加によって) (結果は示されていない)。

老人性白内障は、60 歳以上の年齢層に影響を与えるは、天然の水晶の高度な混濁につながります。この年齢関連の条件の原因となるは、おそらく、UV 照射1,2,3が加速酸化変更。老人性白内障のため従来の治療法には、人工の眼内レンズ (IOL) の注入によって、空のレンズ カプセルを介して注入システム2に続いて白内障のレンズの摘出が含まれます。ただし、モールドの大半は非常に堅い構造を持つアクリル系ポリマー (疎水性と親水性のアクリル酸またはメタクリル酸ポリマー) から製造されました。したがって、目は様々 な距離2,4に対応する能力を失います。したがって、固定焦点の眼内レンズのインプラント症例近いビジョン用の眼鏡に依存している (e.g。、新聞や本を読みながら)5。
白内障手術後の宿泊施設の能力を復元する方法の違いが報告されています。2 つの主要な戦略これらのアプローチの間で区別できる: 液体やゲル状のポリマーを注入して開発ソフト、折り畳み式、モールド6,7,8空水晶体カプセルを補充します。自然な人間の目のレンズ (約1-2 kPa)9; の低ヤング率でゲルを準備することができますので、「補充」はレンズの概念は有望ですただし、この方法はまだ実験的8、動物の目に関する研究のみ。
膨脹可能なシリコーン風船10液状シリコーンでいっぱいをはめ込むことによってまたは直接注入カプセル経由でヒドロシリル化で治った後シリコーン11,12レンズ カプセルが補充されています。.ただし、術前の状態と比較して低い宿泊施設振幅は、バルーンの表面のしわに関連する問題、深刻な二次白内障 (前部と後部のカプセルの混濁) の形成が注目される7をされています。 8,12,13。特に、長い硬化時間 70 分 (12 h) は、術後炎症10,14に主要な周囲の目のコンパートメントに漏洩のリスクの増加を引き起こします。水晶を交換するための他の材料の推奨したがって、ヒドロゲル ポリエチレング リコール レートに基づくビニル アルコール (N-ビニルピロリドン)15、メタクリル酸変性アクリレート変更共重合体を含むポリシロキサン16,17、poloxamer18、およびジイソシアネート架橋ホルマリン9。ただし、粘度モノマー (すなわち、注入および架橋後の腫れのゲル)、非常に低または高屈折、機械的安定性と完全性、予測不可能な術後の屈折値、低宿泊施設の範囲と白内障の形成は、主な問題6,7,8,9,15,18を構成します。商業的に、収容能力は主に折りたたみ式の眼内を開発することによって復元されます。このようなモールドのべきである毛様体筋の収縮、レンズ カプセルを介しての前歯に眼内レンズの光の動きで宿泊施設を提供します。いくつかのモデルは、1996 年、2001 年の市場および 2002年7,8で導入されています。ただし、臨床試験中に推定宿泊施設振幅それらの注入は-モールドが非常に低い (≤ 1.5 D) 裸眼 (3-4 D) を読んで6,7,8,19を許可するには,20します。 したがって、6、21の範囲 (iol)、構成の 2 つ接続されている光学 (デュアル光学 IOL) は、宿泊施設を増やすことで開発されています。相反する結果が報告されている22,23,24,25をされているにもかかわらず、人間の目で、その緩和性能の 1 つだけのレンズの設計を検討されています。
通常、シリコーンエラストマー同視される生物学的に不活性および無毒。したがって、シリコーンエラストマー医学と医用工学 (例えば、乳房インプラント、顎顔面インプラント、共同義肢、創傷被覆材、カテーテル、排水溝、シャント) における生体適合性材料として適用されている長い歴史があります。26,27. 彼らの柔らかさと、透明性と高い酸素透過性によりシリコーンエラストマーもアプリケーションを見つけるコンタクト レンズとモールド2,28,29。ただし、シリコーンは、架橋を共有して往々 にして十分な機械的完全性を得るためにフィラーを補強する必要があります。架橋エラストマーの後続の処理を禁止熱可塑性メソッドによっていずれか不利である (例えば、射出成形)、ソリューションから処理 (例えば、溶液キャスト法)。対照的に、熱可塑性ポリウレタンは機械的安定性を示すが、ポリエステルやポリエーテル系 macrodiols を使用している場合は特に生物学的環境の低下に敏感であります。したがって、機械的特性に優れた柔軟性、加水分解や酸化安定性を組み合わせることで取り組みにポリウレタン、ウレタン-ウレア、ソフト セグメントとしての水酸基やアミノ-汎 PDMS 定款に集中しているとpolyureas27。異なるポリエーテル系 macrodiols が PDMS30,31 と一緒に組み込まれている非常に無極性 PDMS ソフト セグメントと極ウレタンまたは尿素ハード セグメントの互換性を強化して機械的性質を改善するには、 ,32。特に、Thilak ・ グナティラカ グループが体系的に改善された biostability との長期的な開発と応用や人工ペース メーカーの断熱材など機械的性質によるポリウレタンのシリコーンの開発を検討します。心臓弁33。彼らは水酸基 PDMS 異なるポリエーテルと脂肪族ポリカーボネート ジオールを構成する混合のソフト セグメントを持つ芳香族ポリウレタンを合成しました。すべての合成ポリウレタンへ酸化物 (PHMO) と PDMS 展示の組み合わせの中では、ハードに関して最高の機械的性質は、互換性30をセグメント化します。その後の研究でさらに PDMS-PHMO 比の影響とシシロキサン ベース チェーン エクステンダー シリコン ポリウレタン34,35,の機械的性質に定款を検討彼ら36. 結果が 80 wt %pdms の 1, 3-bis(4-hydroxybutyl)-tetramethyldisiloxane (BHTD) などの共同チェーン エクステンダーに加えて 20 wt %phmo、macrodiol 構成が良好な機械的性質と柔らかいポリウレタンを生成することを明らかにし、熱可塑性樹脂の加工性。さらに、これらのシリコーン ポリウレタンは、一般的応用ソフト ポリエーテル ウレタン37,38,39に比べて強化された biostability を展示します。
生体適合性および同じような材料とその使用心血管用の安定性はまた報告された40,41,42をされています。これらの結果に基づいて、シリコーン系ポリウレア エラストマー (Psu) チェーンのシシロキサン ベースのエクステンダーと考えられている高い柔軟性と、柔らかさをもたらすとはいえの適用後の形状を保持するための十分な機械的強度繰り返し強調します。例えば、以前にシリコーンを用いた作製に使用した、デザイン内で荷重を処理する非常にソフトだったのでハーマンズらは実験的ポリウレタン ベース デュアル光は (iol) プロトタイプを構築しました。除核豚目43。
この資料では、親切な眼内レンズとしてアプリケーションの機械的及び光学特性の面で最適化されているソフト シロキサン ベース PSU の合成について説明します。PSU エラストマーの機械的性質は、シロキサンの分子量によって変更できると、同じプロシージャはコーティングのアプリケーションを見つけるとドレッシングを皮膚シロキサン ベース電源ユニットの開発に適用できます。さらに、この手順は、カルビノール PDMS が使用される場合、シロキサン系ポリウレタンまたはポリウレタン尿素エラストマーを準備する使用できます。合成用ジイソシアネート (すなわち、脂肪族または芳香族) の種類によって反応条件 (時間、温度、およびおそらく溶媒組成を含む) を変更する必要があります。4,4-methylenebis(cyclohexylisocyanate) (H12MDI) やイソホロン ジイソシアネートなど脂肪族ジイソシアネートのアプリケーションの反応はジブチルスズ酸などの有機スズ化合物触媒を用いて、高速化、またはdiacetoxytetrabutyl distannoxane。たとえば、ヒドロキシプロピル終了 PDMS、H12MDI 間反応の触媒の存在下で進行します。さらに、反応温度が 50-60 ° c. に増加する必要があります。4,4-methylenebis(phenylisocyanate) (MDI) などの芳香族ジイソシアネートのアプリケーションの反応温度増やす必要があります適度が十分に芳香族ジイソシアネート、通常より反応性よりも求核基脂肪族ジイソシアネートです。カルビノール PDMS の MDI の反応を無水テトラヒドロ フラン(THF 溶媒混合系を使用して昇格できる) ジメチルホルムアミド (DMF) やジメチルアセトアミド (DMAc) 三級アミンとしていくつかの触媒活性を示します。

<table><tbody><tr><td>オクタメチルシクロテトラシロキサン(D4)、97%</td><td>ABCR GmbH</td><td>AB111277</td><td>おそらく生殖能力を損なうため、使用前に脱気する必要があります CAS:&nbsp;556-67-2 </td></tr><tr><td>1,3-ビス(3-アミノプロピル)-テトラメチルジシロキサン、97%</td><td>ABCR GmbH</td><td>110832</td><td>空気に敏感なため、窒素 CASで保管する必要があります。2469-55-8 </td></tr><tr><td>2,4,6,8-テトラメチル-2,4,6,8-テトラフェニルシクロテトラシロキサン&nbsp;</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>40094</td><td>テクニカルグレード CAS:&nbsp;77-63-4 </td></tr><tr><td>テトラメチルアンモニウム水酸化五水和物</td><td>アルファ Aesar</td><td>L09658</td><td>飲み込むと有毒で、強い塩基、空気に敏感で吸湿性、冷蔵下および窒素下で保管 CAS:&nbsp;10424-65-4 </td></tr><tr><td>4,4&cent;-メチルビス(シクロヘキシルイソシアネート)(H12MDI)</td><td>CSC J&auml経由のコベストロ;kle Chemie GmbH &Co. KG</td><td></td><td>は吸入すると有毒で、皮膚や目を刺激します CAS:&nbsp;5124-30-1 </td></tr><tr><td>テトラヒドロフラン (無水) 99.8 %</td> <td>Alfa Aesar</td><td>44608</td><td>BHT CASで安定:&nbsp;109-99-9 </td></tr><tr><td>クロロホルム 99 %</td><td>Gr&uuml;エタノールで安定化されたssing GmbH Analytica</td><td>1025125000</td><td>、おそらく発がん性があり、生殖能力を損ない、胎児に損傷を与える可能性があります CAS:&nbsp;67-66-3 </td></tr><tr><td>クロロホルム-d、99.8 %</td><td>シグマ・アルドリッチ</td><td>151823</td><td>CAS:&nbsp;865-49-6 </td></tr><tr><td>ダルベッコ修正イーグルス培地 (DMEM) 高グルコース</td><td>サーモフィッシャー サイエンティフィック ライフ テクノロジーズ GmbH</td><td>41965-039</td><td></td></tr><tr><td>ウシ胎児血清 (FBS)</td><td>サーモフィッシャー サイエンティフィック ライフ テクノロジーズ</td><td>GmbH A3160801</td><td></td></tr><tr><td>トリプシン/EDTA、フェノール レッド 0.25 %</td> サー<td>モフィッシャー サイエンティフィック ライフ テクノロジーズ GmbH</td><td>25200056</td><td></td></tr><tr><td>細胞力価水溶液細胞増殖アッセイ(MTS)</td><td>Promega GmbH</td><td>G3580</td><td></td></tr><tr><td>HaCaT-cells</td><td>CLS Cell Lines Service GmbH</td><td>300493</td><td></td></tr><tr><td>BioComFold&nbsp;</td><td>Morcher GmbH</td><td></td><td>折りたたみ式眼内レンズ</td></tr><tr><td>収容型 1CU</td><td>Human Optics AG</td><td></td><td>折りたたみ式眼内レンズ</td></tr><tr><td>CrystaLens&nbsp;</td><td>ボシュロム株式会社</td><td></td><td>折り畳み式眼内レンズ</td></tr><tr><td>Silmer OH-Di10</td><td>Siltech Corp.</td><td></td><td>カルビノール末端ポリジメチルシロキサン</td></tr><tr><td>同期&nbsp;</td><td>Visiogen株式会社</td><td></td><td>デュアルオプティック折りたたみ式収容眼内レンズ</td></tr><tr><td>Elast-Eon</td><td>AorTech International plc</td><td></td><td>医療用途向け熱可塑性PDMS-PHMOベースのポリウレタン</td></tr><tr><td>Pellethane 2363-80A</td><td>Lubrizol ライフサイエンス</td><td></td><td>医療用途向け熱可塑性ポリエーテルベースポリウレタン</td></tr><tr><td>Zwick 万能引張試験機モデル81565およびソフトウェア testXpert II</td><td>Zwick GmbH&(株) KG</td><td></td><td>引張試験機</td></tr><tr><td>CASY</td><td>Roche Innovatis AG</td><td></td><td>細胞計数システム</td></tr><tr><td>マルチサイザー</td><td>ベックマン・コールター ライフサイエンス</td><td></td><td>細胞計数システム</td></tr></tbody></table>

眼内レンズ用ソフト ポリシロキサン尿素エラストマーの合成

Synthesis of Soft Polysiloxane-urea Elastomers for Intraocular Lens Application

本研究では、眼内レンズ (a モールド) を収容として応用のソフト ポリシロキサンを用いた尿素 (PSU) エラストマーの合成経路について説明します。アミノプロピル終了 polydimethylsiloxanes (PDMS) は以前環状シロキサン octamethylcyclotetrasiloxane (4D) と 1, 3-bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane (APTMDS) の平衡を介してリング チェーンを用意しました。フェニル基は、シロキサン バックボーン経由でに導入された D4と 2,4,6,8-テトラメチル-2,4,6,8-tetraphenyl-オクタフェニルシクロテトラシロキサン中 (D4私 Ph) の共重合。ポリシロキサンの屈折を高めるためこれらジメチルビニル メチル フェニル シロキサン ブロック共重合体を合成しました。IOL としてアプリケーション、ポリシロキサンの屈折が若い人間の目のレンズと同等である必要があります。ポリシロキサンの分子量は endblocker APTMDS に環状シロキサンの比によって制御されます。紫外可視分光光度計を使用して 200 および 750 nm 間膜の透過率測定による PSU エラストマーの透明性を調べた750 で透過値ポリジメチルシロキサンの分子量に対する nm (可視スペクトルの上部端) のプロットし、18,000 g·mol− 1の分子量まで透過率 > 90% を観察。ダイカット犬骨状の試験片に応力-ひずみテストを使用して、PSU のエラストマーの機械的性質を調べた。機械的安定性を評価するため機械的ヒステリシス、繰り返し (10 倍) を伸ばして測定 5% と 100% 伸長のための標本。ヒステリシスはかなりポリジメチルシロキサンの分子量の増加に伴い減少します。いくつかの選択した PSU のエラストマーの生体外の細胞毒性は、MTS セル実行可能性の試金を使用して評価されます。記載方法は、若い人間の目のレンズのそれとほぼ等しい屈折率のソフト ・透明・ noncytotoxic PSU エラストマーの合成を許可します。

4 D と D4Ph、私endblocker APTMDS のリング チェーン平衡と得られたアミノプロピル終了 polydimethylsiloxanes ジメチルビニル-メチル-フェニル-シロキサンの共重合体、それぞれ、作製されました。分子量 3,000 と 33,000 g·mol-1 D4と APTMDS (図 6) のモノマーの比率を調整することによって。分子量<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58590/58590eq1.jpg"> 1H-NMR スペクトル (図 5) と決定された準備の PDMS の滴定から取得した値に類似していた。これらの値は最大 15,000 g·mol-1の計算の理論分子量と一致していた。高分子量の PDMS の準備時に得られた分子量若干大きかった理論的計算で推定しました。ペンダント フェニル グループ D4私は、Phと環状シロキサンの共重合はわずかに増加するポリシロキサンの屈折のために成功とみなされました。(37 ° C でアッベ屈折計を使用して決定される) 屈折 1.401 (非修飾 PDMS) から 1.4356 (14 mol % メチル-フェニル-シロキサン) に増加した (図 7)。PSU のエラストマーを準備 - アミノプロピル PDMS、脂肪族ジイソシアネート H12MDI、溶媒として THF を使用して APTMDS を使用して 2 つのステップで合成しました。このメソッドは、(ジイソシアネート + 尿素) ハード セグメントとソフト セグメント (PDMS) のセグメント化された構造をもつ高分子量の Psu の建設を許可しました。インライン赤外分光法は、PDMS や連鎖延長剤 APTMDS (図 3および図 8) からアミノ基とイソシアネートの非常に急速な反応を確認しました。いくつかの時間がかかる、ポリウレタン エラストマーの準備とは違って PSU エラストマーの準備は便利でした。透明性と PSU エラストマーの機械的性質は、ポリジメチルシロキサンの分子量に依存していた。透明な PSU エラストマー フィルム展示の透過率 &gt; 90 ,000 g·mol-1のポリジメチルシロキサンの分子量まで。高いポリジメチルシロキサンの分子量、PSU 膜なったますます不透明 (図 9)。ポリジメチルシロキサンの分子量の増加に伴い、ソフトの PSU エラストマーを準備でした。PSU エラストマーのヤング ~5.5 PDMS 分子の重量 3,000 g·mol-1) (MPa から 0.6 MPa (≥26、000 g·mol-1の PDMS 分子量) に減少した (図 10)。さらに、繰り返し応力下の機械的安定性を評価に使用している機械的ヒステリシスは、彼らの高分子量の PDMS 調製時 PSU エラストマーの減少しました。100% ひずみ時の最初のサイクルのヒステリシス値が 6% (PDMS 分子量 33,000 の g·mol-1) の (PDMS 分子の重量 3,000 g·mol-1) と 54% から低下した (図 11)。応用合成法許可 HaCaT 細胞 (図 12) いくつかの選択した PSU のエラストマーのエキスで細胞生存率検査の例として細胞傷害性残差を解放しないでください PSU エラストマーの準備です。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig1.jpg"> 図 1: テトラメチル アンモニウム 3-アミノプロピル dimethylsilanolate 触媒の合成。 テトラメチル アンモニウム水酸化五水和物 (TMAH) と 1, 3-Bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane (APTMDS) は 80 ° C の thf 中で 2 h を反応されました。THF で粗製品を洗浄後白色固体として触媒テトラメチル アンモニウム-3-アミノプロピル-dimethylsilanolate を受けた。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig3.jpg"> 図 2: アミノプロピル終了 polydimethylsiloxanes (PDMS) とジメチルビニル-メチル-フェニル-シロキサンの共重合体の合成ルート。私、Ph環状モノマー D4/D4は、テトラメチル アンモニウム 3-アミノプロピル dimethylsilanolate 触媒を用いた 24 時間 80 ° c シシロキサン endblocker APTMDS を使用して平衡です。この図は、Riehleらから変更されています。48.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig2.jpg"> 図 3: セグメント化されたポリシロキサンを用いた尿素エラストマー (PSU) の 2 段階合成。最初のステップでアクティブなイソシアネートを含むプレポリマーが H12MDI アミノプロピル終了ポリシロキサンと反応後形成される (R = CH3: PDMS;R = Ph;共重合体)。2 番目の手順では、ポリマーの分子量が増加を介してチェーン エクステンダー APTMDS で残りのアクティブなイソシアネート基の反応です。結果のエラストマーは、尿素のハード セグメントとソフト セグメントのシリコーンを含むセグメント化されたポリマーです。この図は、Riehleらから変更されています。48.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig4.jpg"> 図 4: 応力-ひずみテスト用犬骨形試験体の仕様。この図は、エームズ45から変更されています。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig5.jpg"> 図 5:1 1H NMR スペクトル アミノプロピル終了ポリジメチルシロキサンの。分子量計算、メチレン プロトン d の整数値 (δ 2.69 ppm) と b (δ 0.56 ppm) およびメチル プロトン、(δ 〜 0.07 ppm) 利用されました。HDO ピーク49、溶剤 CDCl3; 水跡のプロトン交換に対応するによってピーク c (δ ~1.5 ppm) をオーバーレイします。したがって、このピークは分子量の計算には使用されません。このスペクトルのポリジメチルシロキサンの分子量は 〜 16,365 g·mol-1です。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig6.jpg"> 図 6: 線形相関分子量 <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/58590/58590eq6.jpg"> アミノプロピル終了の polydimethylsiloxanes と endblocker の濃度の。<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58590/58590eq1.jpg"> 1H NMR 分光決定を介して、アミノ末端の滴定および式 (1) によると理論計算値であった。この図は、Riehleらから許可を得て転載します。48.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig7.jpg"> 図 7: アミノプロピル終了ジメチルビニル-メチル-フェニル-シロキサンの共重合体の屈折します。ジメチルビニル-メチル-フェニル-シロキサンの共重合体の屈折率 (RI) は、20 ° C (黒い正方形)、37 ° C (赤丸) アッベ屈折計を使用して測定しました。組み込まれたメチル-フェニル-シロキサン単位の量の直線的増加 RI 値。0 mol % で RI 値を表す分子量、ジメチルビニル-メチル-フェニル-シロキサンの共重合体に匹敵する非修飾 PDMS から。1.4346 (37 ° C) の最適な RI 14 mol % メチル-フェニル-シロキサンの共重合体が得られました。この図は、Riehleらの許可を得て転載されています48.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig8.jpg"> 図 8: ポリジメチルシロキサン尿素 (PSU) の合成中にイソシアネート変換します。この図は、2,266 cm1の PSU の合成時にインライン赤外分光によって後で下士官吸収帯の時間依存プロットを示します。アミノプロピル終了ポリジメチルシロキサンの付加の後で下士官バンドの高さの減少、下士官終わるプレポリマー鎖の形成を示す。チェーン エクステンダー APTMDS の付加の後で下士官のバンドは完全に IR スペクトルから姿を消した。この図は、Riehleらの許可を得て転載されています50<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig8large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するにはここをクリックしてください。</a> 。
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig9.jpg"> 図 9: PSU エラストマーの透過率の依存性膜 750 nm 及びポリジメチルシロキサンの分子量。PSU 膜の透過率は可視・紫外分光法によって定められました。750 で Psu の透過率 nm (可視スペクトルの上部の端) は &gt; 90% の Psu は PDMS を用いて分子量 3,000 および 18,000 g·mol-1の間まで合成した場合。増加の PDMS の分子重量と映画の不透明度が増加しました。この図は、Riehleらの許可を得て転載されています48.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig9large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig10.jpg"> 図 10: ポリジメチルシロキサンの分子量の関数として PSU のエラストマーのヤング率。ヤング率 (YM) は、PSU 膜の応力-ひずみ測定から決定しました。値は、5 つの繰り返しの測定から得られた平均値として表されます。誤差範囲は、標準偏差を表します。YM の最も高い減少した PDMS 3,000 から 9,000 g·mol-1に至るまでから合成した Psu のため。PDMS 分子量 12,000 および 18,000 g·mol-1の間で YM 値は 1.5 MPa と 1.0 MPa の間だった。26,000 g·mol-1より大きい分子量、YM 値 ~0.6 MPa でした。この図は、Riehleらの許可を得て転載されています48.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig10large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig11.jpg"> PSU エラストマーの図 11: 100% ヒステリシス曲線。伸び率 100% 時の PSU のエラストマーの最初サイクル ヒステリシス曲線が表示されます。高分子表記と PDMS 分子の重量は、(例えば、電源ユニット 3 t は分子量 3,000 g·mol-1の PDMS から調製したポリ尿素エラストマー)。最高の機械的ヒステリシス (43%-54%)顕著なヒステリシス曲線によって示されるように、低分子ポリジメチルシロキサンから合成した PSU エラストマーで観察されました。ヒステリシスは 14% (15,000 g·mol-1) から 6% (33,000 g·mol-1) にポリジメチルシロキサンの分子量の増加に伴い減少しました。この図は、Riehleらの許可を得て転載されています48.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig11large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig12.jpg"> 図 12: HaCaT 細胞の in vitro細胞毒性試験の結果は PSU の抽出物と扱われる。この図は、PSU エラストマー セル培地抽出液による HaCaT 細胞の細胞増殖を示しています。値は、サンプル、各エキス (合計 18 レプリケートします) の六つの繰り返された測定ごとの 3 つのテスト エキスから得られた平均値として表されます。誤差範囲は、これらの測定値から標準偏差を表しています。空白は、細胞培地抽出に使用された細胞の培地に類似して治療した DMEM (サンプル)、なしを表します。医療グレード ポリエーテル ウレタンは、参考資料として選ばれました。ポリウレアのシリコーン系エラストマー (PSU 18T、PSU-16T と PSU 14Ph) 電源ユニット 14Ph に基づいていたに対し、分子量 18,000 と 16,000 g·mol-1 (PSU 18T と PSU 16T) PDMS に基づいていた、代表的なテスト サンプルとして選ばれた、ジメチルビニル-メチル-フェニル-シロキサンの共重合体メチル-フェニル-シロキサンの 14 の mol % と 〜 16,600 g·mol-1の分子量。HaCaT 細胞、PSU エラストマーと参照ポリウレタンの抽出物の平均拡散だった 100% と高い。したがって、PSU エラストマー参照ポリウレタンのエキスは細胞毒性ではありません。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig12large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

本研究では、アミノプロピル終了 polydimethylsiloxanes とジメチルビニル メチル フェニル シロキサン ブロック共重合体および柔らかいポリシロキサンを用いた尿素 (PSU) エラストマー合成経路について説明します。それは、眼内レンズを収容として Psu のアプリケーションを提示します。生体外の細胞毒性の評価法についても述べる.

This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses ...

このビデオで示した方法は、眼内レンズを収容するアプリケーションに適したアミノ終端ポリシロキサンおよびソフトポリシロキサンベースのポリウレアを合成する便利な方法を示しています。これらの技術の主な利点は、ポリマーの合成および分析が、複雑な実験の設定なしに標準的な方法に従って容易に行うことができるということです。この技術の影響は、市販の眼内レンズ材料のほとんどが十分な宿泊施設を可能にするために硬すぎるアクリルポリマーに基づいているので、白内障療法にまで及びます。この方法は非常に柔らかい特性の材料を提供するように最適化されましたが、非常に高い透明性の、この方法は、例えばコーティングとして適用できる材料、全く異なる性能特性の材料を提供するために容易に採用することができます。この方法の視覚的なデモンストレーションは、パフォーマンスを正常に行うために重要な実験的な詳細が含まれているため、いくつかの合成および解析手順を説明することが困難であるため、重要です。まず、19.5グラムの脱気D4と0.9グラムのAPTMDSを、PTFEコーティングされた遠心攪拌機と窒素入口と出口を備えた100ミリリットルの3つの首の丸い底フラスコに加えます。約26ミリグラムの前に調製した触媒を加え、連続した窒素流の下で摂氏80度で30分間反応混合物をかき混ぜます。滴下漏斗を使用して、2〜3時間以内に反応混合物に45.5グラムのD4ドロップを加え、連続窒素流の下で摂氏80度でさらに24時間攪拌します。これに続いて、遠心性スターラーを大きな楕円形の磁気スターバーと交換し、3つの首の丸い底フラスコを2つのガラスストッパーで密封します。バルブ付きのアダプタを使用し、0.1ミリバールの真空下でPDMSを摂氏150度にゆっくりと加熱し、シュレンクラインを使用して循環側製品を蒸留します。次に、磁気攪拌棒を含む250ミリリットルの円錐形フラスコにポリシロキサンを1.5グラムから2グラム加え、連続撹拌下でポリシロキサンをTHFの50ミリリットルに溶解する。青から黄色への色変化が観察されるまでブロモフェノールブルーを用いて0.1モル塩酸でアミノ基を硝子化する。3つのサンプルで滴定を繰り返し、数平均分子量を計算します。遠心性スターラー、ドロップ漏斗、窒素入口と出口を備えた250ミリリットル4首ラウンドボトム反応フラスコにH12 MDIの2.939グラムを追加します。H12 MDIを40~50ミリリットルのTHFで溶解します。次に、脱気PDMSの45グラムを100ミリリットルのTHFでビーカーに溶解する。連続撹拌下の滴下漏斗と室温で窒素流を介して、H12 MDI溶液にPDMS溶液を下降させます。その後、50ミリリットルのTHFでビーカーとドロップ漏斗をすすいで、反応ミキサーにこの溶液を加えます。前ポリマー溶液に、チェーンエクステンダーAPTMDSの量論量の部分を加える。まず、分解鎖エクステンダーAPTMDSの算出された化学量測定量の80%を反応混合物に加える。反応混合物に鎖エクステンダーの最後の部分を加え、FTIRスペクトルにおけるイソシアネート吸収バンドの消失を確認する。非細胞毒性ポリシロキサン系ポリウレアエラストマーを高分子量で得るためには、鎖エクステンダーの最後の部分を正確に計量し、バランスのとれた量論比でポリマー溶液に添加することが重要です。得られたポリシロキサン系尿素またはPSU溶液をPTFEホイルで覆われたガラスペトリ皿に注ぎ、フュームフードで一晩溶媒を蒸発させます。小さなPSU片の7〜8グラムと250〜300ミリリットルの円錐形フラスコにクロロホルムの200〜250ミリリットルを組み合わせます。磁気攪拌棒を加え、グラスストッパーでフラスコをゆるやかに密封し、少なくとも24時間攪拌します。翌日、ガラスペトリ皿に均質な溶液を加え、穿張アルミホイルで覆います。ペトリ皿が十分に換気された場所にあることを確認して、溶剤が蒸発できるようにします。フィルムを乾燥させた後、小さな薄いヘラを使用してペトリ皿のガラス表面から慎重に取り出し、機械的特性を持つ透明な封筒に保管してください。PSUフィルムからダイカット犬の骨状の標本を準備するには、フィルムをパンチングナイフユニットの下に置きます。レバーを押し下げて試験片をパンチアウトし、周囲温度で少なくとも72時間保管します。次に、引張り試験機の電源オンボタンを押し、ソフトウェアのメインウィンドウの開始位置に移動ボタンをクリックします。透明なエンベロープを取り外した後、クロス偏光子の下で試験片を検査し、内部応力を排除します。キャリパーを使用して試験片の厚さと幅を測定します。次に、ソフトウェアのメインウィンドウの対応するフィールドに、厚さと幅の値を挿入します。テスト機の上部クランプジョーの間に試験片を固定します。ソフトウェアのメインウィンドウでボタンゼロフォースをクリックします。次に、試験片の下端を試験機の下クランプジョーの間に固定します。測定開始ボタンをクリックして、ヒステリシス測定を開始します。引張テストの場合は、前の手順を繰り返します。15ミリリットルの円錐形遠心管への参照として、PSUとペレタンの0.7グラムの以前に殺菌されたサンプルを追加します。FBSを使用しないDMEMを使用して、摂氏37度でプラスマイナス2時間、1ミリリットル当たり0.1グラムの抽出比で5%の二酸化炭素を抽出します。50ミリリットル円錐形遠心管にFBSなしでDMEMを加えることによってブラインドサンプルを準備し、同じ抽出を行います。次に、各PSUのピペット200マイクロリットルをHaCat細胞を含む96ウェルマイクロプレートの6つのウェルに抽出する。次に、ピペット200マイクロリットルのブラインドサンプルを6つのウェルに入れ。陰性コントロールのために、ピペット200新鮮なDMEMのピペット200マイクロリットルは6つの井戸に10%FBSで補った。正のコントロールのために、6つの井戸に10%FBSおよび1%SDSと補われたDMEMのピペット200マイクロリットル。24時間摂氏37度と5%の二酸化炭素で細胞をインキュベートした後、抽出物、ブラインドサンプル、およびコントロールを除去します。次に、以前に調製されたMTSストック溶液のピペット120マイクロリットルを、細胞を含まない6つのウェルを含む各ウェルにピペットを使用して背景を決定した。MTS溶液中の細胞を4時間インキュベートした後、マイクロプレートリーダーを用いて492ナノメートルで各ウェルの吸光度を測定する。D4とメチルフェニルD4とAPTMDSの環鎖平衡化により、それぞれアミノプロピル終結ポリジメチルシロキサンとポリジメチルメチルフェリシロキサンコポリマーが得られた。アミノプロピル終結ポリジメチルシロキサンを、3,000と33,000の間の分子量で合成した。この環状シロキサンとペンダントフェニル基メチルフェニルD4の共重合は、1.401から1.4356に増加した屈折率で成功した。PSUエラストマーのFTIR分光法は、PDMSおよびAPTMDSからのアミノ基とのイソシアネート基の極めて迅速な反応を確認した。透明PSUエラストマーフィルムは、MDS分子量18,000まで90%以上の透過率を示した。PDMSの分子量が高くなると、PSUフィルムはますます不透明になった。PDMS分子量の増加に伴い、ソフトPSUエラストマーを調製することができた。PSUエラストマーのヤング率は5.5から0.6メガパスカルに減少した。機械的ヒステリシスは、PSUエラストマーが高分子量PDMSから調製された場合に減少した。ヒステリシス値は、100%の株で最初のサイクルであったが54%から6%に減少した適用合成法は、HaCat細胞上のPSUエラストマーの抽出物で行われた細胞生存率試験で示されるように細胞傷害性残差を放出しないPSUエラストマーの調製を可能とした。アミノ末のポリシロキサンの合成を行う一方で、ポリシロキサンの最終的な分子量を大きく決定するため、シラン系の計算量を正確に比較検討することが重要です。この手順に従って、ポリウレアまたはポリシロキサンは、シランのような異なるペンダント基を含むものを調製することができる。シランは、架橋材料を製造する利点を有するであろう。このような架橋材料は、薬物溶出ドレッシング、生体機能化材料または柔らかいゲルのような新しい潜在的なアプリケーションを開きます。イソシネートや水酸化テトラメチルアンモニウムで作業することは危険であり、安全メガネや手手袋などの予防措置は、常にこの手順を実行する間に取られるべきであることを忘れないでください。

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化学

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開発<em&gt;インビトロ</em&gt;眼プラットフォームはコンタクトレンズをテストします

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シリコーンオイル処理によるポリジメチルシロキサン(PDMS)ダブルキャスティングの改良による高密度微細構造の複製

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学ぶポリシロキサン尿素エラストマーの合成法。アミノプロピル末端ポリシロキサンを調製し、眼内レンズ用の軟質で透明な材料を開発する方法を解説。細胞毒性評価も含む。

眼内レンズ用ソフトポリシロキサン尿素エラストマーの合成

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