Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

خصائص Electroactive البوليمر النانوية نستعرض ضوئي؛ ضوحراري

Published: January 8, 2016 doi: 10.3791/53631
Automatic Translation
1, 2, 2, 2, 3, 2, 2, 3, 1,2, 1,2
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

Introduction

البوليمرات Electroactive تتغير خصائصها (اللون، والموصلية، التفاعل، وحجم، الخ) في وجود مجال كهربائي. العصر التحول السريع، tunability، وقوة التحمل، وأدت الخصائص خفيفة الوزن البوليمرات electroactive إلى العديد من التطبيقات المقترحة، بما في ذلك الطاقة البديلة، وأجهزة الاستشعار، electrochromics، والأجهزة الطبية. البوليمرات Electroactive مفيدة يحتمل أن تكون مرنة وخفيفة الوزن بطارية ومكثف الأقطاب الكهربائية. (1) تشمل تطبيقات البوليمرات electroactive في الأجهزة كهربائيا أنظمة تخفيض الوهج للمباني والسيارات، والنظارات، والنظارات الواقية، وأجهزة التخزين البصرية، والمنسوجات الذكية. 2-5 يمكن النوافذ الذكية تقليل متطلبات الطاقة عن طريق منع موجات محددة من الضوء على الطلب وحماية الداخلية من المنازل والسيارات. المنسوجات الذكية يمكن استخدامها في الملابس للمساعدة في حماية ضد الأشعة فوق البنفسجية. 6 البوليمرات Electroactive لها المرضس بدأت لاستخدامها في الأجهزة الطبية. بين البوليمرات electroactive المستخدمة في الأجهزة الطبية الحيوية، polypyrrole (PPY)، بولي آنلين (باني)، وبولي (3،4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) هي من بين الأكثر شيوعا. على سبيل المثال، يتم استخدام هذه الأنواع من البوليمرات عادة باسم محولات الطاقة في أجهزة الاستشعار البيولوجي أظهرت 7 تطبيقات في تسليم العلاجي كما وعد؛ وقد أثبتت الدراسات الإفراج عن المخدرات والبروتينات العلاجية من أجهزة أعدت من البوليمرات electroactive 8-12 وفي الآونة الأخيرة، تم استخدام البوليمرات electroactive كعوامل علاجية في علاج ضوئي؛ ضوحراري 13-15 في العلاج ضوئي؛ ضوحراري، يجب أن كلاء ضوئي؛ ضوحراري تمتص الضوء في المستقبل القريب -infrared (الجرد) المنطقة (~ 700-900 نانومتر)، المعروف أيضا باسم النافذة العلاجية، حيث ضوء لديها أقصى عمق تغلغل في الأنسجة، وعادة ما يصل إلى 1 سم. 16،17 في هذا النطاق، حاملات البيولوجية مثل الهيموغلوبين ، خضاب الدم المؤكسج، والدهون، والماء يكون بين القليل إلى أيالامتصاصية، والتي تمكن ضوء لاختراق بسهولة. عندما تمتص كلاء ضوئي؛ ضوحراري الضوء في هذا الإطار العلاجي، يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة ضوئي؛ ضوحراري.

ايرفين وزملاء العمل قد أعلنت في وقت سابق alkoxy استبداله مكرر EDOT أحادية البنزين التي تم توليفها باستخدام اقتران Negishi 18 Negishi اقتران هو الأسلوب المفضل لتشكيل السندات بين الكربون. هذه العملية العديد من المزايا، بما في ذلك استخدام سيطة organozinc، والتي هي أقل سمية وتميل إلى أن تكون أعلى من التفاعل organometallics الأخرى المستخدمة. 19،20 مركبات Organozinc هي أيضا متوافقة مع مجموعة واسعة من المجموعات الوظيفية على organohalides 20 في رد فعل اقتران Negishi، تقترن في organohalide وorganometal من خلال استخدام البلاديوم (0) محفز. 20 وفي العمل المقدمة في هذه الوثيقة، ويستخدم هذا الأسلوب اقتران عبر في تركيب 1،4-dialkoxy-2،5-مكرر ( 3،4-ethylenedioxythienyl) benzeشمال شرق (BEDOT-B (OR) 2) أحادية. ويمكن بعد هذه مونومرات أن بلمرة بسهولة electrochemically أو كيميائيا لانتاج البوليمرات التي هي المرشحين واعد للاستخدام في التطبيقات الطبية الحيوية.

الأساليب التقليدية لإعداد تعليق البوليمرية الغروية في المحاليل المائية للتطبيقات الطبية الحيوية عادة ما تنطوي على حل البوليمرات الأكبر تليها nanoprecipitation أو مستحلب المذيبات تقنيات التبخر. 21،22 من أجل إنتاج مصادر القدرة النووية بولي (BEDOT-B (OR) 2) ، ويتجلى نهج من أسفل إلى أعلى هنا حيث يتم تجميع مصادر القدرة النووية عبر الموقع الطبيعي مستحلب البلمرة في. مستحلب البلمرة هي عملية غير قابلة بسهولة وطريقة سريعة نسبيا لإعداد NP. وقد تم الإبلاغ عن 22 الدراسات باستخدام مستحلب البلمرة لإنتاج مصادر القدرة النووية البوليمرات electroactive أخرى لPPY وPEDOT. 15،23،24 PEDOT مصادر القدرة النووية، على سبيل المثال، تم إعدادها باستخدام رذاذ مستحلب صolymerization. 24 وهذه الطريقة من الصعب على الإنجاب، وعادة ما ينتج أكبر، والجسيمات ميكرون الحجم. بروتوكول الموصوفة في هذه المقالة يستكشف استخدام أسلوب ترك صوتنة لإعداد بتكاثر 100 نانومتر مصادر القدرة النووية البوليمر.

في هذا البروتوكول، والبوليمرات electroactive مصممة خصيصا لامتصاص الضوء في منطقة الجرد الوطني مماثل لبولي ذكرت سابقا (BEDOT-B (OR) 2) وقد تم تجميع وتتميز لإثبات قدراتهم في الأجهزة كهربائيا وكعوامل PTT. أولا، يتم وصف بروتوكول لتركيب مونومرات عبر Negishi اقتران. وتتميز أحادية باستخدام الرنين المغناطيسي والأشعة فوق البنفسجية فيس نير الطيفي. كما يوصف إعداد NP تعليق الغروانية عبر البلمرة الأكسدة مستحلب في الوسط المائي. ويستند هذا الإجراء على مستحلب عملية البلمرة من خطوتين وصفها من قبل هان وآخرون أن يتم تطبيقها على أحادية مختلفة. نظام يومين السطحي هوتستخدم للسيطرة على monodispersity NP. ويستخدم الفحص بقاء الخلية لتقييم cytocompatibility من مصادر القدرة النووية. وأخيرا، أظهرت إمكانات هذه مصادر القدرة النووية لتكون بمثابة محولات PTT بواسطة أشعة الليزر مع قوائم الجرد الوطنية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تنبيه: يرجى التشاور مع جميع صحائف بيانات السلامة ذات الصلة (SDS) قبل الاستخدام. العديد من الكواشف المستخدمة في هذه التوليفات يحتمل أن تكون خطرة. الرجاء استخدام جميع ممارسات السلامة المناسبة بما في ذلك معدات الوقاية الشخصية (النظارات الواقية، والقفازات، معطف المختبر، والسراويل الطويلة، والأحذية المغلقة اصبع القدم)، وتنفيذ توليفات في اغطية الدخان. Lithiation غير خطرة بشكل خاص، ويجب فقط أن يقوم بها الأفراد المدربين بشكل صحيح مع الإشراف.

1. الأحادي التجميعي

ملاحظة: يبين الشكل 1 الطريق الكيميائية لإعداد السلائف وأحادية الذي يوصف في أقسام 1.2 التوليف - 1.5.

  1. المواد
    1. تنقية EDOT كما هو موضح سابقا. 25
    2. أعد بلورة رباعي بيوتيل بيركلورات الأمونيوم (TBAP) من خلات الإيثيل والجافة في ظل فراغ لمدة 24 ساعة. عاير ن butyllithium (nBuLi، 2.5 M في hexanes) كما وصفها Hoye وآخرون.
    3. كبريتات المغنيسيوم الجافة وكربونات البوتاسيوم في 100 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل استخدامها. استخدام جميع المواد الكيميائية الأخرى المستخدمة في هذا البروتوكول كما وردت.
  2. توليف 1،4-Dialkoxybenzenes
    ملاحظة: يظهر الشكل 1A إعداد 1،4-dihexyloxybenzene باستخدام 1-bromohexane.
    1. تجهيز مدة ثلاث الرقبة أسفل جولة قارورة المجفف الفرن مع الحاجز، محول الأرجون مدخل، ومكثف مزودة محول منفذ الغاز متصلة الفوار. إضافة بقضيب إلى القارورة قبل الختم.
    2. قم بتوصيل محول مدخل إلى خط Schlenk باستخدام بولي (كلوريد الفينيل) (PVC) وأنابيب وتطهير قاع القارورة المستديرة مع الأرجون.
    3. إضافة 12.5 غرام (113.5 ملمول) من الهيدروكينون إلى أسفل القارورة المستديرة وحله في 20 مل من رباعي هيدرو الفوران اللامائية (THF) مع التحريك.
    4. بشكل منفصل، ويحل 14 غرام (250 ملمول) من KOH في 30 مل من الايثانول في الرقبة واحدةجولة أسفل القارورة ويحرك حتى يذوب.
    5. مرة واحدة المنحل، إضافة ببطء الحل KOH إلى ثلاثة الرقبة قارورة أسفل جولة باستخدام حقنة. السماح للخليط لاثارة لمدة 1 ساعة.
    6. بعد 1 ساعة، إضافة 250 مليمول 1-bromoalkane إلى خليط التفاعل.
    7. تسخين خليط التفاعل في الجزر لمدة 24 ساعة مع التحريك تحت الأرجون.
    8. بعد 24 ساعة، والسماح للخليط التفاعل لتبريد لRT وإضافة 15 مل من الماء DI و 10 مل من ثنائي كلورو ميثان.
    9. نقل الخليط لقمع فصل. عزل الطبقة العضوية ويغسل ثلاث مرات مع 10 مل من الماء DI.
    10. تجفيف الطبقة العضوية أكثر من 15 غرام من MgSO 4 لمدة 15 دقيقة.
    11. إزالة MgSO 4 عن طريق الترشيح فراغ من خلال ورقة الترشيح.
    12. إزالة المذيب من المحلول تصفيتها باستخدام المبخر الدوار عند 50 درجة مئوية و 21 كيلو باسكال لانتاج 1،4-dialkoxybenzene باعتباره الأبيض الخام الصلبة.
    13. أعد بلورة الناتج الخام عن طريق إضافة ما يكفي من الإيثانول الساخن لحل المنتج. مرة واحدة المنحل، ضع في حمام الثلج للحث على التبلور.
    14. وجمع البلورات عن طريق الترشيح فراغ من خلال ورقة الترشيح ويغسل مع الايثانول البارد.
    15. تجفيف البلورات في ظل فراغ لمدة 24 ساعة على RT وتخزينها تحت الأرجون حتى استخدامها مرة أخرى. ينتج هذا الإجراء 1،4-dihexyloxybenzene.
    16. تميز المنتج باستخدام نقطة انصهار و1 H و 13 C NMR الطيفي. 27
  3. توليف 1،4-Dialkoxybenzenes تحتوي على الأنصاف استر
    ملاحظة: يظهر الشكل 1B الطريق الكيميائية لإعداد-dialkoxybenzene 1،4 باستخدام الإيثيل-4-bromobutanoate.
    1. تجهيز مدة ثلاث الرقبة أسفل جولة قارورة المجفف الفرن مع الحاجز، محول الأرجون مدخل، ومكثف مزودة محول منفذ الزجاج متصلة الفوار. إضافة بقضيب إلى القارورة قبل الختم.
    2. قم بتوصيل محول مدخل إلى خط Schlenk باستخدام أنابيب PVC وتطهير مع الأرجون.
    3. تزن 1.88 غرام (93.5 ملمول) من KI و15،69 غ (93.3 ملمول) من K 2 CO 3 وإضافة إلى قاع القارورة المستديرة.
    4. إضافة 25 مل من اللامائية N، N -dimethylformamide (DMF) ويحرك حتى تذوب أملاح.
    5. مرة واحدة المنحل، إضافة 2.5 غرام (18.7 ملمول) من الهيدروكينون لخليط التفاعل والسماح للرد فعل لإثارة حتى يذوب.
    6. عندما تذوب كل المواد الصلبة، إضافة 46،8 مليمول من ألكيل bromoalkanoate. تسخين خليط التفاعل في الجزر لمدة 24 ساعة تحت الأرجون مع التقليب المستمر.
    7. إزالة خليط التفاعل من الحرارة والسماح لتبرد لRT.
    8. نقل خليط التفاعل إلى قمع فصل وإضافة الماء (20 مل)، وخلات الإيثيل (20 مل) لاستخراج طبقة العضوية. عزل الطبقة العضوية ويغسل ثلاث مرات بالماء (20 مل أجزاء).
    9. تجفيف الطبقة العضوية أكثر من 15 غرام من MgSO 4 لمدة 15 دقيقة. جفت مرة واحدة، وإزالة MgSO 4 من الخليط عن طريق الترشيح فراغ من خلال سن الفيلورقة ثالثا.
    10. إزالة المذيب باستخدام المبخر الدوار عند 100 درجة مئوية و 21 كيلو باسكال. تجفيف الناتج الخام في ظل فراغ في RT O / N.
    11. أعد بلورة المنتج عن طريق إضافة ما يكفي من الإيثانول الساخن لإذابة كل الصلبة. مرة واحدة المنحل، تبريد قارورة في الجليد والسماح لتشكيل بلورات. جمع المنتج عن طريق الترشيح فراغ، ويغسل مع الايثانول البارد.
    12. تجفيف البلورات في ظل فراغ في RT لمدة 24 ساعة وتخزين تحت الأرجون حتى استخدامها مرة أخرى. ينتج هذا الإجراء 1،4 مكرر (إيثيل butanoyloxy) البنزين.
    13. تميز المنتج باستخدام نقطة انصهار و1 H و 13 C NMR الطيفي. 28
  4. توليف 1،4-Dialkoxy-2،5-dibromobenzenes
    ملاحظة: الطريق الكيميائية لإعداد 1،4-dialkoxy-2،5-dibromobenzenes هو مبين في الشكل 1A و 1B.
    1. تناسب الجافة، ثلاثة الرقبة أسفل جولة قارورة مع مدخل الأرجون، ثابت قمع اضافه الضغط توج معسدادة الزجاج أو الحاجز، ومنفذ توصيل أنابيب بلاستيكية مزودة قمع الزجاج المقلوب علقت اكثر من محلول 1 M هيدروكسيد الصوديوم.
    2. في هذا القاع قارورة المستديرة، حل 218 ملمول من 1،4-dialkoxybenzene في ثنائي كلورو ميثان (15 مل).
    3. بشكل منفصل، إضافة 12 مل (598 ملمول) من الأخ 2 إلى 250 مل قارورة وتمييع مع ثنائي كلورو ميثان (12 مل).
    4. نقل الأخ حل 2 / ثنائي كلورو ميثان إلى المستمر بالإضافة ضغط القمع. إضافة محلول قطرة قطرة الأخ 2 إلى ثلاثة الرقبة الجولة أسفل القارورة مع التحريك تحت الأرجون وعلى مدى 2 ساعة.
    5. بعد إضافة كاملة، والسماح للرد فعل لإثارة O / N تحت تدفق الأرجون المستمر.
    6. إخماد رد فعل وذلك بإضافة الماء DI (20 مل)، ويصب الخليط في قمع فصل.
    7. عزل الطبقة العضوية ويغسل ثلاث مرات بالماء DI (20 مل أجزاء). تجفيف الطبقة العضوية أكثر من 15 غرام من MgSO 4 لمدة 15 دقيقة.
    8. إزالة MgSO 4 بواسطةالترشيح الفراغ من خلال ورقة الترشيح، وإزالة المذيب باستخدام المبخر الدوار عند 75 ° C و 21 كيلو باسكال.
    9. تنقية الخام 1،4-dialkoxy-2،5-dibromobenzene عن طريق إضافة ما يكفي من الإيثانول الساخن لإذابة كل الصلبة. مرة واحدة المنحل، تبريد قارورة في الجليد والسماح لتشكيل بلورات. جمع المنتج عن طريق الترشيح فراغ، ويغسل مع الايثانول البارد.
    10. تجفيف المنتجات النقية في ظل فراغ في RT O / N؛ تخزين تحت الأرجون.
    11. تميز المنتج باستخدام نقطة انصهار و1 H و 13 C NMR الطيفي. 27،28
  5. Negishi اقتران لمع 3،4-Ethylenedioxythiophene 2،5 dibromobenzenes-1،4-Dialkoxy (EDOT)
    ملاحظة: يظهر الشكل 1C اقتران Negishi من 1،4-dialkoxy-2،5 dibromobenzenes مع EDOT لتشكيل أحادية M1 و M2.
    1. تناسب نظيفة ثلاث الرقبة الجولة أسفل القارورة مع الحاجز، مكثف مزودة محول التحكم في التدفق مدخل متصلة الأرجون، ومنفذ الغاز تدفق يخدعمحول المحول المتعدد العادي متصلة الفوار.
    2. قم بتوصيل محول مدخل إلى خط Schlenk باستخدام الجدران السميكة أنابيب PVC. بدء تدفق الأرجون في قارورة رد فعل لعدة دقائق.
    3. باستخدام موقد بنسن، اللهب تجف الجهاز تحت فراغ وتطهير مع الأرجون ثلاث مرات من أجل ضمان وجود بيئة الهواء.
    4. تزن 1.07 غرام (10 ملمول) من المنقى EDOT وإضافة إلى دورق التفاعل باستخدام حقنة عبارة عن طريق الحاجز. تمييع EDOT مع THF اللامائية (20 مل) ويقلب تحت الأرجون.
    5. البرد القارورة التي تحتوي على حل EDOT باستخدام الجاف حمام الثلج / الأسيتون لمدة 15 دقيقة في -78 ° C.
    6. بعد 15 دقيقة، إضافة ببطء 11 مليمول nBuLi في hexanes حل قطرة قطرة مع الحفاظ على درجة حرارة -78 درجة مئوية. إثارة رد الفعل عند -78 درجة مئوية لمدة 1 ساعة.
      ملاحظة: يجب تحديد التركيز الدقيق للnBuLi بالمعايرة قبل استخدامها حسب القسم 1.1.
    7. بعد 1 ساعة من التحريك، وإزالة الثلج الجاف / با الأسيتونعشر.
    8. مباشرة بعد إزالة الحمام، إضافة 14.13 مل من 1.0 M ZnCl 2 حل قطرة قطرة. السماح للتفاعل المضي قدما لمدة 1 ساعة مع التحريك في RT.
    9. بعد 1 ساعة من التحريك، إضافة 4 مليمول من 1،4-dialkoxy-2،5-dibromobenzene و 0.08 مليمول من tetrakis (ثلاثي فينيل الفوسفين) البلاديوم (0) إلى خليط التفاعل.
    10. تسخين خليط التفاعل في الجزر (70 ° C) في حمام الزيت.
    11. تتبع التقدم المحرز رد فعل باستخدام طبقة رقيقة اللوني (TLC): خذ صغيرة (0.2 مل) aliquots من خليط التفاعل يوميا باستخدام حقنة ويعجل في 2 مل 1 M حمض الهيدروكلوريك. استخراج مع 2 مل CHCl 3 وبقعة استخراج على TLC لوحة السيليكا جنبا إلى جنب مع بقع من حلول EDOT و-appropriate1،4 dialkoxy-2،5-dibromobenzene. أزل مع خلات الإيثيل 60:40: الهكسان.
    12. عندما يكون رد الفعل هو الكامل، والسماح للخليط التفاعل لتبريد لRT. إخماد رد فعل بإضافة 10 مل من 1 M حمض الهيدروكلوريك تليها إضافة ثنائي كلورو ميثان (20 مل).
    13. TR ansfer لقمع فصل وعزل الطبقة العضوية.
    14. غسل طبقة العضوية بالماء DI حتى مياه الغسيل لم يعد الحمضية. اختبار حموضة مياه الغسيل مع ورقة الأس الهيدروجيني.
    15. تجفيف الطبقة العضوية أكثر من 15 غرام من MgSO 4، فلتر، وإزالة المذيب باستخدام المبخر الدوار عند 50 درجة مئوية و 21 كيلو باسكال لانتاج النفط الخام بمد مونومر الاقتران (M1 أو M2)، والأصفر والبرتقالي الصلبة.
    16. أعد بلورة الناتج الخام باستخدام محلول ساخن من 3: 1 الإيثانول: حل البنزين لM1 أو 7: 2 الهكسان: البنزين لM2. إضافة ما يكفي من خليط المذيبات الساخن لإذابة المادة الصلبة. مرة واحدة المنحل، تبريد قارورة في الجليد والسماح لتشكيل بلورات. جمع المنتج عن طريق الترشيح فراغ، ويغسل مع الايثانول البارد.
    17. تجفيف المنتجات تحت فراغ لمدة 24 ساعة على RT. تخزين في الظلام تحت الأرجون.
    18. تميز المنتج باستخدام نقطة انصهار و1 H و 13 C NMR الطيفي. 18

الصورة = "jove_title"> 2. الكيمياء الكهربائية

  1. Electropolymerization
    1. في 50 مل قارورة حجمية بإعداد 100 ملي tetrabutylammonium بيركلورات (TBAP) حل بالكهرباء في الأسيتونتريل اللامائية (CH 3 CN).
    2. في 10 مل قارورة حجمية بإعداد 10 ملم مونومر (M1 أو M2) الحل باستخدام CN حل 100 ملي TBAP / CH 3 كما مخفف.
    3. إضافة الأسلاك الفضية (القطب الزائفة الإسناد)، والبلاتين العلم (العداد الكهربائي) إلى خلية كهروكيميائية المجفف الفرن.
    4. إدراج زر البلاتين مصقول طازجة (2 مم 2 القطر) لاستخدامها بوصفها القطب العمل. تأكد من أن الجزء السفلي من زر البلاتين الكهربائي لا لمس الجزء السفلي من خلية كهروكيميائية.
    5. ملء خلية كهروكيميائية مع ما يكفي من حل مونومر بالكهرباء لضمان نصائح من جميع أقطاب ثلاثة مغمورة في الحل.
    6. دي تهوية الحل لمدة 5 دقائق قبل محتدما بلطف الأرجون من خلال إبرة مغمورة في الالحل ه.
    7. رفع إبرة 2 مم فوق الحل ويستمر تدفق الأرجون في كافة مراحل التجربة للحفاظ على بطانية الأرجون على الحل.
    8. توصيل الأقطاب الكهربائية إلى potentiostat وتبدأ البلمرة عن طريق دورة تطبيقها المحتملة خمس مرات بمعدل اكتساح 100 فولت / ثانية، ويبلغ مداها ما بين -1.5 V و+1.0 V.
    9. تسجيل الانتاج الحالي خلال هذه العملية لتوليد voltammograms دوري.
  2. البوليمر الكيمياء الكهربائية
    1. بعد إيداع وفيلم البوليمر على القطب عمل زر البلاتين، وإزالة كافة الأقطاب من حل مونومر بالكهرباء وشطف بلطف مع خالية من مونومر حل بالكهرباء (3 مل).
    2. إضافة الأقطاب إلى خلية كهروكيميائية نظيفة وخالية من إضافة ما يكفي من مونومر حل بالكهرباء لضمان نصائح من جميع أقطاب ثلاثة مغمورة في الحل.
    3. توصيل الأقطاب الكهربائية إلى potentiostat. دورة TW المحتمل تطبيقهامرات س بمعدل اكتساح 50 فولت / ثانية، ويبلغ مداها ما بين -1.5 V و+1.0 V.
    4. تكرار التجربة في 100، و 200، و 300، و 400 فولت / ثانية. تسجيل الانتاج الحالي خلال كل تجربة لتوليد voltammograms دوري.
  3. إعداد Electropolymerized أفلام للدراسات UV-فيس-NIR الطيفي وضوئي؛ ضوحراري
    1. إعداد والأفلام البلاستيكية وكما هو موضح في القسم 2.1 أعلاه، وهذه المرة باستخدام أكسيد الإنديوم القصدير (ايتو) شريحة زجاجية المغلفة كما القطب العمل. زراعة والأفلام البلاستيكية وأكثر من 5 دورات بمعدل المسح من 100 فولت / ثانية.
    2. بعد الترسيب البوليمر، إزالة الأقطاب من حل مونومر وشطف مع الأسيتونتريل (5 مل).
    3. تخزين فيلم البوليمر في الأسيتونتريل قبل الطيفية الدراسات.

3. إعداد NP

ويبين الشكل 2 التخطيطي العملية المستخدمة لإعداد NP عبر مستحلب البلمرة.

  1. العلاقات العامةepare حل 1 مل من 2٪ (ث / ت) بولي (حمض 4-styrenesulfonic حمض المشارك الماليك) (PSS-CO-MA) في الماء في قارورة زجاجية. إضافة شريط مغناطيسي صغير لالقارورة. هذه هي المرحلة المائية.
  2. إعداد 100 ميكرولتر من 16 ملغ / مل حل مونومر في الكلوروفورم في أنبوب microcentrifuge.
  3. تحضير محلول عضوي عن طريق إذابة 0.03 غرام من حمض السلفونيك dodecylbenzene (DBSA) في حل مونومر 100 ميكرولتر. مزيج الحل العضوية باستخدام خلاط دوامة التلقائي لمدة 30-60 دقيقة لضمان تجانس الحل.
  4. إضافة مرحلة العضوية إلى مرحلة قطرة قطرة مائي في 10 ميكرولتر أجزاء مع التحريك مع شريط مغناطيسي حتى يتم استخدام مجلد كامل من الحل العضوي. السماح التحريك لمدة 60 ثانية بين الإضافات.
  5. إضافة 2 مل من الماء لتخفيف الخليط. إزالة بقضيب من القارورة.
  6. يصوتن مستحلب باستخدام sonicator التحقيق ليصبح المجموع 20 ثانية في 10 ثانية فترات في اتساع 30٪ في حين غمرقارورة في حمام الثلج.
  7. إزالة عينة قارورة من الحمام الجليد، استبدال بقضيب، ويستمر التحريك مستحلب.
  8. إضافة 3.8 ميكرولتر من حل 100 ملغ / مل من FeCl 3 في الماء لمستحلب مونومر. السماح للبلمرة لتحدث لمدة 1 ساعة مع التحريك باستمرار. هذا غلة بروتوكول مصادر القدرة النووية من البوليمر استقرت مع PSS-CO-MA.
  9. إزالة تعليق NP من لوحة ضجة ونقل إلى 7 مل أنابيب الطرد المركزي. الطرد المركزي تعليق في 75600 x ج لمدة 3 دقائق. استرداد طاف وتجاهل بيليه.
  10. Dialyze طاف لمدة 24 ساعة باستخدام 100 كيلو دالتون الوزن الجزيئي قطع (MWCO) أنابيب غسيل الكلى.

4. البوليمر أفلام وNP توصيف

ملاحظة: توصيف والأفلام البلاستيكية ومصادر القدرة النووية عن طريق أشعة فوق البنفسجية فيس نير التحليل الطيفي، ومصادر القدرة النووية باستخدام تشتت الضوء الحيوي، وتحليل المحتملة زيتا، والمجهر الإلكتروني.

  1. تقرير من بوليمر الامتصاص في الأشعة فوق البنفسجية فيس-NIR الطيف 29
    1. تعليق NP: نقل تعليق لكفيت الكوارتز واكتساب مجموعة من 300 - 1000 نانومتر في فاصل زمني تفحص 5 نانومتر.
    2. الأفلام البلاستيكية أكسدة: نقل الزجاج ITO الشرائح المغلفة البوليمر لكفيت الكوارتز وملء كفيت مع الأسيتونتريل اللامائية. إضافة 2 قطرات من 100 ملغ حل / مل من FeCl 3 في CHCl 3 إلى الأسيتونتريل وتخلط لضمان يتأكسد فيلم البوليمر تماما. الحصول على الطيف من 300 - 1000 نانومتر في فاصل زمني تفحص 5 نانومتر.
    3. والأفلام البلاستيكية وتخفيض: نقل الزجاج ITO الشرائح المغلفة البوليمر لكفيت وملء كفيت مع الأسيتونتريل اللامائية. إضافة قطرة واحدة من الهيدرازين إلى السائل وتخلط لضمان خفض فيلم البوليمر تماما. الحصول على الطيف من 300 - 1000 نانومتر في فاصل زمني تفحص 5 نانومتر.
  2. تحديد NP الحجم عن طريق الإنارة الديناميكي التشتت (DLS) 30
    1. بدوره على صك DLS والسماحلالاحماء لمدة 15 دقيقة.
    2. تمييع تعليق NP في الماء لتركيز 0.01 ملغ / مل ومكان في البوليسترين القابل للتصرف كفيت.
    3. ضع كفيت في القارئ والبدء في القياس.
  3. تحديد NP زيتا المحتملة 31
    1. بدوره على صك المحتملة زيتا والسماح لها الاحماء لمدة 30 دقيقة.
    2. تحضير العينة عن طريق تمييع 200 ميكرولتر من NP تعليق في 800 ميكرولتر من 10 ملي بوكل حل.
    3. ملء كفيت البوليسترين القابل للتصرف مع 700 ميكرولتر من العينة.
    4. إدراج خلية القطب زيتا المحتملة في العينة ضمان عدم وجود فقاعات محاصرون بين الأقطاب أو في مسار ضوء الليزر.
    5. إدراج كفيت في الصك واتبع تعليمات البرنامج لتشغيل القياس.
  4. تحديد NP الحجم باستخدام المجهر الإلكتروني (SEM) 32
    1. إسقاط الصب 10 ميكرولتر من الايقاف NP على رقائق سي والسماح ليجف.
    2. تفل معطف مصادر القدرة النووية المجففة مع 2 نانومتر من الايريديوم.
    3. صورة العينات على مسافة العمل من 5 ملم وفي 5 كيلو فولت.

5. التحقيق في Cytocompatibility من مصادر القدرة النووية

ملاحظة: يجب أن يتولى جميع التلاعب خلية في مجلس الوزراء للسلامة الأحيائية (الصفحي تدفق غطاء محرك السيارة) لمنع التلوث من الخلايا مع البكتيريا والخميرة والفطريات أو من البيئة، وحماية المستخدم من الأمراض التي قد تكون معدية. وينبغي لجميع الحلول والمستلزمات المستخدمة مع الخلايا تكون عقيمة. استخدام العقيم تقنيات زراعة الخلايا السليمة.

  1. ثقافة سكوف-3 خلايا سرطان المبيض في قوارير T75 عند 37 درجة مئوية في حاضنة CO 2 (5٪ CO 2) باستخدام Dulbecco لتعديل النسر المتوسطة (DMEM) تستكمل مع 10٪ مصل بقري جنيني عن النمو المتوسطة.
  2. خلايا البذور في مناطق ذات كثافة خلية من خلايا 5000 / بئر في لوحة 96-جيدا واحتضان لمدة 24 ساعة على 37 درجة مئوية في CO 2
  3. مباشرة قبل الاستعمال، وتمييع NP تعليق في متوسطة النمو الكامل بتركيز 1 ملغ / مل.
  4. تصفية تعليق NP بعبورها معقم مرشح 0.2 ميكرون وتمييع للتركيز المطلوب التعرض (2-500 ميكروغرام / مل) مع كامل النمو المتوسط ​​تستكمل مع 1٪ البنسلين / الستربتومايسين.
  5. إزالة وسائل الإعلام من كل من الآبار في لوحة 96-جيدا من قبل pipetting بلطف واستبدالها مع 100 ميكرولتر من تعليق NP في تركيزات مختلفة من التعرض، أو مع 100 ميكرولتر من وسائل الإعلام الحرة NP-لكل من الضوابط cytocompatibility الإيجابية والسلبية. استخدام 6 آبار تكرار في الشرط.
  6. مباشرة قبل الخطوة التالية، وإعداد محلول 0.5 ملغ / مل من 3- (4،5-dimethylthiazol-2-يل) بروميد -2،5-diphenyltetrazolium (MTT) في الفينول الحمراء الخالية DMEM. تصفية العقيمة الحل MTT من خلال معقم مرشح 0.2 ميكرون.
  7. بعد السماح للمصادر القدرة النووية لاحتضان مع الخلايا لفترة من الوقت المطلوب (تايpically 24 أو 48 ساعة)، وإزالة تعليق NP قبل pipetting بعناية.
  8. استبدال فورا وسائل الإعلام بما يلي تبعا للحالة:
    1. من أجل السيطرة cytocompatibility السلبية، إضافة 100 ميكرولتر الميثانول إلى كل من 6 آبار والسماح للجلوس لمدة 5 دقائق على الأقل. بعد العلاج الميثانول، واستبدال الميثانول مع 100 ميكرولتر من العقيمة التي تمت تصفيتها 0.5 ملغ / مل من محلول MTT في الفينول الحمراء الخالية DMEM.
    2. من أجل السيطرة الإيجابية وعينات NP المعاملة، استبدال المتوسطة مع 100 ميكرولتر من العقيمة التي تمت تصفيتها 0.5 ملغ / مل من محلول MTT في الفينول الحمراء الخالية DMEM.
  9. احتضان الخلايا لمدة 2-4 ساعة في الحاضنة. بعد الحضانة، وفحص الخلايا تحت المجهر للتأكد من تكوين بلورات formazan.
  10. إزالة بعناية الحل MTT قبل pipetting واستبدالها مع 100 ميكرولتر من dimethylsulfoxide (DMSO).
  11. وضع لوحة جيدا 96 على شاكر ومزيج لعدة دقائق لتشجيع حل لبلورات مازن.
  12. قياس الامتصاصية من كل بئر في 590 نانومتر (الذروة الامتصاصية من الناتج formazan) و 700 نانومتر (خط الأساس).
  13. طرح الامتصاصية العينة عند 700 نانومتر (خط الأساس) من أنه في 590 نانومتر لكل بئر.
  14. تطبيع الامتصاصية تصحيحها عن طريق قسمة هذا الرقم على متوسط ​​مراقبة إيجابية وتحويله إلى نسبة بضرب 100.
  15. تحديد متوسط ​​بقاء في المئة والانحراف المعياري لكل حالة.

6. ضوئي؛ ضوحراري الدراسات تنبيغ

ملاحظة: في هذا العمل ويتم استخدام نظام ليزر وصفها من قبل باتاني وTunell 33

  1. ضوئي؛ ضوحراري تنبيغ من NP معلقات
    1. تمييع المصادر في المياه DI إلى تركيز الاهتمام.
    2. إضافة 100 ميكرولتر من NP تعليق على بئر من لوحة 96-جيدا. وضع لوحة جيدا على طبق ساخن الحفاظ على درجة حرارة 25 درجة مئوية.
    3. بدوره على امدادات الطاقة ليزر واتركه رس دافئ لعدة دقائق. في هذه الدراسة تم استخدام 808 نانومتر ليزر ديود يقترن الألياف مصنفة تصل إلى 1 W السلطة.
    4. مسار شعاع الليزر نحو مرحلة عينة عن طريق الألياف البصرية. استخدام عدسة محدبة تتباعد شعاع الليزر إلى حجم النقطة المطلوبة.
    5. قياس انتاج الطاقة باستخدام السلطة متر قياسي والتكيف مع قوة من 1 W / سم 2.
    6. تشغيل كاميرا الأشعة تحت الحمراء (INSB كاميرا الأشعة تحت الحمراء (FLIR أنظمة SC4000)) وتعيين المنطقة ذات الاهتمام (ROI) بقعة لقراءة درجة حرارة البقعة 6 مم حيث يتركز الليزر.
    7. وضع جيد من الفائدة عند النقطة المحورية لشعاع الليزر. تسجيل درجات الحرارة أدنى من العينة. بدوره على الليزر وأشرق البئر بشكل مستمر لمدة 5 دقائق في حين تم تسجيل درجة الحرارة.
    8. بعد 5 دقائق، إيقاف تشغيل الليزر ومواصلة تسجيل درجة حرارة جيدا حتى يبرد إلى درجة حرارة الأساس البدء.
      ملاحظة: الحرارة وتبريد كل تعليق ثلاث مرات وحسابمتوسط ​​التغير في درجة الحرارة مع مرور الوقت. استخدام المياه DI عند 25 درجة مئوية بدلا من تعليق NP كعنصر تحكم السلبية لتحويل ضوئي؛ ضوحراري.
  2. ضوئي؛ ضوحراري تنبيغ من البوليمر أفلام
    1. نقل الزجاج ITO الشرائح المغلفة البوليمر في طبق ساخن الحفاظ على درجة حرارة 25 درجة مئوية.
    2. بدوره على امدادات الطاقة ليزر والسماح لها لتدفئة لعدة دقائق. في هذه الدراسة تم استخدام 808 نانومتر ليزر ديود يقترن الألياف مصنفة تصل إلى 1 W السلطة.
    3. مسار شعاع الليزر نحو مرحلة عينة عن طريق الألياف البصرية. استخدام عدسة محدبة تتباعد شعاع الليزر إلى حجم النقطة المطلوبة.
    4. قياس انتاج الطاقة باستخدام السلطة متر قياسي والتكيف مع قوة من 1 W / سم 2.
    5. تشغيل كاميرا الأشعة تحت الحمراء (INSB كاميرا الأشعة تحت الحمراء (FLIR أنظمة SC4000)) وتعيين المنطقة ذات الاهتمام (ROI) بقعة لقراءة درجة حرارة البقعة 6 مم حيث يتركز الليزر.
    6. وضع الفيلم في النقطة المحورية لشعاع الليزر. تسجيل بدرجة الحرارة المعطيات الأساسية للعينة. بدوره على الليزر وأشرق العينة بشكل مستمر لمدة 5 دقائق في حين تم تسجيل درجة الحرارة.
    7. بعد 5 دقائق، إيقاف تشغيل الليزر ومواصلة تسجيل درجة حرارة العينة إلى أن يبرد إلى درجة حرارة الأساس البدء.
      ملاحظة: الحرارة وتبريد كل فيلم ثلاث مرات، وحساب متوسط ​​التغير في درجة الحرارة مع مرور الوقت. استخدام شريحة ITO العارية في 25 ° C كعنصر تحكم السلبية لتحويل ضوئي؛ ضوحراري.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ويرد بروتوكول رد فعل العائد M1 و M2 في الشكل 1. ويمكن وصف أحادية بنسبة 1 H و 13 C NMR الطيفي، وذوبان نقطة، وتحليل العناصر. يوفر 1 H NMR الطيف معلومات بشأن التواصل بين الذرات وبيئاتها الإلكترونية؛ وبالتالي، فإنه يستخدم بشكل روتيني للتحقق من أن ردود الفعل قد تم بنجاح. وتشمل ردود الفعل اقتران Negishi اقتران الحلقة فينيل إلى EDOT، مما تسبب في فينيل بروتون ذروة التحول من 7.1 جزء في المليون إلى 7.8 جزء في المليون. والبروتون thienyl تحول أيضا أول الملعب إلى 6.5 جزء في المليون. فإن البروتونات الأربعة على الكربون جسر ethylenedioxy تنقسم إلى مجموعتين من multiplets في 4.3 جزء في المليون. والبروتونات في ذرات الكربون الأليفاتية لا تتغير بشكل ملحوظ. سوف NMR الطيف 13 C تظهر قمم في 170، و 145، و 140، و 113 للكربون thienyl، و 150، و 120، و 112 للكربون فينيلين. مواقف عليسوف الكربون phatic لا تتغير بشكل ملحوظ. وتظهر التركيب الكيميائي، 1 H NMR، و 13 C NMR من M2 في الشكل (3).

وترد Electropolymerizations من M2 العائد البوليمر (P2) وvoltammetry دوري من P2 في الشكل 4 في الشكل 4A، في البداية، لم يكن هناك استجابة الحالية؛ كما الزيادات المحتملة، بداية من أكسدة مونومر M1 (E على، م) يمكن أن ينظر إليه في + 0.25 V، مع أكسدة ذروة مونومر (E ع، م) في + 0.61 V. خلال الفحص الأول، ذروة الأولية لوحظ إرشادية الأكسدة مونومر لا رجعة فيها، مما أدى إلى تشكيل P2 على سطح القطب العاملة. أثناء الفحص الثاني لوحظ عمليتين أكسدة: ما زال ينظر إلى مونومر الأكسدة في +0.25 V، وينظر البوليمر الأكسدة في 0 V. Voltammetry دوري من P2 (الشكل 4B) وأجري المسح في معدلات تتراوح 50-400 فولت / ثانية. فيلم البوليمر هو الأزرق الداكن في ولاية المؤكسد والأحمر في دولة محايدة. ركوب الدراجات البوليمر في مجموعة متنوعة من معدلات مسح يكشف عن وجود علاقة خطية بين معدل المسح والذروة الحالية، مشيرا إلى أن البوليمر هو electroactive والالتزام بها القطب. 18 بوليمر الأكسدة (E لذلك، ع) لوحظ في -0.02 V لP2، ويلاحظ انخفاض البوليمر (E ج، ع) في -0.3 V عندما تسري في 100 فولت / ثانية.

تم توليفها مصادر القدرة النووية كما هو مبين في الشكل (2) وتتميز باستخدام الأشعة فوق البنفسجية فيس نير التحليل الطيفي، المجهر الإلكتروني، ودائرة الأراضي والمساحة. ، وأظهرت الأشعة فوق البنفسجية فيس نير أطياف أكسدة وانخفاض الأفلام P2، وتتأكسد P2 المصادر في الشكل (5). والأفلام البلاستيكية وتتأكسد ومصادر القدرة النووية المعرض ذروة الامتصاصية λ كحد أقصى في 1.56 فولت (795 نانومتر). عندما خفضت في الهيدرازين، الفيلم الذروة الامتصاصية يتحول إلى أقصى λ من 2.3 فولت (540 نانومتر). الفرقة البوليمر زيتم تحديد ا ف ب (E ز) من بداية π- π * الانتقالية في البوليمر محايد، كما يدل على ذلك السهم الأسود في الشكل 5.

الصورة SEM من P2 المصادر في الشكل 6A تبين أن مصادر القدرة النووية هي كروية وشبه 100 نانومتر في القطر. بيانات دائرة الأراضي والمساحة في الشكل 6B يظهر Z-المتوسط ​​من الايقاف لتكون 104 نانومتر في القطر مع مؤشر التشتت المتعدد (PDI) 0.13، مشيرا إلى أن العينة monodispersed باعتدال. تم العثور على إمكانات زيتا من P2 مصادر القدرة النووية لتكون -30.5 بالسيارات. التغير في درجة الحرارة عندما تتعرض مصادر القدرة النووية للإشعاع الجرد الوطني يوضح تحويل ضوئي؛ ضوحراري. مقارنة مع الضوابط المياه، التي تخضع لأقل من الزيادة C 1 ° في درجة الحرارة، ومعلقات NP في المياه قادرة على تحويل طاقة الليزر إلى حرارة استيعابها كما يتبين من 30 ° C الزيادة في درجة حرارة تعليق NP (الشكل6C). لوحظ زيادة درجة حرارة مماثلة (28 ° C) عند المشع والأفلام البلاستيكية على الزجاج ITO في 808 نانومتر (الشكل 6C).

يتم تحديد cytocompatibility تلك المصادر البوليمر باستخدام المقايسات بقاء الخلية MTT. نتائج الدراسات cytocompatibility لPEDOT:-PSS المشارك MA ترد المصادر في الشكل 7 كما هو مبين، في نطاق تركيز NP من ،23-56 ميكروغرام / مل، ومصادر القدرة النووية لا يقلل بقاء الخلية إلى أقل من 90٪ من السيطرة. عادة، يعتبر انخفاض في بقاء الخلية أقل من 20٪ (أي ما يصل إلى 80٪ الجدوى) مقبولا لتحديد NP cytocompatibility.

الشكل 1
الشكل 1. تركيب مونومر العام بدءا من تخليق السلائف. (A) تجميع 1،4-dialkoxy-2،5-dibromobenzene. (B) تجميع 1،4-dialkoxy-2،5-dibromobenzene تحتوي على استر شاردة. (C) والتفاعل عبر اقتران 1،4-dialkoxy-2،5-dibromobenzene مع EDOT، مما أسفر عن أحادية M1 و M2. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 2
حيث يتم إضافة محلول عضوي الشكل 2. عملية البلمرة قطرة قطرة إلى محلول مائي خلق مستحلب، ومونومر والمذيبات العضوية قد تختلف. تحدث البلمرة أكسدة عند إضافة FeCl 3 إلى مستحلب. بعد تنقية تعليق الغروية، وعلقت المصادر في الوسط المائي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذاالشكل.

الشكل (3)
الشكل 3. NMR الأطياف من مونومر M2. (A) 1 H NMR الطيفي من M2 حيث تقسيم البروتونات ethylenedioxy في 4.32 جزء في المليون، وتحول أول الملعب من البروتونات thienyl، وتحول أول الملعب من البروتونات فينيل تدل على اقتران ناجح . (B) 13 C NMR الطيفي من M2 تبين thienyl والكربون فينيل القمم. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 4
الشكل 4. (A) البلمرة الكهروكيميائية من M2 إلى P2. خمس دورات في 100 فولت / ثانية من 0.01 M M2 في 0.1 M TBAP / CH 3 CN. (B) voltammetry دوري للفيلم البوليمر في 0.1 M TBAP / CH 3 CN تدوير في 50، و 100، و 200، و 300، و 400 فولت / ثانية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
ويظهر الشكل 5. الأشعة فوق البنفسجية فيس نير أطياف P2 على حد سواء باعتبارها الفيلم وتعليق تلك المصادر. الطيف للفيلم أكسدة باللون الأزرق، ويظهر الطيف من فيلم خفض باللون الأحمر، وطيف من أكسدة ويرد NP تعليق باللون الأخضر. السهم الأسود يتوافق مع خط المماس تستخدم لتحديد فجوة الحزمة البوليمر. موجات امتصاص الذروة ليتم توفير البوليمرات. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذاالشكل.

الشكل (6)
الرقم 6. (A) SEM صورة تبين التشكل وحجم P2 مصادر القدرة النووية. (B) توزيع حجم P2: PSS-CO-MA NP تعليق حيث قيمة Z متوسط ​​هو 104 نانومتر وPDI هو 0.13. (C) تغير درجة الحرارة من P2: PSS-CO-MA NP التعليق في 1 ملغ / مل (الأزرق) وفيلم (الأخضر) عندما المشع مع NIR ضوء لمدة 300 ثانية، تليها التبريد السلبي عند الانتهاء من أشعة الليزر الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7
الرقم 7. Cytocompatibility من PEDOT: تعليق PSS-CO-MA NP على النحو الذي يحدده الفحص MTT الجدوى هو.تعرض لالخلايا المعرضة لتركيزات تلك المصادر متفاوتة حيث بلغ متوسط ​​نسبة نسبة إلى أن الخلايا المحتضنة مع وسائل الإعلام الحرة NP (مراقبة إيجابية). تتكون سيطرة سلبية الخلايا قتلتهم التعرض للميثانول قبل فحص MTT. أشرطة الخطأ تمثل الانحراف المعياري بين مكررات (ن = 6). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

في هذا العمل، وقد تم تصنيعه مصادر القدرة النووية البوليمر electroactive وكلاء PTT محتمل لعلاج السرطان. يوصف إعداد مصادر القدرة النووية، بدءا من تجميع للأحادية تليها مستحلب البلمرة. في حين وصفت إعداد تلك المصادر استخدام البوليمرات electroactive مثل EDOT وبيرول قبل ذلك، توضح هذه الورقة إعداد تلك المصادر البوليمرية بدءا فريدة أحادية الاقتران طويلة، مما يدل على أن هذه العملية يمكن أن تمتد إلى أكبر أحادية، أكثر تعقيدا.

طريقين مختلفة ضرورية لتجميع أحادية dialkoxybenzene. بينما ساهم dihexyloxybenzene 1،4 يمكن توليفها باستخدام KOH / ETOH، هذا النهج غير ناجحة في تركيب 1،4 مكرر (إيثيل butanoyloxy) البنزين، على الأرجح بسبب إلى الترويج قاعدة استر التحلل. عند استخدام KI / K 2 CO 3 الخليط، ويتم تجنب التحلل، ويتم الحصول على المنتج بنجاح. برومة بوتويتم إنجاز ح dialkoxybenzenes باستخدام برازيلي 2. فمن الضروري إجراء هذه التجربة في ظل تدفق الأرجون لتهجير دورية هارفارد تشكلت خلال التفاعل. منفذ الغاز يجب تنفيس على حل تحييد هيدروكسيد الصوديوم لمنع دورية هارفارد من تآكل المباريات غطاء محرك السيارة. لاحظ أن دورية هارفارد قد يسبب أنابيب بلاستيكية لتتصلب مع مرور الوقت.

تم توليفها BEDOT-B (OR) 2 أحادية M1 و M2 باستخدام اقتران Negishi. هذا هو وسيلة فعالة لاقتران بين الكربون من EDOT مع 1،4-dialkoxy-2،5-dibromobenzenes لانتاج BEDOT-B (OR) 2 أحادية. ومن الأهمية بمكان أن يبرد EDOT إلى -78 درجة مئوية قبل إضافة nBuLi، من أجل تقليل التفاعلات الجانبية غير المرغوب فيها. عندما يتم استنفاد جميع 1،4-dialkoxy-2،5-dibromobenzene من خليط التفاعل (تحديدها باستخدام TLC، وهذا عادة ما يستغرق 3-5 أيام)، رد فعل غير كامل. رد الفعل في غاية الهواء حساسة، وأي التعرض للهواء تؤثر على العائد من رد الفعل. وهكذا، عندما الباحثالعمليات roducing المركبات الصلبة (مثل حافز) في قارورة مغلقة، وينبغي التقليل من التعرض للهواء عن طريق زيادة تدفق الأرجون.

تتميز أحادية Electroactive والبوليمرات بشكل روتيني باستخدام voltammetry دوري لتحديد مونومر والبوليمر أكسدة الإمكانات والطاقات للحد من البوليمر، وتستخدم الأفلام أعدت عن طريق البلمرة الكهروكيميائية لتحديد امتصاص البوليمر في طيف الأشعة فوق البنفسجية فيس نير في كل من الدول تتأكسد وتخفيضها. في هذا العمل، أودعت الأفلام البلاستيكية على حد سواء زر البلاتين وايتو الزجاج المطلي بواسطة electropolymerization. بعض من مزايا electropolymerization هي استنساخ والقدرة على التحكم في سماكة الفيلم من خلال رصد تيار الفيلم بلمرة ووقف electropolymerization عندما يتم التوصل إلى استجابة محددة لا بد من إجراء 34 تجارب الكهروكيميائية تحت جو خامل مثل الأرجون؛ وينبغي أن يكون تدفق الأرجون بطيئة حتى لا تخل السطح من الحل لضمان عملية التي تسيطر عليها نشرها. بدلا من ذلك، التجارب الكهروكيميائية يمكن أن يؤديها في مربع الجافة جو خامل مزودة feedthroughs الكهروكيميائية. من المهم أن أيا من الأقطاب الثلاثة لمس بعضهم البعض خلال electropolymerization. قبل البوليمر الدراسات voltammetry دوري، يجب غسلها والأفلام البلاستيكية والمودعة لدى خالية من مونومر حل بالكهرباء لإزالة أي مونومر غير المتفاعل من الأفلام. لجميع الدراسات الكهروكيميائية مجموعة المحتملين حاجة سيعتمد على هيكل مونومر / البوليمر. حتى هذا النطاق يمكن أن تختلف مع مونومرات والبوليمرات بديلة. اعتمادا على هيكل بدائل alkoxy، استخدام المذيبات لإعداد الحلول مونومر بالكهرباء ويمكن أيضا حل البوليمر. في هذه الحالة، سوف ترسب البوليمر على القطب خلال electropolymerization تكون بطيئة أو غير موجود، ويجب تغيير المذيبات المستخدمة في بلمرة.

e_content "> البلمرة مستحلب لإعداد تلك المصادر تتكون من البوليمرات electroactive هو وسيلة فعالة يمكن أن ينتج مصادر القدرة النووية مع التشكل موحد في هذا العمل، وتستخدم عملية بلمرة مستحلب نفس آلية البلمرة المؤكسدة المستخدمة خلال البلمرة الكهروكيميائية؛ الفرق الرئيسي هو أن يستخدم أكسدة المواد الكيميائية (كلوريد الحديديك) بدلا من إمكانات الكهروكيميائية التطبيقية. هذه البلمرة مستحلب، لذلك، تنتج مصادر القدرة النووية مماثلة في التركيب الكيميائي للأفلام التي أعدت عن طريق البلمرة الكهروكيميائية. بينما توفر البلمرة الكهروكيميائية وسيلة السطحية للتميز خصائص الأكسدة لل مونومرات والبوليمرات، مستحلب البلمرة هي عملية سريعة وغير مكلفة، وقابلة للتكرار وهذا هو تحجيم بسهولة ويحتمل أن يتم استخدامها مع عدد من البوليمرات electroactive مختلفة. يمكن مستحلب البلمرة أيضا إعداد تلك المصادر من البوليمرات التي لديها القابلية للذوبان منخفضة في العضويةوالمحاليل المائية التي لا يمكن مستحلب بشكل فعال من الدولة البوليمرية. في polymerizations مستحلب لدينا، وتتألف المرحلة العضوية من مونومر، المذيبات العضوية (الهكسان)، وحمض السلفونيك dodecylbenzene (السطحي). وتتألف المرحلة المائية من المياه، كلوريد الحديديك (أكسدة)، وPSS-CO-MA (السطحي). ويسبق عملية البلمرة مستحلب التي كتبها خطوة صوتنة لضمان مرحلة العضوية تتوزع بشكل جيد في المرحلة المائية. خلال صوتنة، فمن الضروري أن تزج مستحلب في حمام الثلج لمنع التدفئة السائبة. السطحي PSS-CO-MA وDBSA تمكن تشتت مصادر القدرة النووية توليفها في المحاليل المائية من خلال أمور الجسيمات كهرباء قوى التنافر. هذه السطحي أيضا بمثابة مواد إشابة موازنة تهمة كما إضافية، وقد أظهرت لإنتاج كروية الهندسة NP 24 لا تزال مصادر القدرة النووية البوليمرية في الدولة أكسدة، (كما يتضح من امتصاص الذروة في 795 نانومتر؛ الشكل 4).، وهو ناقدالقاعدة في التطبيقات الطبية الحيوية التي الامتصاص في نطاق الجرد الوطني ضروري. 24

يتم تنفيذ تحليل المحتملة زيتا عادة لتقييم استقرار تعليق NP. زيتا إمكانات القدرة على الحدود بين طبقة شتيرن حيث ترتبط بقوة الأيونات مع سطح NP، وطبقة منتشر حيث أيونات لم تعد تتفاعل مع سطح NP 31 زيتا القياسات المحتملة تعتمد على حركة تلك المصادر مشحونة عند كهربائي يتم تطبيق ميدانية للتعليق. على وجه التحديد، تنجذب مصادر القدرة النووية سالبة الشحنة نحو القطب الموجب، والعكس بالعكس. يمكن أن يستقر تعليق الغروية عن طريق النفور كهرباء. على وجه التحديد، تعتبر تعليق مستقرة عند إمكانات زيتا بهم أكبر من +/- 30 فولت. في التركيبات NP لدينا، وجود سلفونات وكربوكسيلات مجموعة من DBSA وPSS-CO-MA غلة تهمة سطح سلبي على مصادر القدرة النووية.

تنقية عشره مصادر القدرة النووية هي خطوة حاسمة من أجل إزالة أي توتر السطحي الزائد وأي مادة انطلاق المتفاعل قبل دراسات الخلايا في المختبر. إزالة التوتر السطحي غير فعالة يمكن أن يؤدي إلى موت الخلايا كبيرة. أما بالنسبة للأي دولة أخرى في فحص الخلايا في المختبر، فمن الأهمية بمكان للعمل في غطاء تدفق الصفحي، والعمل تحت ظروف معقمة. مصادر القدرة النووية وينبغي أيضا أن تكون معقمة قبل استخدامها عن طريق تمرير تعليق من خلال معقم مرشح 0.2 ميكرون. ومن المهم أيضا للتحقق من تركيز تعليق NP بعد تصفية العقيمة. لهذا الغرض، وهو جزء من تعليق NP تصفيتها من حجم المعروفة يمكن أن تجفف تجميد للحصول على وزن جاف. وعادة ما يتم استخدام MTT بقاء الخلية مقايسة لدراسة تأثير المواد الحيوية، بما في ذلك مصادر القدرة النووية، على الخلايا المستزرعة. هذا الفحص بسيط يمكن أن تتكيف مع التحقيق في cytocompatibility من تعليق NP مع أي خط الخلية الثديية. ويستند مقايسة اللونية MTT على التحويل من نتروبلو الأصفر صبغ إلى الأرجواني، INSOLبلورات formazan uble ومن ثم يمكن حله في DMSO أو حلول الكحول الحمضية. 35،36 عند إجراء فحوصات في المختبر الخلية مثل MTT بقاء الخلية مقايسة في لوحات متعددة جيدا، والاتساق في زرع الخلايا والتلاعب أمر بالغ الأهمية لتحقيق الحد الأدنى من الخلافات بين تكرار العينات. قبل وأثناء التجربة، يجب فحص الخلايا المصنفة تحت المجهر للتأكد من البذر ثابت والنمو، وكذلك استبعاد أي تلوث. وأخيرا، المجهري يمكن أيضا أن تستخدم لتأكيد حل كامل للبلورات formazan بعد إضافة DMSO.

أجريت دراسات ضوئي؛ ضوحراري باستخدام الليزر المستمر في 808 نانومتر. استخدام مستمر مقابل نابض الليزر يمكن للحرارة مواد مختلفة. وقارن دراسات سابقة تحويل ضوئي؛ ضوحراري وضوئي؛ ضوحراري الاجتثاث مع النانو الذهب وكلاء PTT، هناك حاجة إلى 37 ولكن المزيد من البحوث للتحقيق في تحويل ضوئي؛ ضوحراري من polymeriج مصادر القدرة النووية مثل تلك المذكورة في هذه الوثيقة. في هذا العمل، وقد تباينت الليزر إلى عدسة محدبة وركز على 6 مم حجم البقعة. من المهم أن يكون حريصا على عدم تعكير صفو النظام البصري عند تشغيل تجارب لمنع التغييرات عرضي في طائرة الوصل التي من شأنها أن تسبب الاختلافات في نتائج التحويل ضوئي؛ ضوحراري. تم استخدام لوحة الساخنة لتدفئة والحفاظ على درجة حرارة ثابتة أساسية للدراسة.

في الختام، يوصف بروتوكول لإعداد NP البوليمرات electroactive علقت في وسط مائي. اقتران Negishi هو وسيلة فعالة لاقتران 1،4-dialkoxy-2،5-dibromobenzenes مع 3،4-ethylenedioxythiophene (EDOT). Electropolymerization من أحادية غير تفصيلا في هذا البروتوكول. هذا يبرهن على أن تكون وسيلة فعالة لإنتاج بسرعة والأفلام البلاستيكية ودراسة خصائصها الإلكترونية. وتتميز الأفلام البلاستيكية باستخدام مزيد من الأشعة فوق البنفسجية فيس نير التحليل الطيفي لتحديد الثغرات عصابة من البوليمرات محايدة. Electrochemical عوائد مستحلب البلمرة-100 نانومتر جنوب مصادر القدرة النووية مع الأشكال التضاريسية كروية موحدة. بالإضافة إلى العلاج ضوئي؛ ضوحراري الاجتثاث، وهذه مصادر القدرة النووية لديها العديد من التطبيقات المحتملة في الأجهزة electroactive، بما في ذلك تخزين الطاقة وأجهزة الاستشعار. وتشير الدراسات الحرارية وcytocompatibility يؤديها أن هذه مصادر القدرة النووية يمكن أن يكون المرشحين المحتملين في التطبيقات الطبية الحيوية وكلاء ضوئي؛ ضوحراري.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

وقد تم تمويل هذا العمل في جزء من صندوق تكساس الناشئة التكنولوجيا (بدء التشغيل إلى TB)، وبرنامج جامعة تكساس الحكومية البحوث تعزيز، وجامعة ولاية زمالة أبحاث الدكتوراه تكساس (لTC)، والشراكة NSF للبحوث والتعليم في المواد (PREM، DMR-1205670)، ومؤسسة ولش (AI-0045)، والمعاهد الوطنية للصحة (R01CA032132).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2 mm diameter platinum working electrode CH Instruments CH102 Polished using very fine sandpaper
3,4-ethylenedioxythiophene Sigma-Aldrich 483028 Purified by vacuum distillation
3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromide (MTT) 98% Alfa Aesar L11939
505 Sonic Dismembrator Fisher Scientific™  FB505110 1/8“ tip and rated at 500 watts
808 nm laser diode ThorLabs L808P1WJ Rated at 1 W
Acetonitrile anhydrous 99% Acros 61022-0010
Avanti J-26 XPI Beckman Coulter 393127
Bromohexane 98% MP Biomedicals 202323
Dialysis (100,000) MWCO SpectrumLabs G235071
Dimethyl sulfoxide 99% (DMSO) BDH BDH1115
Dimethylformamide anhydrous (DMF) 99% Acros 326870010
Dodecyl benzenesulfonate (DBSA)  TCI D0989
Dulbecco’s modified eagle medium (DMEM)  Corning 10-013 CV
EMS 150 TES sputter coater Electron Microscopy Sciences
Ethanol (EtOH) 100% BDH BDH1156
ethyl 4-bromobutyrate (98%) Acros 173551000
Ethyl acetate 99% Fisher UN1173
Fetal bovine serum (FBS) Corning 35-010-CV
Helios NanoLab 400 FEI
Hexane Fisher H306-4
Hydrochloric acid (HCl) Fisher A142-212
Hydroquinone 99.5% Acros 120915000
Hydrozine anhydrous 98% Sigma-Aldrich 215155
Indium tin oxide (ITO) coated galss Delta Technologies CG-41IN-CUV 4-8 Ω/sq
Iron chloride 97% FeCl3 Sigma-Aldrich 157740
Magnesium sulfate (MgSO4) Fisher 593295 Dried at 100 °C
SKOV-3 ATCC HTB-26
Methanol BDH BHD1135
n-Butlithium (2.5 M)  Sigma-Aldrich 230707 Pyrophoric
Poly(styrenesulfonate-co-malic acid) (PSS-co-MA) 20,000 MW Sigma-Aldrich 434566
Potassium carbonate Sigma-Aldrich 209619 Dried at 100 °C
Potassium hydroxide Alfa Aesar A18854
Potassium iodide Fisher P410-100
RO-5 stirplate IKA-Werke
SC4000 IR camera FLIR
Synergy H4 Hybrid Reader Biotek
Tetrabutylammonium perchlorate (TBAP) 99% Sigma-Aldrich 3579274 Purified by recrystallization in ethyl acetate
Tetrahydrofuran anhydrous (THF) 99% Sigma-Aldrich 401757
tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0) Sigma-Aldrich 216666 Moisture sensitive
Thermomixer Eppendorf
USB potentiostat/galvanostat WaveNow AFTP1
Zetasizer Nano Zs Malvern Optical Arrangment 175°
Zinc chloride (1 M) ZnCl2 Acros 370057000

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Irvin, J., Irvin, D., Stenger-Smith, J. Electrically active polymers for use in batteries and supercapacitors. Handbook of Conducting Polymers. , (2007).
  2. Amb, C. M., Dyer, A. L., Reynolds, J. R. Navigating the color palette of solution-processable electrochromic polymers. Chemistry of Materials. 23 (3), 397-415 (2011).
  3. Beaujuge, P. M., Reynolds, J. R. Color control in pi-conjugated organic polymers for use in electrochromic devices. Chemical Reviews. 110 (1), 268-320 (2010).
  4. Ananthakrishnan, N., Padmanaban, G., Ramakrishnan, S., Reynolds, J. R. Tuning polymer light-emitting device emission colors in ternary blends composed of conjugated and nonconjugated polymers. Macromolecules. 38 (18), 7660-7669 (2005).
  5. Zhu, Y., Otley, M. T., et al. Neutral color tuning of polymer electrochromic devices using an organic dye. Chemical Communications, Cambridge, England. 50 (60), 8167-8170 (2014).
  6. Kline, W. M., Lorenzini, R. G., Sotzing, G. A. A review of organic electrochromic fabric devices. Coloration Technology. 130 (2), 73-80 (2014).
  7. Gerard, M., Chaubey, A., Malhotra, B. D. Application of conducting polymer to biosensors. Biosensors & Bioeletronics. 17, 345-359 (2002).
  8. Abidian, M. R., Kim, D. -H., Martin, D. C. Conducting-polymer nanotubes for controlled drug release. Advanced materials. 18 (4), 405-409 (2006).
  9. Ge, D., Qi, R., et al. A self-powered and thermally-responsive drug delivery system based on conducting polymers. Electrochemistry Communications. 12 (8), 1087-1090 (2010).
  10. George, P. M., LaVan, D. A., Burdick, J. A., Chen, C. -Y., Liang, E., Langer, R. Electrically controlled drug delivery from biotin-doped conductive polypyrrole. Advanced Materials. 18 (5), 577-581 (2006).
  11. Li, Y., Neoh, K. G., Kang, E. T. Controlled release of heparin from polypyrrole-poly(vinyl alcohol) assembly by electrical stimulation. Journal of biomedical materials research. Part A. 73 (2), 171-181 (2005).
  12. Svirskis, D., Travas-Sejdic, J., Rodgers, A., Garg, S. Electrochemically controlled drug delivery based on intrinsically conducting polymers. Journal of controlled release: official journal of the Controlled Release Society. 146 (1), 6-15 (2010).
  13. Cheng, L., Yang, K., Chen, Q., Liu, Z. Organic stealth nanoparticles for highly effective in vivo near-infrared photothermal therapy of cancer. ACS Nano. 6 (6), 5605-5613 (2012).
  14. Chougule, M. A. Synthesis and characterization of polypyrrole (PPy) thin films. Soft Nanoscience Letters. 01 (01), 6-10 (2011).
  15. Yang, K., Xu, H., Cheng, L., Sun, C., Wang, J., Liu, Z. In vitro and in vivo near-infrared photothermal therapy of cancer using polypyrrole organic nanoparticles. Advanced materials. 24 (41), 5586-5592 (2012).
  16. Diniz, S. N., Sosnik, A., Mu, H., Valduga, C. J. Nanobiotechnology. BioMed research international. 2013, (2013).
  17. Weissleder, R. A Clearer Vision for in vivo Imaging. Nature Biotechnology. , (2001).
  18. Irvin, J., Reynolds, J. Low-oxidation-potential conducting polymer: alternating substituted para-phenylene and 3,4-ethylenedioxythiophene repeat units. Polymer. 39 (11), 2339-2347 (1998).
  19. Yang, Y., Oldenhius, N., Buchwald, S. Mild and general condition for Negishi cross-coupling enabled by the use of palladacycle percatalysts. Angew Chem. 29 (6), 997-1003 (2012).
  20. Negishi, E., Hu, Q., Huang, Z., Qian, M., Wang, G. The Negishi Coupling: an update: Enantiopure sulfoxides and sulfinamides. New products from Aldrich R & D. Aldrichchimica Acta. 38 (3), (2005).
  21. Bilati, U., Allémann, E., Doelker, E. Development of a nanoprecipitation method intended for the entrapment of hydrophilic drugs into nanoparticles. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 24 (1), 67-75 (2005).
  22. Nagavarma, B. V. N., Yadav, H. K. S., Ayaz, A., Vasudha, L. S., Shivakumar, H. G. Different techniques for preparation of polymeric nanopaticles-A review. Asian Journal of Pharaceutical and Clinical Research. 5 (3), 16-23 (2012).
  23. Vaitkuviene, A., Kaseta, V., et al. Evaluation of cytotoxicity of polypyrrole nanoparticles synthesized by oxidative polymerization. Journal of Hazardous Materials. 250-251, 167-174 (2013).
  24. Han, Y. K., Yih, J. N., et al. Facile synthesis of aqueous-dispersible nano-PEDOT:PSS-co-MA core/shell colloids through spray emulsion polymerization. Macromolecular Chemistry and Physics. 212 (4), 361-366 (2011).
  25. Winkel, K. L., Carberry, J. R., Irvin, J. A. Synthesis and electropolymerization of 3,5-bis-(3,4-ethylenedioxythien-2-yl)-4,4-dimethyl isopyrazole: A donor-acceptor-donor monomer. Journal of the Electrochemical Society. 160 (8), G111-G116 (2013).
  26. Hoye, T., Eklov, B., Voloshin, M. No-D NMR spectroscopy as a convenient method for titering. Organic Letters. 6 (15), 2567-2570 (2004).
  27. Umezawa, K., Oshima, T., Yoshizawa-Fujita, M., Takeoka, Y., Rikukawa, M. Synthesis of hydrophilic-hydrophobic block copolymer ionomers based on polyphenylenes. ACS Macro Letters. 1 (8), 969-972 (2012).
  28. Tao, Z., Fan, H., Zhou, J., Jin, Q. Conjugated polyelectrolyte with pendant caboxylate groups: synthesis, photophysics, and pH responses in the presence of surfactants. Journal of Polymer Science Part A-Polymer Chemistry. 46 (3), 830-843 (2008).
  29. Winkel, K. L., Carberry, J. R., et al. Donor-acceptor-donor polymers utilizing pyrimidine-based acceptors. Reactive & Functional Polymers. 83, 113-122 (2014).
  30. Kròl, E., Scheffers, D. -J. FtsZ polymerization assays: simple protocols and considerations. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (81), e50844 (2013).
  31. Zolnik, B., Potter, T. M., Stern, S. T. Zeta potential measurement. Methods in Molecular Biology. 697, 173-179 (2011).
  32. Nogi, K., Naito, M., Yokoyama, T. Nanoparticle technology handbook. , Elsevier. (2012).
  33. Pattani, V. P., Tunnell, J. W. Nanoparticle-mediated photothermal therapy: A comparative study of heating for different particle types. Lasers in Surgery and Medicine. 44 (8), 675-684 (2012).
  34. Subianto, S., Will, G. D., Kokot, S. Templated electropolymerization of pyrrole in a capillary. Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry. 41 (12), 1867-1869 (2003).
  35. Sgouras, D., Duncan, R. Methods for the evaluation of biocompatibility of soluble synthetic polymers which have potential for biomedical use: use of the tetrazolium-based colorimetric assay (MTT) as a preliminary screen for evaluation of in vitro cytotoxicity. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 1 (2), 61-68 (1990).
  36. Ahmadian, S., Barar, J., Saei, A. A., Fakhree, M. A. A., Omidi, Y. Cellular toxicity of nanogenomedicine in MCF-7 cell line: MTT assay. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (26), (2009).
  37. Huang, X., Kang, B., et al. Comparative study of photothermolysis of cancer cells with nuclear-targeted or cytoplasm-targeted gold nanospheres: continuous wave or pulsed lasers. Journal of Biomedical Optics. 15 (5), 058002 (2015).

Tags

الهندسة، العدد 107، والبوليمرات Electroactive، البوليمرات الموصلة، واقتران Negishi، الكيمياء الكهربائية، النانوية، مستحلب البلمرة، علاج ضوئي؛ ضوحراري
خصائص Electroactive البوليمر النانوية نستعرض ضوئي؛ ضوحراري
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Cantu, T., Rodier, B., Iszard, Z.,… More

Cantu, T., Rodier, B., Iszard, Z., Kilian, A., Pattani, V., Walsh, K., Weber, K., Tunnell, J., Betancourt, T., Irvin, J. Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties. J. Vis. Exp. (107), e53631, doi:10.3791/53631 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter