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

Elektroaktif Polimer nanopartiküller Sergileme Fototermal Özellikleri

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

Elektroaktif polimerler elektrik alanı varlığında, bunların özelliklerini (renk, iletkenlik, reaktivite, hacim, vs.) değiştirebilir. Hızlı geçiş süreleri, ayarlanabilirliği, dayanıklılık, ve elektro polimerlerin hafif özellikleri alternatif enerji, sensörler, electrochromics ve biyomedikal cihazların dahil olmak üzere birçok teklif uygulamalara yol açmıştır. Elektroaktif polimerler, esnek, hafif pil ve kapasitör elektrotları gibi potansiyel yararlıdır. Elektrokromik cihazlar Elektroaktif polimerlerin 1 Uygulamalar bina ve otomobil, güneş gözlüğü, koruyucu gözlük, optik depolama aygıtları ve akıllı tekstiller için parlama azaltma sistemleri yer alır. 2-5 Akıllı pencere on-demand ışığın belirli dalga boylarını bloke ev ve otomobil iç koruyarak enerji ihtiyacını azaltabilir. Akıllı tekstiller UV ışınlarına karşı korunmasına yardımcı olmak için giyim kullanılabilir. 6 Elektroaktif polimerler als varO tıbbi cihazlar kullanılmaya başlanmıştır. Biyomedikal cihazlarda kullanılan elektro-polimerler arasında, polipirol (polipirol), polianilin (PANI) ve poli (3,4-etilendioksitiyofen) (PEDOT) en sık arasındadır. Örneğin, bu türde polimerlerin yaygın biyosensör cihazlarında dönüştürücüler olarak kullanılan terapötik teslimat 7 uygulamalar da söz göstermiştir.; çalışmalar, elektro-polimerlerden hazırlanan cihazlardan ilaçlar ve terapötik protein bırakılmasını göstermiştir. 8-12 Daha yakın zamanlarda, elektro-polimerler fototermal terapisinde terapötik maddeler olarak kullanılmıştır. 13-15 fototermal tedavisinde, fototermal maddeleri yakın ışık emmelidir Ayrıca ışık tipik olarak 1 cm'ye kadar. 16,17 Bu aralıkta, dokuda nüfuz maksimum derinliği terapötik pencere olarak bilinen -infrared (NUR) bölge (~ 700-900 nm), örneğin hemoglobin gibi biyolojik kromoforları oksijenli hemoglobin, lipidler, su var küçük-to-hayırIşık sağlayan absorbans kolayca nüfuz. Fototermal ajanlar terapötik pencere ışığı absorbe zaman photoenergy fototermal enerjisine dönüştürülür.

Negishi birleştirmesi kullanılarak sentezlendi bis-EDOT benzen monomerler ikame edilmiş alkoksi-Irvin ve arkadaşları, daha önce bildirilmiştir. 18 Negishi birleştirme karbon-karbon bağı oluşumu için tercih edilen bir yöntemdir. Bu işlem, daha az toksik olan ve diğer organometalikleri kullanılan daha yüksek bir reaktiviteye sahip olma eğilimindedir organoçinko ara maddelerin kullanımı dahil olmak üzere, pek çok avantajı, yer alır. 19,20 organoçinko terkipler, aynı zamanda organohalojenürleri üzerindeki işlevsel grupların çok sayıda ile uyumludur. 20 içinde Negishi birleştirme reaksiyonu, bir organohalide ve organometal bir palladyum (0) katalizörü kullanılarak kuple edilir. 20, burada sunulan çalışmada, bu enine birleştirme metodu (1,4-dialkoksi-2,5-bis sentezinde kullanılır 3,4-ethylenedioxythienyl) benzepiridin (BEDOT-B (OR) 2) monomer. Bu monomerler daha sonra kolayca biyomedikal uygulamalarda kullanım için umut verici adaylar olan polimerleri elde etmek üzere elektrokimyasal olarak ya da kimyasal olarak polimerize edilebilir.

Biyomedikal uygulamalar için sulu çözeltiler içinde kolloidal polimer süspansiyonların hazırlanması için geleneksel yöntemler, tipik olarak, poli NPs üretmek amacıyla nanoprecipitation ya da emülsiyon çözücü buharlaştırma teknikleriyle. 21,22, ardından kütle polimerlerin çözünmesini içerir () BEDOT-B (veya 2) NPS in situ emülsiyon polimerizasyonunda yoluyla sentezlenen nerede, aşağıdan yukarıya bir yaklaşım burada gösterilmiştir. Emülsiyon polimerizasyonu kolaylıkla ölçeklendirilebilir ve NP hazırlanması için nispeten hızlı bir yöntemdir bir süreçtir. Diğer elektroaktif polimerler NPs üretilmesi için emülsiyon polimerizasyonu kullanılarak 22 çalışmalar polipirol ve PEDOT rapor edilmiştir. 15,23,24 PEDOT NPler, örneğin, sprey, emülsiyon, s kullanılarak hazırlanmıştırolymerization. 24 Bu yöntem, yeniden zordur ve genellikle daha büyük bir mikron boyutlu parçacıklar elde edilir. Bu makalede açıklanan protokol tekrarlanabilir 100 nm polimer NPs hazırlamak için açılan sonikasyon yönteminin kullanımını araştırıyor.

Bu protokol, elektro-polimerler, daha önce bildirilen poli benzer NIR bölgesindeki ışığı absorbe uyarlanmış (BEDOT-B (OR) 2) sentezlenir ve elektrokromik cihazlar ve PTT ajanları olarak potansiyellerini göstermek için karakterize edilir. İlk olarak, Negishi birleştirme yoluyla monomer sentezi için protokolü tarif edilmektedir. Monomerler NMR ve UV-Vis-NIR spektroskopi kullanılarak karakterize edilir. Sulu ortam içinde oksidatif emülsiyon polimerizasyonu ile NP kolloid süspansiyonlarının hazırlanması da tarif edilmektedir. Prosedür daha önce Han ve ark., Farklı monomer uygulanır tarafından tanımlanan iki basamaklı bir emülsiyon polimerizasyon işlemi dayanır. İki yüzey aktif cismi sistemidirNP tekli dağılırlık kontrol etmek için kullanılır. Hücre canlılığı deneyi NPlerin hücre proliferasyonu değerlendirmek için kullanılır. Son olarak, PTT dönüştürücüler etmek için bu NPlerin potansiyeli NIR laser ışıma ile ortaya konmuştur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dikkat: Kullanmadan önce ilgili tüm Güvenlik Bilgi Formları (SDS) danışın. Ve bu sentezlerde kullanılan reaktiflerin çeşitli potansiyel olarak tehlikelidir. Kişisel koruyucu ekipman (koruyucu gözlük, eldiven, laboratuvar önlüğü, uzun pantolon ve kapalı ayakkabı ayak) dahil olmak üzere tüm uygun güvenlik uygulamalarını kullanabilir ve duman davlumbaz içinde sentezleri gerçekleştirin. Lityumlama özellikle tehlikeli ve sadece denetimi ile düzgün eğitimli kişiler tarafından yapılmalıdır.

1. Monomer Sentez

Not: Şekil 1 öncüleri olan ve sentez Bölüm 1.2 açıklanmıştır monomerlerin hazırlanması için kimyasal rotayı gösterir - 1.5.

  1. Malzemeler
    1. Daha önce tarif edildiği gibi EDOT saflaştırılır. 25
    2. 24 saat süre ile, vakum altında tetrabütil amonyum etil asetattan perklorat (TBAP) ve kuru tekrar kristalize edilir. N-bütillityum Hoye ve arkadaşları tarafından tarif edildiği gibi (heksan içinde nBuLi, 2.5 M) titre edilir.
    3. Kuru, magnezyum sülfat ve kullanımdan önce 24 saat boyunca 100 ° C de, potasyum karbonat yer alır. Alınan bu protokolde kullanılan tüm diğer kimyasalları kullanın.
  2. 1,4-Dialkoxybenzenes sentezi
    Not: Şekil 1A 1-bromoheksan kullanılarak 1,4-dihexyloxybenzene hazırlanışını göstermektedir.
    1. Bir septum, bir argon giriş adaptörü ve bir kaynatıcıya bağlanmış bir gaz çıkışı ile donatılmış bir adaptör kondansör ile bir fırında kurutulmuş, üç-boyunlu, yuvarlak tabanlı bir şişeye donatılır. Sızdırmaz kılınmadan önce, şişeye bir karıştırma çubuğu ilave edin.
    2. Bir poli (vinil klorür) kullanılarak savurma hattı (PVC) boru ile giriş adaptörünü bağlayın ve argon ile yuvarlak dipli bir şişeye boşaltın.
    3. Yuvarlak tabanlı bir şişeye hidrokinon 12,5 g (113,5 mmol) ilave edin ve bir taraftan karıştırılarak susuz tetrahidrofuran (THF) içinde 20 ml içinde çözülür.
    4. Ayrı olarak, tek boyunlu 30 ml etanol içerisinde KOH 14 g (250 mmol) çözülüryuvarlak tabanlı bir şişe ve çözülene kadar karıştırın.
    5. Çözündükten sonra, yavaş yavaş bir şırınga kullanarak, üç-boyunlu, yuvarlak tabanlı bir şişeye KOH çözeltisi ekleyin. Karışım, 1 saat boyunca karışmaya bırakın.
    6. 1 saat sonra reaksiyon karışımına, 1-bromoalkan 250 mmol ekleyin.
    7. Argon altında karıştırılarak 24 saat geri akışta reaksiyon karışımının ısıtılması.
    8. 24 saat sonra reaksiyon karışımı, oda sıcaklığına soğumaya bırakın ve 15 ml distile su ve diklorometan 10 ml izin verir.
    9. Ayırıcı bir huniye karışımı aktarın. Organik tabakayı izole edin ve DI 10 ml su ile üç kez yıkanır.
    10. 15 dakika boyunca MgSO 4 15 gram Organik tabakayı kurutun.
    11. Filtre kağıdı içinden vakum süzme yoluyla MgSO 4 çıkarın.
    12. Ham beyaz bir katı olarak 1,4-dialkoxybenzene elde etmek için 50 ° C ve 21 kPa bir döner buharlaştırıcı kullanılarak süzüldü çözeltiden çözücünün çıkarın.
    13. Için yeterli sıcak etanol ilave edilerek ham ürün yeniden kristalizeürün çözülür. Eridiği zaman, kristalleşmeye yol açmak için, bir buz banyosu içinde yerleştirin.
    14. Filtre kağıdından süzme yoluyla kristallerin vakum toplayın ve soğuk etanol ile yıkanır.
    15. Oda sıcaklığında 24 saat boyunca vakum altında kurutun ve kristaller sonraki kullanıma kadar argon altında saklayın. Bu prosedür, 1,4-dihexyloxybenzene üretir.
    16. Erime noktası ve 1 H ve 13C NMR spektroskopisi kullanarak ürünü karakterize. 27
  3. 1,4-Dialkoxybenzenes içeren ester yarımlarının sentezi
    Not: Şekil 1B etil-4-bromobutanoat ile bir 1,4-dialkoxybenzene hazırlanması için kimyasal rotayı gösterir.
    1. Bir septum, bir argon giriş adaptörü ve bir kabarcık bağlı bir cam çıkış adaptörü ile mücehhez bir kondansatör, bir fırında kurutulmuş, üç-boyunlu, yuvarlak tabanlı bir şişeye donatılır. Sızdırmaz kılınmadan önce, şişeye bir karıştırma çubuğu ilave edin.
    2. PVC boru kullanılarak savurma hattına giriş adaptörünü bağlayın ve argon ile temizleyin.
    3. Kİ 1.88 g (93.5 mmol) ve K 2 CO 3 15,69 g (93,3 mmol) tartılır ve yuvarlak dipli bir şişeye ilave edin.
    4. Susuz N, N-dimetilformamid (DMF) 25 ml ilave edilir ve tuzlan eriyene kadar karıştırılır.
    5. Çözünmüş sonra, reaksiyon karışımına hidrokinon 2.5 g (18.7 mmol) ekleyin ve çözülene kadar karıştırın Reaksiyon izin verir.
    6. Tüm katılar çözündürüldü zaman, alkil bromoalkanoate 46.8 mmol ekleyin; Sürekli karıştırılarak argon altında 24 saat boyunca geri akışta, reaksiyon karışımı ısıtılır.
    7. Isı, reaksiyon karışımı çıkarın ve oda sıcaklığına soğumaya bırakın.
    8. Bir ayırma hunisine aktarın ve reaksiyon karışımı, organik katmanın özünü çıkarmak için su (20 mi) ve etil asetat (20 mi) ilave edin. Organik tabakayı izole etmek ve bunu üç kez su ile (20 mi parçalar) yıkayın.
    9. 15 dakika boyunca MgSO 4 15 gram Organik tabakayı kurutun. Bir kez kurutulduktan sonra, fil ile, vakumla süzme yoluyla karışımdan MgSO 4 kaldırmater kağıdı.
    10. 100 ° C ve 21 kPa bir döner buharlaştırıcı kullanılarak çözücü çıkarın. RT O / N ° C'de vakum altında ham ürün kurutulur.
    11. Tüm katıyı tamamen eritmeye yetecek kadar sıcak etanol eklenerek ürün tekrar kristalize edilir. Eridiği zaman, buz içinde soğutulur ve balon kristaller oluşturmak için izin verir. Vakumla süzme yoluyla ürün toplamak ve soğuk etanol ile yıkanır.
    12. 24 saat boyunca oda sıcaklığında vakum altında kristallerin kurutun ve bir sonraki kullanıma kadar argon altında depolayın. Bu prosedür, 1,4-bis (etil bütanoiloksi) benzen üretimi.
    13. Erime noktası ve 1 H ve 13C NMR spektroskopisi kullanarak ürünü karakterize. 28
  4. 1,4-Dialkoksi-2,5-dibromobenzenes sentezi
    Not: 1,4-dialkoksi-2,5-dibromobenzenes hazırlanması için kimyasal yolla Şekil 1A ve 1B'de gösterilmiştir.
    1. Bir argon girişi, bir ile kaplandı sabit bir basınç hunisi ile, kuru, üç boyunlu tabanı yuvarlak bir şişe montecam stoper ve septum ve 1 M NaOH çözeltisi içinde süspansiyon haline ters cam huni ile donatılmış plastik boru bağlı bir çıkış.
    2. Bu yuvarlak tabanlı bir şişe içinde, diklorometan içinde 1,4-dialkoxybenzene 218 mmol (15 mi) çözülür.
    3. Ayrı olarak, 250 ml'lik bir şişeye Br 2 12 ml (598 mmol) ilave edin ve diklorometan (12 mi) seyreltin.
    4. Sabit basınçlı ilave hunisine Br2 / diklorometan çözeltisi aktarın. 2 saatlik bir zaman dilimi içinde, argon altında karıştırılarak üç boyunlu yuvarlak dipli bir şişeye Br2 çözeltisi damla damla ekleyin.
    5. İlave işlemi tamamlandıktan sonra reaksiyon, sürekli bir argon akımı altında O / N karışmaya bırakın.
    6. Distile su (20 mi) ilave etmek suretiyle reaksiyonu söndürün ve bir ayırma hunisi içine dökün.
    7. Organik tabakayı izole etmek ve Dİ su (20 mi parçalar) ile üç kez yıkayın. 15 dakika boyunca MgSO 4 15 gram Organik tabakayı kurutun.
    8. Tarafından MgSO 4 kaldırvakum filtre kağıt içinden filtrasyon ve 75 ° C ve 21 kPa bir döner buharlaştırıcı kullanılarak çözücüyü çıkarın.
    9. Tüm katıyı tamamen eritmeye yetecek kadar sıcak etanol ekleyerek, ham 1,4-dialkoksi-2,5-dibromobenzen saflaştırılır. Eridiği zaman, buz içinde soğutulur ve balon kristaller oluşturmak için izin verir. Vakumla süzme yoluyla ürün toplamak ve soğuk etanol ile yıkanır.
    10. RT O / N ° C'de vakum altında saflaştırılmış ürün kurutulur; argon altında depolayın.
    11. Erime noktası ve 1 H ve 13C NMR spektroskopisi kullanarak ürünü karakterize. 27,28
  5. 1,4-dialkoksi-2,5-3,4-etilendioksitiyofen dibromobenzenes ile Negishi Birleştirme (EDOT)
    Not: Şekil 1C monomerler M1 ve M2 oluşturmak için EDOT ile 1,4-dialkoksi-2,5-dibromobenzenes Negishi bağlantıyı gösterir.
    1. Bir septum, argon bağlı bir giriş akış kontrol adaptör ile donatılmış bir geri soğutucu ve bir gaz çıkışı akış con temiz bir üç boyunlu tabanı yuvarlak bir şişe monteBir kabarcık bağlı trol adaptörü.
    2. Kalın duvarlı PVC boruyu kullanarak savurma hattına giriş adaptörünü bağlayın. Birkaç dakika boyunca reaksiyon şişesi içine argon akışı başlayın.
    3. Bir Bunsen beki kullanarak, vakum altında aparatı alev kurutulur ve havasız bir ortam sağlamak için, argon ile üç kez temizleyin.
    4. Saflaştırılmış EDOT 1.07 g (10 mmol) tartılır ve septum içinden geçirilmiş bir şırınga kullanılarak reaksiyon balonuna ekleyin. Susuz THF (20 mi) ile seyreltilir EDOT ve argon altında karıştırılmıştır.
    5. -78 ° C'de 15 dakika boyunca kuru buz / aseton banyosu kullanılarak EDOT solüsyonu içeren bir şişeye soğutun.
    6. -78 ° C'de sıcaklık muhafaza edilirken 15 dakika sonra yavaş yavaş heksan solüsyonu damla damla 11 mmol nBuLi ilave edin. 1 saat boyunca -78 ° C'de reaksiyon karıştırılır.
      Not: nBuLi tam konsantrasyonu, Bölüm 1,1 göre kullanım öncesi titrasyon ile tespit edilmelidir.
    7. Karıştırma 1 saat sonra kuru buz / aseton ba kaldırmainci.
    8. Hemen banyosunun uzaklaştırılmasından sonra, 1.0 M ZnCl2 çözeltisi damla damla 14,13 ilave edin. Oda sıcaklığında karıştırıldıktan sonra, reaksiyon 1 saat devam etmesine izin verir.
    9. Karıştırma 1 saat sonra, 4 mmol Reaksiyon karışımına 1,4-dialkoksi-2,5-dibromobenzen ve tetrakis 0,08 mmol (trifenilfosfin) paladyum (0) ilave edin.
    10. Bir yağ banyosunda geri akışta reaksiyon karışımı (70 ° C) ısıtın.
    11. Ince tabaka kromatografisi (TLC) kullanılarak reaksiyon ilerleme takibi: günde bir şırınga kullanılarak tepkime karışımı küçük (0.2 mi) alikotları almak ve 2 ml 1 M HCI içine çökme olmamıştır. 2 mi CHCI3 ile ekstrakte edin ve EDOT Çözeltilerin ve appropriate1,4-dialkoksi-2,5-dibromobenzen noktalar ile birlikte bir silis TLC plakası üzerinde özü nokta. 60:40 etil asetat ile elüt: heksan.
    12. Reaksiyon tamamlandığında, reaksiyon karışımı oda sıcaklığına soğumaya bırakın. Diklorometan (20 mi) ve ardından 1 M HCI 10 ml ilave etmek suretiyle reaksiyonu söndürün.
    13. Trbir ayırma hunisine ansfer ve organik tabaka izole eder.
    14. Yıkama suyu, artık asidik olana kadar DI organik tabakanın su ile yıkayın. PH kağıdı ile yıkama suyunun asitliği sınayın.
    15. MgSO 4, filtrenin 15 gram Organik tabakayı kurutulur ve bir sarı-portakal rengi bir katı olarak ham uzatılmış konjügasyon monomer (M1 veya M2) elde etmek için 50 ° C ve 21 kPa bir döner buharlaştırıcı kullanılarak çözücüyü çıkarın.
    16. M2 için benzen: 1 etanol: benzen çözeltisi M1 ya da 7: 2 heksan 3 sıcak çözeltisi kullanılarak ham ürün tekrar kristalize edilir. Katı maddelerin eritilmesi için yeterli sıcak çözücü karışımı ekleyin. Eridiği zaman, buz içinde soğutulur ve balon kristaller oluşturmak için izin verir. Vakumla süzme yoluyla ürün toplamak ve soğuk etanol ile yıkanır.
    17. Oda sıcaklığında 24 saat süre ile, vakum altında ürün kurutulur. Karanlıkta argon altında depolayın.
    18. Erime noktası ve 1 H ve 13C NMR spektroskopisi kullanarak ürünü karakterize. 18

  1. Elektropolimerizasyon
    1. 50 ml'lik bir volumetrik şişe, susuz asetonitril (CH3CN) içinde 100 mM tetrabütilamonyum perklorat (TBAP) elektrolit solüsyon hazırlanır.
    2. Bir 10 ml'lik hacimsel bir şişeye seyreltici olarak 100 mM TBAP / CH3CN çözeltisi kullanılarak (M1 veya M2) çözeltisi, 10 mM monomer hazırlar.
    3. Bir fırında kurutulmuş, elektrokimyasal hücreye bir gümüş tel (sözde bir referans elektrot) ve bir platinyum bayrağı (karşı elektrot) ekleyin.
    4. Çalışma elektrodu olarak kullanım için taze cilalı platin düğmesi (2 mm çaplı 2) takın. Platin düğmesi elektrodun alt elektrokimyasal hücre alt dokunmadan olmadığından emin olun.
    5. Her üç elektrot uçları çözeltisine daldırıldığı emin olmak için yeterli monomer elektrolit çözeltisi ile elektrokimyasal hücre doldurun.
    6. Th içine daldırılmış bir iğne ile hafifçe köpüren argon, 5 dakika boyunca solüsyon De-havalandırmake çözüm.
    7. Iğne çözeltisi üzerinde 2 mm kaldırın ve çözüm üzerinde argon battaniye korumak için deney boyunca argon akışı devam ediyor.
    8. Potentiyostat elektrotlar bağlayın ve 100 mV / sn tarama hızı ve -1.5 V ve +1.0 V arasında potansiyel bir mesafeden uygulanan potansiyel beş kez bisiklet ile polimerizasyonu başlar
    9. Halkalı voltamogramları oluşturmak için bu işlem sırasında geçerli çıkışını kaydedin.
  2. Polimer Elektrokimya
    1. Polimer film, platin düğmesi çalışma elektrot üzerinde biriken sonra monomer elektrolit çözeltisi tüm elektrotlar ve yavaşça monomersiz elektrolit çözeltisi (3 mi) ile yıkayın.
    2. Temiz bir elektrokimyasal hücrenin elektrotları ekleyin ve üç elektrot uçları çözeltisine daldırıldığı sağlamak için yeterli monomersiz elektrolit çözeltisi ilave edilir.
    3. Potentiyostat elektrotlar bağlayın. Uygulanan potansiyel tw Döngüsü50 mV / sn tarama hızı ve -1.5 V ile +1.0 V arasında potansiyel bir mesafeden o zamanlar
    4. 100, 200, 300 ve 400 mV / sn Deney tekrarlayın. Halkalı voltamogramları oluşturmak için her bir deney sırasında akım çıkışını kaydedin.
  3. UV-Vis-NIR spektroskopisi ve Fototermal Çalışmaları elektrokimyasal Filmlerin Hazırlanması
    1. Bir indiyum kalay oksit (ITO) çalışma elektrodu olarak -kaplı cam slayt kullanarak, yukarıdaki bölüm 2.1 bu kez açıklandığı gibi polimer filmler hazırlayın. 100 mV / sn tarama hızında 5 döngü üzerinde polimer filmlerin büyütün.
    2. Polimer birikimi sonra, monomer çözeltisinden elektrotlar ve asetonitril (5 mi) ile yıkayın.
    3. Çalışmaları Spektroskopik öncesinde asetonitril içinde polimer film saklayın.

3. NP Hazırlık

Şekil 2, emülsiyon polimerizasyonu ile NP hazırlanması için kullanılan işlemin bir şemasını göstermektedir.

  1. Prepare% 2 1 ml solüsyon bir cam şişede su içinde poli (4-stirensülfonik asit-ko-maleik asit) (PSS-ko-MA) (w / v). Şişeye küçük Manyetik karıştırma çubuğu ile ekleyin. Bu sulu fazdır.
  2. Mikrosantrifüj tüpü içinde kloroform içinde 16 mg / ml monomer çözeltisi 100 ul hazırlayın.
  3. 100 ul monomer çözeltisi içinde dodesilbenzen sülfonik asit (DBSA) 0.03 g çözülerek Organik çözelti hazırlayın. Çözeltinin bir homojenlik sağlamak için, 30-60 dakika boyunca bir otomatik vorteks karıştırıcı kullanılarak bir organik çözelti karıştırın.
  4. Organik solüsyonun komple bir birim kullanılana kadar bir manyetik karıştırma çubuğu ile karıştırılırken 10 ul kısımlar halinde sulu faz damlalar halinde organik fazın ekleyin. Eklemeler arasında 60 saniye karıştırıldıktan izin verin.
  5. Bu karışımın daha seyreltilmesi 2 ml su ekleyin. Tüpten karıştırma çubuğu çıkarın.
  6. Daldırılması de% 30 'lik bir genişlikte 10 saniyelik aralıklarla 20 saniye toplam için bir sonda sonikatör kullanılarak emülsiyonun sonikasyonBir buz banyosu içinde şişesine yerleştirilir.
  7. , Buz banyosu örnek şişe çıkarın karıştırma çubuğu yerine, ve emülsiyon karıştırma devam edin.
  8. Monomer emülsiyonu su içinde FeCl3, 100 mg / ml solüsyon, 3.8 ul ekleyin. Sürekli bir şekilde karıştırılarak polimerizasyon 1 saat boyunca oluşmasına izin verir. Polimerin Bu protokol verimleri NPS PSS-ko-MA ile stabilize.
  9. Bir karıştırma plakası NP süspansiyon çıkarın ve 7 ml santrifüj tüplerine aktarılır. 3 dakika boyunca 75.600 x g'de santrifüjleyin süspansiyon; Süpernatantı kurtarmak ve pelet atın.
  10. 100 kDa moleküler ağırlık cutoff değeri (MWCO) kullanılarak diyaliz tüpüne 24 saat için supernatant Dialyze.

4. Polimer Filmler ve NP Karakterizasyonu

Not: UV-Vis-NIR spektroskopisi yoluyla polimer filmler ve NPs karakterize ve dinamik ışık saçılması, zeta potansiyeli analizi ve elektron mikroskobu kullanarak NPS.

  1. UV-Vis-N polimer Absorpsiyonunun BelirlenmesiIR Spektrumu 29
    1. NP süspansiyonlar: kuartz bir küvete transfer süspansiyon ve 300 bir spektrum elde - 5 nm'lik bir tarama aralığında 1000 nm.
    2. Okside polimer filmler: kuartz küvete polimer kaplı İTO cam slayt aktarın ve susuz asetonitril ile küvet doldurun. Asetonitril CHCI3 içinde FeCl3 bir 100 mg / ml solüsyon 2 damla ilave edin ve bir polimer film de tamamen oksidize olmuş sağlamak için karıştırılır. 5 nm'lik bir tarama aralığında 1000 nm - 300 adlı bir spektrum elde edin.
    3. İndirimli polimer filmler: bir küvete polimer kaplı ITO cam slayt aktarın ve susuz asetonitril ile küveti doldurun. Sıvı hidrazinin bir damla eklenir ve polimer film tamamen indirgenmiş sağlamak için karıştırılır. 5 nm'lik bir tarama aralığında 1000 nm - 300 adlı bir spektrum elde edin.
  2. Dinamik Işık Saçılma (DLS) 30 Kullanma NP Boyutu Belirlenmesi
    1. DLS aleti açın ve izin15 dakika boyunca ısınmak için.
    2. Tek kullanımlık bir polistiren küvet içinde 0.01 mg / ml ve yerine bir konsantrasyonda su içinde bir süspansiyon NP seyreltin.
    3. Okuyucuda küvet yerleştirin ve ölçümü başlar.
  3. NP Zeta Potansiyeli 31 Belirlenmesi
    1. Zeta potansiyeli enstrüman açın ve 30 dakika boyunca ısıtın.
    2. 10 mM KCI çözeltisi 800 ul NP süspansiyon 200 ul seyreltilmesi ile örnek hazırlayın.
    3. Örnek 700 ul tek kullanımlık bir polistiren küvet doldurun.
    4. Kabarcıklar elektrodlar arasında ya da lazer ışık yolu altında kaldı sağlanması numune içine zeta potansiyeli elektrod hücre yerleştirin.
    5. Enstrüman küvet yerleştirin ve ölçümü çalışan yazılım yönergeleri izleyin.
  4. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) 32 Kullanma NP Boyutu Belirlenmesi
    1. Drop-döküm NP süspansiyonlar 10 ul Si gofret üzerine vekurumasını bekleyin.
    2. Kaplamaz iridyum 2 nm ile kurutulmuş NPs sputter.
    3. Resim 5 mm'lik çalışma mesafesinde ve 5 kV örnekler.

5. NPlerin hücre proliferasyonu incelenmesi

Not: Tüm hücre manipülasyonlar bir biyogüvenlik kabini (laminer akış kaput) çevreden bakteri, maya, mantar ya da hücrelerin kontaminasyonu önlemek için, ve potansiyel olarak bulaşıcı hastalıklardan kullanıcıyı korumak için de yapılmalıdır. Hücreleri ile kullanılan tüm çözüm ve sarf malzemeleri steril olmalıdır. Uygun aseptik hücre kültürü teknikleri kullanın.

  1. Kültür, bir CO2 inkübatöründe (% 5 CO2) büyüme ortamı olarak% 10 fetal bovin serumu ile desteklenmiş Dulbecco Modifiye Eagle Ortamı (DMEM) kullanılarak, 37 ° C 'de T75 şişelerinde SKOV-3 yumurtalık kanseri hücreleri.
  2. / Oyuk, 96 oyuklu bir plaka içerisinde ve 5000 hücre bir hücre yoğunluğunda tohum hücreleri CO2, 37 ° C'de 24 saat boyunca inkübe
  3. Kullanımdan hemen önce, 1 mg / ml'lik bir konsantrasyonda, tam büyüme ortamında süspansiyon NP seyreltin.
  4. Steril 0,2 mikron filtre içinden geçirilerek NP süspansiyonlar filtre edin ve% 1 penisilin / streptomisin ile desteklenmiş tam büyüme ortamı ile istenen maruz konsantrasyonda (2-500 ug / ml) seyreltin.
  5. Hafifçe pipetleme 96 oyuklu plaka içerisinde kuyu her medya çıkarın ve çeşitli çekim konsantrasyonlarda NP süspansiyonlar 100 ul ile değiştirmek veya pozitif ve negatif kontroller hem hücre proliferasyonu için NP içermeyen ortam, 100 ul. Durum başına 6 suret kuyuları yararlanın.
  6. Hemen bir sonraki aşamada önce fenol kırmızısı içermeyen DMEM içinde 3- (4,5-dimetiltiazol-2-il) ve 0.5 mg / ml çözelti -2,5-difeniltetrazolyum bromür (MTT) hazırlar. Steril filtre steril 0.2-um filtre ile MTT çözeltisi.
  7. Ty (NPS istenen zaman süresi için hücreler ile inkübe bırakıldıktan sonrapically 24 veya 48 saat), dikkatle pipetleme NP süspansiyonlar çıkarın.
  8. Hemen durumuna bağlı olarak aşağıdaki ile medya değiştirin:
    1. Negatif hücre proliferasyonu kontrolü için, 6 yuvaların her birine 100 ul metanol ekleyin ve en az 5 dakika boyunca bekletin. Metanol muameleden sonra, fenol kırmızısı içermeyen DMEM steril filtrelenmiş 0,5 mg / ml MTT solüsyonu 100 ul metanol değiştirin.
    2. Pozitif kontrol ve NP-muamele edilmiş numuneler için, fenol kırmızısı içermeyen DMEM steril filtrelenmiş 0,5 mg / ml MTT solüsyonu 100 ul ile orta yerine.
  9. Inkübatörde 2 ila 4 saat boyunca inkübe hücreleri. İnkübasyondan sonra formazan kristalleri oluşumu kontrol etmek için bir mikroskop altında hücreleri incelemek.
  10. Dikkatle pipetleme MTT çözüm kaldırmak ve dimetilsülfoksitte 100 ul (DMSO) ile değiştirin.
  11. Bir çalkalayıcı üzerinde 96 oyuklu plaka yerleştirilir ve için çözünmesini teşvik etmek için bir kaç dakika için karıştırınMazan kristaller.
  12. De 590 nm'de (formazan ürününün Absorbans) ve 700 nm'de (taban çizgisi) her absorbansı ölçülür.
  13. Her iyi için 590 nm olduğu 700 nm (başlangıç) numune absorbansı çıkarın.
  14. Pozitif kontrol ortalama bölünerek düzeltilmiş absorbans normalleştirmek ve 100 ile çarpılarak yüzde dönüştürmek.
  15. Her durum için ortalama yüzdesi canlılığı ve standart sapmayı belirler.

6. Fototermal İletimi Çalışmaları

Not:. Daha önce Patani'de ve Tunell tarafından açıklanan bir lazer sistemi kullanılmaktadır Bu çalışmada 33

  1. NP Cezalar fototermal İletimi
    1. Çevrede konsantrasyonuna DI su içinde NPs seyreltilir.
    2. Bir 96-yuvalı plaka iyi NP süspansiyonu 100 ul ekle. 25 ° C 'de muhafaza edilen bir sıcak plaka üzerinde plaka yerleştirin.
    3. Lazer güç kaynağı açın ve t izino birkaç dakika sıcak. Bu çalışmada, gücün 1 W kadar puan fiber birleştiğinde 808 nm lazer diyot kullanılır.
    4. Rota, bir fiber optik aracılığıyla numune aşamasında doğru lazer ışını. İstenilen spot büyüklüğü lazer ışını farklılaşmaya bir dışbükey lens kullanın.
    5. Standart bir elektrik ölçer kullanılarak güç çıkışını ölçün ve 1 W / cm2 güç ayarlayın.
    6. IR kamera (InSb kızılötesi kamera (FLIR Systems SC4000)) açın ve lazer odaklı 6 mm nokta sıcaklığını okumak için ilgi (ROI) nokta bölgesini ayarlayın.
    7. Lazer ışınının odak noktasında ilgi kuyusunu yerleştirin. Numunenin başlangıç ​​sıcaklığı kaydedin. Lazer açın ve sıcaklık kaydederken 5 dakika boyunca sürekli kuyusu ışın tedavisi.
    8. 5 dakika sonra, lazer kapatın ve geri başlangıç ​​başlangıç ​​sıcaklığına soğuyana kadar iyi sıcaklığını kayıt devam ediyor.
      Isı ve her bir süspansiyon üç kez serin ve hesaplamak Not:zamanla ortalama sıcaklık değişimi. Fototermal dönüşüm için bir negatif kontrol olarak NP süspansiyonu yerine, 25 ° C 'de distile su kullanın.
  2. Polimer filmlerin fototermal İletimi
    1. 25 ° C 'de muhafaza edilen bir sıcak plaka, polimer kaplı İTO cam slayt aktarın.
    2. Lazer güç kaynağı açın ve birkaç dakika için ısıtın. Bu çalışmada, gücün 1 W kadar puan fiber birleştiğinde 808 nm lazer diyot kullanılır.
    3. Rota, bir fiber optik aracılığıyla numune aşamasında doğru lazer ışını. İstenilen spot büyüklüğü lazer ışını farklılaşmaya bir dışbükey lens kullanın.
    4. Standart bir elektrik ölçer kullanılarak güç çıkışını ölçün ve 1 W / cm2 güç ayarlayın.
    5. IR kamera (InSb kızılötesi kamera (FLIR Systems SC4000)) açın ve lazer odaklı 6 mm nokta sıcaklığını okumak için ilgi (ROI) nokta bölgesini ayarlayın.
    6. Lazer ışınının odak noktasında filmi yerleştirin. B kaydedinNumunenin aseline sıcaklığı. Lazer açın ve sıcaklık kaydederken 5 dakika boyunca sürekli numune ışın tedavisi.
    7. 5 dakika sonra, lazer kapatın ve geri başlangıç ​​başlangıç ​​sıcaklığına soğuyana kadar numunenin sıcaklığını kayıt devam ediyor.
      Not: Isı ve her filmi üç kez serin ve zamanla ortalama sıcaklık değişimini hesaplayın. Fototermal dönüşüm için bir negatif kontrol olarak 25 ° C 'de çıplak bir İTO slayt kullanın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

M1 ve M2 elde Reaksiyon protokolü, Şekil 1 'de gösterilmiştir. Monomerler, erime noktası, 1 H ve 13C NMR spektroskopisi ile karakterize edilen, ve elementel analiz edilebilir. 1H NMR spektrumu atomu ve bunların elektronik ortamların bağlantısı ile ilgili bilgiler sağlar; bu nedenle, rutin reaksiyonlar başarıyla tamamlandığını doğrulamak için kullanılır. Negishi birleştirme tepkimeleri 7.1 ppm 7,8 ppm kaydırmaya fenil proton zirve neden EDOT fenil halkasının bağlanmasını gerektirir. Tienil proton da 6.5 ppm yukarı alana kayacak. Etilendioksi köprü karbonlar dört protonları 4.3 ppm multipletlerinin iki sete ayrılmış olacak. Alifatik karbonlar üzerinde protonlar önemli bir değişiklik olmayacak. 13C NMR spektrumu, 170 ° C'de fenilen karbonlu 145, 140, ve tiyenil Karbonlar 113, ve 150, 120 ve 112 zirveleri sergiler. Ali Pozisyonlarphatic karbonlar önemli bir değişiklik olmayacak. Kimyasal yapısı, 1 H NMR ve M2 13C NMR, Şekil 3 'de gösterilmiştir.

Polimer (P2) ve P2 voltametri elde M2 Electropolymerizations Şekil 4'te gösterilmiştir Şekil 4A, ilk olarak, akım tepkisi vardır.; İlk tarama sırasında + 0.61 V'ta monomer doruk oksidasyonu ile + 0.25 V görülebilir potansiyel artışlar (m, e) M1 monomerin oksitleme başlangıcı, (E p, m), gözlenen başlangıç ​​zirve noktası çalışma elektrodu yüzeyine P2 oluşumu ile sonuçlanarak, geri dönüşü olmayan bir monomer oksidasyon göstergesidir. İkinci Tarama sırasında iki oksidasyon işlemleri gözlenir: monomer oksitleme halen +0.25 V de görülmektedir, ve polimer oksidasyonu 50 den 4 e kadar tarama hızlarında gerçekleştirilmiştir P2 0 V. Siklik voltametri (Şekil 4B) görülür00 mV / sn. Polimer film nötr durumda okside durumda koyu mavi ve kırmızı. Tarama oranlarının çeşitli polimeri binme (E, p) P2 -0,02 V görülmektedir polimerin elektro elektrod. 18 Polimer oksidasyon yapıştırılmış olduğunu belirten tarama hızı ve tepe akımı arasında doğrusal bir ilişki gösterir, 100 mV / sn sağlanıncaya ve polimer azalması (E c, p) -0,3 V görülmektedir.

Şekil 2'de gösterilen ve UV-Vis NIR spektroskopisi, elektron mikroskobu ve DLS ile karakterize edilen NPler sentezlendi. UV-Vis NIR ve oksitlenmiş P2 NPlerin oksitlenmiş ve indirgenmiş P2 filmlerin spektrumu Şekil 5'de gösterilmiştir. Okside polimer filmleri ve NPS arzetmektedir Absorbans λ maksimum 1,56 eV (795 nm). Hidrazin azaltılmış zaman ise, film Absorbans 2,3 eV (540 nm) bir λ maksimum geçer. Polimer bant gŞekil 5 siyah okla gösterildiği gibi ap (E g), nötr bir polimer içinde π- π * geçişin başlangıcı belirlenir.

Şekil 6A'da P2 NPlerin SEM görüntüsü NPler çapında küresel ve alt 100 nm olduğunu gösterir. Şekil 6B'de DLS veri örneği orta monodispers olduğunu gösteren, süspansiyonlar bir Z-ortalama 0.13 bir polidispersite indeksi (PDI) çapında ve 104 nm olarak gösteriyor. P2 NPlerin zeta potansiyeli -30,5 mV olarak bulunmuştur. NPler NIR radyasyonuna maruz kalan ısı değişim fototermal dönüşüm gösterir. NP süspansiyonlar sıcaklık 30 ° C artış (Şekil gösterildiği gibi bir sıcaklık 1 ° C artış daha az maruz su kontrolleri ile karşılaştırıldığında, su içinde NP süspansiyonlar ısı emilir lazer enerjisini dönüştürmek mümkün6C). İTO cama polimer filmler 808 nm'de (Şekil 6C) ışımaya zaman benzer bir sıcaklık artışı (28 ° C) görülmektedir.

Polimer NPlerin hücre proliferasyonu MTT hücre canlılığı tahlilleri kullanılarak belirlenir. . PEDOT için hücre proliferasyonu çalışmaların sonuçları: PSS-ko-MS NPler Şekil 7'de gösterilmiştir gösterildiği gibi, 0,23 ile 56 ug / ml NP konsantrasyon aralığında, NPS kumanda az% 90 hücre canlılığını azaltır yoktur. Tipik olarak,% 20'den daha az (yani, en fazla% 80 canlılık), hücre canlılığında azalma NP hücre proliferasyonu belirlenmesi için kabul edilebilir olarak kabul edilir.

figür 1
Ön-madde sentezi ile başlayarak Şekil 1. Genel monomer sentezi. 1,4-dialkoksi-2,5-dibromobenzen (A) sentezi. Ester kısmını içerir 1,4-dialkoksi-2,5-dibromobenzen (B) Sentezi. (C) monomerleri M1 ve M2 verimli EDOT ile 1,4-dialkoksi-2,5-dibromobenzen, Çapraz bağlama reaksiyonu. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 2,
Şekil 2. polimerizasyon işlemi ki, organik çözelti, bir emülsiyon oluşturma, bir sulu çözelti. Monomer ve değişebilir organik çözücüye damla damla ilave edilir. FeCl3 emülsiyona ilave edildiğinde oksidatif polimerizasyon gerçekleşir. Kolloidal süspansiyon arıtma, NPS sulu ortam içinde asılı sonra. Bu büyük halini görmek için tıklayınızrakam.

Şekil 3,
Monomer M2 Şekil 3. NMR spektrumları. 4.32 ppm etilendioksi protonların yarma, tienil proton yukarı alana kayması ve fenil proton yukarı alana kayması başarılı bağlantı göstergesidir M2 (A) 1H NMR spektroskopisi . (B) tiyenil ve fenil karbon doruklarına gösteren M2 13C NMR spektroskopisi. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Şekil 4. (A) P2 M2 elektrokimyasal polimerizasyonu; 0.1 M TB 0.01 M M2 100 mV / sn beş döngüleriAP / CH3CN. (B), 0.1 M TBAP / CH3CN'de polimer filmin Dönüşümlü voltametri, 50 ° C'de 100, 200, 300, ve 400 sağlanıncaya mV / sn. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
P2 UV-Vis NIR spektrumları hem bir film gibi NPlerin bir süspansiyon olarak Şekil 5.. Okside film spektrumu mavi renkte gösterilir, indirgenmiş filmin spektrumu kırmızı ile gösterilen, ve okside spektrumu olan NP süspansiyon yeşil gösterilir. Siyah ok polimer bandaralıklı belirlenmesi için kullanılan teğet karşılık gelir. Şartıyla polimerler için Tepe emilim dalga boyları. Bu büyük halini görmek için tıklayınızrakam.

Şekil 6,
P2 NPlerin morfolojisi ve boyutunu gösteren Şekil 6. (A) SEM görüntüsü. P2 (B) Boyut dağılımı: Z-ortalama değeri 104 nm ve PDI 0.13 olan PSS-ko-MA NP süspansiyon. (C) bir P2 sıcaklık değişimi:. 1 mg / ml'lik lazer ışını tamamlanması üzerine pasif soğutma ve ardından 300 saniye NIR ışını ile muamele (mavi) ve film (yeşil) de PSS-ko-MS NP süspansiyon tıklayın Burada bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için.

Şekil 7,
PEDOT Şekil 7. hücre proliferasyonu: MTT testi ile tespit edildiği üzere, PSS-ko-MS NP süspansiyonlar Canlılık olup.NP içermeyen ortam (pozitif kontrol) ile inkübe edilen hücrelere ait bu ortalama yüzde cinsinden NPlerin konsantrasyonlarına maruz hücreler için gösterildiği. Negatif kontrol öncesinde MTT tahlili metanol maruz bırakılarak öldürüldü hücrelerden oluşur. Hata çubukları çoğaltır arasındaki standart sapmasını temsil (n = 6). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu çalışmada, elektro-aktif, polimer NPler kanser tedavisi için potansiyel bir PTT maddeler olarak sentezlendi. NPlerin hazırlanması emülsiyon polimerizasyonu ile takip edilen her monomere sentezi ile başlayarak tarif edilmektedir. Örneğin EDOT ve pirrol gibi elektroaktif polimerler kullanılarak NPlerin hazırlanması daha önce tarif edilmiş olmakla beraber, bu çalışma polimer NPlerin hazırlanması, benzersiz bir genişletilmiş konjügasyon monomerler ile başlayarak bu işlem büyük, daha karmaşık monomerlere uzatılabilir gösteren açıklanmaktadır.

İki farklı yolları dialkoxybenzene monomerler sentezlenmesi için gereklidir. 1,4-dihexyloxybenzene KOH / EtOH kullanılarak sentezlenebilir birlikte, bu yaklaşım, 1,4-bis baz teşvik ester hidrolizi nedeniyle, büyük olasılıkla (etil bütanoiloksi) benzen, sentezinde başarısız olur. Bir KI / K 2 CO 3 karışımı kullanıldığında, hidroliz kaçınılır ve ürünün başarılı bir şekilde elde edilir. Bot brominasyonuh dialkoxybenzenes Br 2 kullanılarak gerçekleştirilir. Bu reaksiyon sırasında oluşan HBr yerinden için argon akan altında bu deney yapmak için gereklidir. Gaz çıkışı kukuleta demirbaşlar korozyona gelen HBr önlemek için nötralize NaOH solüsyonu üzerine delik olmalıdır; HBr plastik boru zamanla sertleşmesine neden olabilir unutmayın.

BEDOT-B (OR) 2 monomerler, M1 ve M2 Negishi birleştirmesi kullanılarak sentezlenmiştir. Bu BEDOT-B (OR) 2 monomerler 1,4-dialkoksi-2,5-dibromobenzenes sahip EDOT bir karbon-karbon bağlantısı için etkili bir yöntemdir. Bu EDOT soğuk önemlidir -78 ° C istenmeyen yan tepkimeleri en aza indirmek için, nBuLi ilave hemen önce. (TLC ile tespit, bu tipik olarak 3-5 gün sürer) Tüm 1,4-dialkoksi-2,5-dibromobenzen, reaksiyon karışımından tükendiği zaman, reaksiyon tamamlanmıştır. Reaksiyon son derece havaya duyarlı bir şekilde, hava herhangi bir maruz kalma reaksiyonu verimini etkiler. Böylece, intkapalı şişe içine (örneğin, katalizör olarak) bir katı bileşikler roducing hava temasından artan argon akımı ile en aza indirilmelidir.

Elektroaktif monomerler ve polimerler rutin Monomer ve polimer oksitleme potansiyeli ve polimer indirgeme potansiyelini belirlemek için voltametri ile karakterize edilir, ve elektrokimyasal polimerieştirilmesiyle hazırlanan filmler, hem oksitlenmiş ve indirgenmiş devletlerde UV-Vis NIR spektrumu polimer emme belirlemek için kullanılır. Bu çalışmada, polimer filmler bir platin düğmesi ve elektropolimerizasyonla İTO kaplı cam hem üzerine birikmiştir. Elektropolimerizasyonla bazı avantajları tekrarlanabilirlik ve polimerize film akımı kontrol ve belirli bir tepki elde edilir elektrokimyasal olarak durdurarak film kalınlığını kontrol etme yeteneği olan 34 elektrokimyasal deneyler argon gibi inert bir atmosfer altında yapılması gerekmektedir.; Argon akışı değildir şekilde yavaş olmalıdır diffüzyon kontrollu bir işlem sağlamak için, çözelti yüzeyini rahatsız eder. Seçenek olarak ise, elektro-kimyasal deneyler elektrokimyasal beslemesi kullanın ile donatılmış bir atıl bir atmosfer kuru bir kutuda gerçekleştirilebilir. Üç elektrot yok elektropolimerizasyonla boyunca birbirine temas ediyor olması önemlidir. Voltametri çalışmalar polimer önce biriken polimer filmlerin tepkimemiş monomerin kaldırmak için monomer içermeyen bir elektrolit çözeltisi ile yıkanmalıdır. Potansiyel aralık monomer / polimerin yapısına bağlı olacaktır gerekli tüm elektrokimyasal çalışmalar için; Böylece bu aralık, alternatif monomer ve polimerlerle değişebilir. Alkoksi ikame yapısına bağlı olarak, çözücü madde aynı zamanda polimeri çözmek olabilir monomer elektrolit solüsyonları hazırlamak için kullanılan. Bu durumda, elektropolimerizasyonla sırasında elektrot üzerinde bir polimer birikme yavaş ya da olmayan olacak ve polimerizasyon için kullanılan çözücü değiştirilmesi gerekir.

e_content "> elektro polimerlerden NPlerin hazırlanması için emülsiyon polimerizasyonu düzgün bir morfolojisi olan NPs veren etkili bir yöntemdir, bu çalışmada, bir emülsiyon polimerizasyon işlemi sırasında kullanılan elektrokimyasal polimerizasyon, aynı oksidatif polimerizasyon mekanizmasını kullanır;. büyük fark olmasıdır elektrokimyasal redoks polimerizasyon özelliklerin belirlenmesi için kolay bir yol olmasına rağmen, bir kimyasal oksitleyici (ferrik klorür) kullanılarak uygulanan bir elektrokimyasal potansiyelin kullanılır. Bu emülsiyon polimerizasyon nedenle. elektrokimyasal polimerizasyon yoluyla hazırlanmış filmlere kimyasal bileşimi özdeş NPs üretir monomer ve polimerlerin emülsiyon polimerizasyon kolayca ölçeklendirilebilir ve potansiyel olarak farklı elektroaktif polimerler bir dizi kullanılabilecek bir hızlı, ucuz ve yeniden kullanılabilecek bir proses. Emülsiyon polimerizasyon organik düşük çözünürlüğe sahip polimerlerden NPlerin hazırlanmasını sağlayan birpolimerik durumdan etkili bir emülsifiye edilemedi ve sulu çözeltileri. Bizim emülsiyon polimerizasyonlarında, organik faz monomerden meydana edildi, organik bir çözücü (heksan) ve dodesilbenzen sülfonik asit (yüzey aktif madde). Sulu faz su oluşuyordu, ferrik klorid (oksitleyici) ve PSS-ko-MS (yüzey aktif madde). Emülsiyon polimerizasyon işlemi de sulu bir faz içinde dağılmış olan organik fazın sağlanması için bir sonikasyon aşaması gelmelidir. Sonikasyon esnasında, yığın ısınmasını önlemek için bir buz banyosu içinde emülsiyonun batırmak için gereklidir. Yüzey aktif maddeler PSS-ko-MA ve DBSA parçacık arası elektrostatik itici güçleri sayesinde sulu çözeltilerde sentezlenen NPS dağılmasını sağlar. Bu yüzey aktif maddeler de ek yük dengeleyici, takviye hareket ve küresel NP geometrisini oluşturmak için gösterilmiştir 24 (795 nm 'de pik emme ile kanıtlandığı gibi, şekil 4) bir polimerik NPler, oksitlenmiş bir durumda kalır., Burada kritik olupal NIR aralığında emme gerekli olduğu Biyomedikal uygulamalar için. 24

Zeta potansiyel analizi yaygın NP süspansiyonlar istikrarı değerlendirmek için yapılır. Zeta potansiyeli iyonları artık NP yüzeyi ile etkileşime iyonları, NP yüzeyi ile bağlantılı olan arka tabaka, ve yaygın tabaka arasındaki sınır potansiyeldir. 31 Zeta potansiyeli ölçümleri şarj NPlerin hareket dayanan zaman, bir elektrik Alan süspansiyonu tatbik edilir. Özellikle, negatif yüklü NPS tersi pozitif elektrot doğru çekti ve edilir. Koloidal süspansiyonları elektrostatik iğrenmeyle ile stabilize edilebilir. Onların zeta potansiyeli fazla +/- 30 mV olduğunda Özellikle, süspansiyonlar kararlı olarak kabul edilir. Bizim NP formülasyonlarda, DBSA ve PSS-ko-MA sülfonat ve karboksilat grupları varlığı NP üzerinde olumsuz bir yüzey yüküne verir.

Th saflaştırılmasıe NPS herhangi bir fazla yüzey aktif madde ve in vitro hücre çalışmaları önce herhangi bir reaksiyona girmemiş başlangıç ​​malzemesinin ayrılması amacıyla önemli bir adımdır. Etkisiz yüzey temizleme önemli bir hücre ölümüne neden olabilir. In vitro hücre tahlilinde başka gelince, bir laminar akış başlığı içinde çalışması ve steril koşullar altında çalışmak için hayati önem taşımaktadır. NPler, aynı zamanda steril bir 0.2 mikron filtre içinden süspansiyonu geçen kullanılmadan önce sterilize edilmesi gerekmektedir. Steril süzme işleminden sonra NP süspansiyonlar konsantrasyonunu doğrulamak için de önemlidir. Bu amaçla, bilinen bir hacim, süzüldü NP süspansiyonunun bir kısmı dondurularak kuru kütle elde etmek üzere kurutulabilir. MTT hücre canlılığı tahlil genellikle kültürlü hücrelerde NPlerin dahil olmak üzere biyomalzeme, etkisini incelemek için kullanılır. Bu basit bir deney herhangi bir memeli hücresi hattı ile NP süspansiyonların hücre proliferasyonu araştırılması için adapte edilebilir. MTT kolorimetrik tahlil mor, Insol içine boya sarı tetrazolyumun dönüşüm dayanmaktadırDaha sonra DMSO veya asidik alkol çözeltiler içinde eritilebilir uble formazan kristalleri. 35,36 gibi çok-yuvalı plakalar içinde MTT hücre canlılığı deneyi gibi in vitro hücre tahlillerinde performans hücre tohumlama ve manipülasyon tutarlılık arasında en az bir fark elde kritik örnekleri çoğaltmak. Öncesinde ve deney sırasında, numaralı seribaşı hücreler herhangi bir bulaşmayı ekarte etmek için de istikrarlı tohumlama ve büyümeyi ve emin olmak için bir mikroskop altında incelenmelidir. Son olarak, mikroskop incelemesi DMSO ilave edildikten sonra Formazan kristallerinin tam çözünmesi teyit etmek için kullanılabilir.

Fototermal çalışmaları 808-nm, sürekli bir lazer kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sürekli vs darbeli lazer kullanımı farklı malzemeleri ısıtabilir. Önceki çalışmalar 37 fakat daha fazla araştırma polimerizasyonu gelen fototermal dönüşüm araştırmak için gerekli olan PTT ajanlar olarak altın nanoyapıların ile fototermal dönüşüm ve fototermal ablasyonu karşılaştırılmıştırBurada tarif edilen olanlar gibi c NPS. Bu çalışmada, lazer bir dışbükey lens içine ayrışmış ve 6 mm nokta boyutunda duruldu. Bu fototermal dönüşüm sonuçlarında farklılıklara neden olur odak düzlemi kazara değişmesini önlemek için deneyler çalıştırırken optik sistemi rahatsız etmemek için dikkatli olmak önemlidir. Bir sıcak plaka sıcak ve çalışma için sabit bir taban sıcaklığını korumak için kullanılmıştır.

Sonuç olarak, sulu ortam içinde süspansiyon haline elektroaktif polimerler NP hazırlanması için bir protokol, tarif edilmektedir. Negishi birleştirme 3,4-etilendioksitiyofenin (EDOT) ile 1,4-dialkoksi-2,5-dibromobenzenes bağlanması için etkili bir yöntemdir. Monomerlerin Elektropolimerizasyon bu protokolde ayrıntılı olduğunu. Bu hızla polimer filmler üretmek ve elektronik özelliklerini incelemek için etkili bir yol olduğunu kanıtlamaktadır. Polimer filmler ayrıca nötr polimerler bant boşluk belirlemek için UV-Vis NIR spektroskopi kullanılarak karakterize edilirler. Electrochdüzgün küresel morfolojileri emical emülsiyon polimerizasyon verimleri alt 100 nm NPler. Fototermal ablasyon tedavisine ilave olarak, bu NPler enerji depolama ve sensörler de dahil olmak üzere elektro cihazların pek çok potansiyel uygulamalara sahiptir. Gerçekleştirilen ısı ve hücre proliferasyonu çalışmalar bu NPler fototermal maddeler olarak biyomedikal uygulamalarda potansiyel adaylar olabileceğini göstermektedir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Bu çalışma, Teksas Gelişen Teknoloji Fonu (TB Başlangıç), Teksas Eyalet Üniversitesi Araştırma Geliştirme Programı, Texas State University Doktora Araştırma Bursu (TC'ye), Malzeme Araştırma ve Eğitim NSF Ortaklığı (PREM tarafından finanse edildi DMR-1205670), Sağlık Welch Vakfı (AI-0045) ve National Institutes (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

Mühendislik Sayı 107 Elektroaktif polimerler iletken polimerler Negishi birleştirme elektrokimya nanopartiküller emülsiyon polimerizasyonu fototermal tedavi
Elektroaktif Polimer nanopartiküller Sergileme Fototermal Özellikleri
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