이 기사에서는 가시광선 매개 분산 중합을 사용하여 고분자 자체 조립 나노 입자를 생산하는 공정에 대해 설명합니다. 저에너지 가시광선을 사용하여 중합을 제어하면 높은 고형분 함량에서 자체 조립된 웜 같은 미셀의 재현 가능한 형성이 가능합니다.
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이 논문에서
요약
초록
본 명세서에 제시된 것은 가시광선 매개 분산 중합에 의한 벌레 같은 미셀의 용이한 합성을 위한 프로토콜입니다. 이 접근 방식은 RAFT(가역적 첨가-단편화 연쇄 전달) 중합을 사용하여 친수성 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트)(POEGMA) 단일 중합체의 합성으로 시작됩니다. 가벼운 가시 광선 조사 (λ = 460 nm, 0.7 mW / cm2)하에서, 루테늄 기반 광 산화 환원 촉매 인 Ru (bpy) 3Cl2 의 존재 하에서이 매크로 사슬 전달 에이전트 (매크로 -CTA)는 두 번째 단량체로 사슬 확장되어 광 유도 전자 전달 뗏목 (PET-RAFT)으로 알려진 공정에서 잘 정의 된 블록 공중 합체를 형성 할 수 있습니다. PET-RAFT를 사용하여 POEGMA를 에탄올(EtOH)의 벤질 메타크릴레이트(BzMA)와 사슬 확장하면 중합 유도 자기 조립(PISA) 메커니즘에 따라 형태가 다른 고분자 나노 입자가 현장에서 형성됩니다. 코어의 코로나 및 폴리(벤질 메타크릴레이트)(PBzMA) 사슬에서 POEGMA 사슬을 나타내는 나노 입자로의 자체 조립은 에탄올에서 PBzMA 블록의 불용성이 증가하기 때문에 현장에서 발생합니다. 흥미롭게도, 고순도 벌레와 같은 미셀의 형성은 중합 중에 발생하는 나노 입자 얽힘으로 인해 현장에서 고점도 겔의 시작을 관찰하여 쉽게 모니터링 할 수 있습니다. 따라서 이 공정은 중합 과정에서 용액 점도를 모니터링하기만 하면 벌레와 같은 미셀의 재현성 있는 합성을 가능하게 합니다. 또한, 광 자극은 ON/OFF 방식으로 간헐적으로 적용될 수 있어 나노 입자 형태에 대한 시간적 제어를 보여줍니다.
서론
비구면 (및 기타) 나노 입자 모폴로지의 합성은 전통적으로 잘 정의 된 양친 성 이중 블록 (또는 다중 블록) 공중 합체의 합성과 정제로 시작하는 다단계 자기 조립 과정을 사용하여 달성되었다. 일반적인 자기 조립 기술 중 하나는 1990 년 아이젠 대중화와 블록 1-3 중 하나의 용제 선택의 느린 첨가하여 두 중합체 블록에 대한 공통 용매에 양친 성 블록 공중 합체의 용해를 포함시켰다 . 선택적 용매 (전형적으로 물)를 첨가함에 따라, 상기 블록 공중 합체는 중합체 나노 입자를 형성하기 위해 자기 조립을 겪는다. 최종 형태 (또는 모폴로지의 혼합물) 나노 입자는 예컨대, 각 중합체 블록의 물 첨가 속도와 공통 용매의 성질의 상대 길이로 많은 요소에 의해 결정된다. 그러나이 방법은 일반적으로 단지 nanopar의 생산을 허용상대적으로 낮은 고체 함량 (이하 1 중량 %)에 ticles 등의 실제적인 확장 성 (4)를 제한한다. 또, 웜 형상 미셀 같은 "중간"단계의 재현 형성이 비구면 형태 (5)을 안정화하기 위해 필요한 파라미터의 좁은 범위로 인해 어려울 수있다.
중합 유도 자기 조립 (PISA) 방식은 부분적으로 나노 입자의 합성을 가능 시츄 자기 조립체를 구동하기 위해 중합 공정을 훨씬 높은 고형분 자체를 이용하여 아이젠 방법의 단점을 해결 (전형적으로 10 내지 30 중량 %) 6 -8. 전형적인 PISA 접근법에서, 리빙 중합 방법은 반응 매질에서 가용성이지만 초기에 불용성 중합체를 형성하는 단량체와 용매 가용성 매크로 개시제 (또는 매크로 CTA)을 쇄 연장 사용된다. 피사 방식 체계적 예들을 테스트하여 웜 같은 미셀을 합성하는데 사용 된 perimental 매개 변수와 합성 "로드맵"5,9 등 자세한 위상 다이어그램을 사용하여.
그들의 도전 합성에도 불구하고, 그들의 구면 대응에 대해 자신의 흥미로운 속성에 벌레 모양의 나노 입자에 큰 관심이있다. 예를 들어, 우리는 PISA 접근법을 사용하여 합성 약물로드 짧고 긴 웜 같은 미셀이 구형 또는 미셀에 비해 소포 10 시험 관내 세포 독성에 상당히 높은 있다고 설명했다. 기타 생체 내 모델 (11)에 나노 입자의 종횡비 및 혈액 순환 시간 사이의 상관 관계를 보여 주었다. 기타 적절한 PISA 방법론을 이용하여 웜과 같은 나노 입자의 합성에 의한 나노 섬유의 얽힘에 나노 거시적 겔을 얻을 수 있음을 보여 주었다. 이 젤은 열 가역 졸 - 겔 (sol-gel) 동작 (12)에 의해 살균 젤 잠재적 증명하고있다.
"ontent>이 프로토콜은 단순히 중합시 용액 점도를 관찰함으로써 웜 같은 미셀의 형성 시츄 모니터링을 허용하는 방법을 설명한다. 유사한 웜 형상 미셀 겔의 이전 연구는 임계 온도 이상으로, 이들을 증명 나노 입자는 가역적 웜 구 천이를 겪게 때문에 고온에서 자유 유동 분산액을 형성한다. 현재까지 이러한 시스템이 겔화 용이 이러한 시스템에서 관찰되지 않을 수있다 (13, 14) 등 제어 중합 개시 감열 아조 화합물을 이용했다 열 중합.이 연구 동안, 낮은 온도에서 PISA 유도 된 나노 입자를 합성하는 반응계이 겔화 거동의 관찰을 허용 할 수 있다고 가정 하였다.최근 우리의 나노 입자를 수득 할 PISA 과정을 중재하는 손쉬운 실온 광중합 기술의 사용을보고다른 형태학 15. 여기서, 시각 프로토콜은 중합시 용액 점도 거동을 관찰함으로써 웜 같은 미셀의 재현성이 합성되게된다. 분산 중합으로 진행 용이하게 시판되는 발광 다이오드 (LED)를 사용하여 (λ = 460 nm의, 0.7 mW의 / cm 2).
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프로토콜
1. 합성 및 POEGMA의 특성 매크로 CTA
- 올리고 (에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타 크릴 레이트 (OEGMA) (12g, 4 × 10-2 몰), 4- 시아 노 -4- (phenylcarbonothioylthio) 펜 탄산 (CPADB) (0.224 g, 8 × 10-4 몰)을 추가 2,2'- 아조 비스 (2- 메틸 프로 피오 니트릴) (AIBN)을 100 ㎖ 둥근 바닥 플라스크 (16.4 ㎎, 0.1 mmol) 및 50 mL의 아세토 니트릴 (MeCN 중).
- 적절한 크기의 고무 격막 및 강선 플라스크를 밀봉하고, 빙수 욕으로 <39 ° C 실온에서 플라스크를 냉각.
- 벤트로서 제 21 G 바늘 (0.8 mm X 38mm)의 연기와 21 G 바늘 (0.8 mm X 120mm)을 통해 반응 혼합물에 직접, 질소 버블 링을 30 분 동안 플라스크 탈산 소화.
- 빙수 욕에 침지하여 중합을 켄칭 공기에 콘텐츠를 노출하기 전에 5.5 시간 동안 70 ℃에서 오일 욕에 플라스크를 배치했다.
- 교류에서 교반하여을 MeCN를 제거압축 공기와의 ontinuous 스트림 40 ml의 테트라 하이드로 퓨란 (THF) ~에서 조 혼합물을 재 - 용해.
- 빠르게 교반 석유 영혼의 혼합물 (bp의 40 ~ 60 ° C) 및 디 에틸 에테르 400 ml의 플라스크에 적가의 내용을 추가 (70:30, v / v)의 상층 액이 더 이상 흐린 때까지 저어없는 것을 계속한다.
주 : 빙욕에서 냉각은 침전 프로세스를 촉진하는데 사용될 수있다. - 뜨는을 가만히 따르다하고 ~ 40 ML의 THF에 폴리머 잔류 물을 다시 녹인다.
- 잔류 OEGMA 단량체의 완전한 제거를 보장하기 위해 (단계 1.5-1.7) 적어도 두 번 이상 석출 과정을 반복한다. 네 시간 동안 진공 오븐 (20 ℃, 10 밀리바)에서 압축 공기 건조의 연속 흐름하에 우선 교반 정제 POEGMA 매크로 CTA로부터 과량의 용매를 제거한다.
- 이전에보고 된 방법을 사용하여 핵 자기 공명에 의해 POEGMA 매크로 CTA (NMR) (M n을 NMR)의 수 평균 분자량을 결정할
15입니다. 폴리머 분산도 (D)를 계산하여 겔 투과 크로마토 그래피 (15) (GPC) (이동상 및 교정에 적합한 기준으로서 디메틸 아세트 아미드)를 사용.
참고 : POEGMA M n 인 매크로 CTA, NMR = 9,000, 및 D <1.15를 산출한다 위의 합성 (1.1-1.8 단계)를 사용. 합성 POEGMA 매크로 CTA의 분자량 (및 분산)은 여기에 제시된 합성 다르면 (7000 사이 - 1,000g / 몰) (인 시츄 겔화에 의해 표시됨) 웜 같은 미셀의 형성이 계속하여 발생할 수있다 약간 변경할 반응 시간에 불구하고 (2 절)에서 제시된 이후 PISA 방법.
PISA 사용 -PBzMA 나노 입자 나 POEGMA- 2. 준비
의 Ru (BPY) 3 CL 2. 6H 2 O 에탄올 (EtOH로)의 1 ㎎ / ㎖ 주식 솔루션을 준비합니다. 용매 증발을 최소화하기 위해 냉장고에 원액을 저장한다.탈지면의 작은 뭉치가 단단히 포장하기 위해 두 번째 피펫을 사용하여 파스퇴르 피펫을 연결합니다. 약 5 cm의 열을 제공하기 위해 탈지면 플러그 피펫으로 기본 알루미늄 산화물을 따르십시오. 칼럼을 통해 ~ BZMA 3 ㎖를 전달하고 deinhibited BZMA의 출제를 수집하여 상업 BZMA의 모노 메틸 에테르 하이드로 퀴논 억제제를 제거합니다.POEGMA macroCTA (~ 9,000g / 몰, 76.9 ㎎, 8.5 × 10-6 몰)를 추가합니다. (0.301 g, 1.71 × 10-3 몰) BZMA을 deinhibited,의 Ru (BPY) 3 (CL) 2 6H 2 O (128 μg의, 1.71 × 10-7 몰, 4 ㎖의 유리 병에 1 ㎎ / ㎖ 에탄올 원액 128 μL), 0.383 ㎖의을 MeCN 및 1.402 ml의의 EtOH (1.913 ml의 총 용매 80 중량 %, 20 V / V의 %을 MeCN) .단계 1.2-1.3에 설명 된대로 탈 산소의 절차를 수행합니다.2,000 ㎖의 유리 비커에 병을 놓습니다 (그림 2) 청색 LED 스트립 늘어서 (λ 최대 = 460내지 0.7 mW의 / cm 2) 및 자기 교반하면서 실온에서 조사한다. 통상적으로 20 시간 후, 반응 바이알을 모니터링하고 바이알 (도 3)을 반전 할 때 점도가 높은 용액이 프리 스탠딩 겔이 형성 될 때 반응기로부터 제거.
참고 : 여기에 제시된 조건을 사용하여 푸른 빛 조사에 대한 24 시간이어야한다 자유 서 젤을 얻을 수있는 총 시간. 광 조사 반응기 작은 차이 (실제 치수, 강도 등)이 벌레 모양 미셀 시튜 형성을 달성하기 위해 약간 변경 조건 (즉, 반응 시간)을 필요로 할 수있다.반응기로부터 제거한 후, 잠시 대기 나노 겔을 노출 및 어둠 속에서 직립 폐쇄 바이알 저장하여 중합을 종결.
나노 입자 형태론 3. 투과 전자 현미경 (TEM) 이미징
조 nanopa의 약 40 mg의 배치4 ㎖의 유리 병에 (섹션 2)에서 rticle 젤.연속적 볼텍스 믹서를 이용하여 나노 입자를 교반 겔 및 적어도 5 분에 걸쳐 적가를 EtOH 4㎖를 추가. 겔은 용매 첨가시의 자유 유동 액이 될 것이다.
주 : 겔이 너무 빨리 여부 충분히 교반 EtOH로 희석되는 경우, 나노 입자의 일부 침전이 발생할 수있다. 단계 3.3를 참조하십시오.유리 섬유를 통해 필터링에 의해 희석 된 나노 입자에서 어떤 거시적 집계를 제거합니다.이전에보고 된 방법에 따라 희석 된 시료 (우라 닐 아세테이트 염색) TEM 촬상을 수행한다. (15)
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결과
본 연구에서는, 두 단계의 중합 프로토콜은 PISA 방법 (도 1)를 이용하여 웜 같은 미셀의 합성에 사용된다. 첫 번째 단계에서, OEGMA의 중합 후의 중합 공정에서 안정제로서 사용될 수 POEGMA 매크로 CTA를 산출을 행한다. 궁극적으로 나노 입자의 형성을 유도 PBzMA 에탄올 중 불용성으로 인해 분산 된 상태에서 PET-RAFT 중합을 진행한다. 중합 동안, 초기에 투명한 반응 혼합물을 분산 중합에 의한 흐림가 관찰 될 수 있고, 결국에는 웜 같은 미셀의 형성을 나타내는 고 점성 겔 상태 (도 3)로 천이한다. 는 "생활"중합의 표시가 낮은 폴리머 dispersities (D <1.3) 및 분자 w 사이 좋은 상관 관계 (그림 1A) 명백한팔과 단량체 변환. 또한, GPC 트레이스 (도 1b)의 일부 종단 고분자 ...
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토론
이 시각 프로토콜은 단순히 겔상 동작의 개시를 관찰함으로써 웜 같은 미셀의 형성을 모니터링하는 능력을 보여준다. 이 접근 방법의 유용성은 다른 방법에 비해 중합시 벌레의 형성을 모니터링 할 수있는 능력에있다. 이 과정은 자기 조립 POEGMA- ㄴ -PBzMA 양친 성 블록 공중 합체를 수득 개의 시판 단량체 (OEGMA 및 BZMA)의 2 단계 중합을 사용하여 수행 될 수있다.
도 2와 비교 등 다른 반응기 형상, 광의 세기, 반응기로 약간 벌레 모양 마이셀 겔을 수득 조건을 변경할 필요 수 있다는 점에 주목하여야한다. 루테늄 계 촉매의 흡수 특성으로 인해, 중합은 청색 가시 광선에서 합리적인 속도로 발생할 수 있습니다. 원칙적으로, 서로 다른 광 흡수 특성을 갖는 다른 촉매가 사용될 수도. 주의 너무 오래 달리 거시 석출물이 형성되기 시작있다 반응기 내의 웜 겔 두지주의해야한다. 나노 입자는 기공을 구조로 재구...
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공개 사항
저자는 공개할 것이 없습니다.
감사의 글
CB는 호주 연구 위원회(ARC-FT12010096)와 UNSW 호주의 미래 펠로우십에 감사드립니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 4-Cyano-4- (phenylcarbonothioylthio)pentanoic acid (CPADB) | Sigma-Aldrich | 722995-5G | |
| Oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA) | Sigma-Aldrich | 447935-500ML | 평균 Mn 300, 100 포함; 억제제로서의 ppm MEHQ, 300 억제제로서의 ppm BHT |
| 2,2′-Azobis(2-methylpropionitrile) (AIBN) | Sigma-Aldrich | ||
| Ru(bpy)3Cl2.6H2O | Sigma-Aldrich | 544981-1G | |
| 벤질 메타크릴레이트(BzMA) | Sigma-Aldrich | 409448-1L | 억제제로 모노메틸 에테르 하이드로퀴논 함유 |
| 산화알루미늄( 기본) | Chem-Supply Pty Ltd 호주 | AL08371000 | |
| 95% 에탄올 (EtOH) | Sucrogen Bio Ethanol | 80889 | |
| 아세토니트릴 (MeCN) | Chem-Supply Pty Ltd 호주 | RP1005-G2.5L | |
| 테트라하이드로푸란 (THF) | Chem-Supply Pty Ltd 호주 | TA011-2.5L | |
| Petroleum Spirits (40-60 ° C) | Chem-Supply Pty Ltd 호주 | PA044-2.5L | |
| Diethyl Ether | Chem-Supply Pty Ltd 호주 | EA0362.5L | |
| 디메틸 아세트 아미드 (DMAc) | VWR International 호주 | ALFA22916. | M1 GPC 분석용 |
| 파스퇴르 피펫(230 mm) | Labtek | 355.050.503 | |
| 유리 비커 | Labtek | 025.01.902 (2L)/ 2110654 (1L) | 2 L 비커는 원형 반응기를 형성하기 위해 LED 스트립을 부착하는 데 사용됩니다 |
| 상업용 LED 스트립 | EcoLab | n/a | λ = 460 nm, 4.8 W/m |
| 4 ml 유리 유리병 | Labtek | APC502214B | |
| 0.9 ml 석영 큐벳 | Starna Scientific Ltd | 21/Q/2 | |
| 바늘 (0.8 mm x 38 mm) | Beckton Dickson | 302017 | 탈산소 반응용 |
| 바늘 (0.8 mm x 120 mm) | B Braun Australia | 4665643 | 탈산소 반응용 |
| 슬리브 스토퍼 격막(고무 격막) | Sigma-Aldrich | z564680/z564702 | |
| Stirring hotplates | VWR International Australia/In Vitro Technologies | 97018-488/RADRR91200 | |
| Vortex mixer | VWR International Australia | 412-0098 | |
| 진공 오븐 | In Vitro 기술 | MEMVO200 |
참고문헌
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재인쇄 및 허가
