Methodenartikel

Elektroactieve Polymer Nanodeeltjes Exposeren Fotothermisch Properties

DOI:

10.3791/53631

⸱

8 januari 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Er wordt een protocol gepresenteerd voor de synthese en bereiding van nanodeeltjes bestaande uit elektroactieve polymeren.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een methode voor de synthese van elektroactieve polymeren wordt gedemonstreerd, beginnend met de synthese van monomeren met uitgebreide conjugatie door middel van een drieduidige proces dat eindigt met Negishi-koppeling. Negishi-koppeling is een kruis-koppelingsproces waarbij een chemische voorloper eerst wordt geliatieerd, gevolgd door transmetalering met ZnCl2. De resulterende organozinkverbinding kan worden gekoppeld aan een dibromeerde aromatische voorloper om de geconjugeerde monomeer te geven. Polymeerfilms kunnen worden bereid via elektropolymerisatie van de monomeer en gekenmerkt worden met behulp van cyclische voltammetrie en ultraviolet-zichtbaar-nabij infrarood (UV-Vis-NIR) spectroscopie. Nanodeeltjes (NP's) worden bereid via emulsiepolymerisatie van de monomeer met behulp van een systeem met twee oppervlakteactieve stoffen om een waterige dispersie van de polymeer-NP's te verkrijgen. De NP's worden gekenmerkt met behulp van dynamische lichtverstrooiing, elektronenmicroscopie en UV-Vis-NIR-spectroscopie. Cytocompatibiliteit van NP's wordt onderzocht met behulp van de celviabiliteitstest. Ten slotte worden de NP-suspensies bestraald met een NIR-laser om hun effectiviteit als potentiële materialen voor fotothermische therapie (PTT) te bepalen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Elektro-actieve polymeren veranderen van eigenschappen (kleur, geleidbaarheid, reactiviteit, volume, etc.) in aanwezigheid van een elektrisch veld. De snelle schakeltijden, tunability, duurzaamheid en lichtgewicht kenmerken van de elektro-polymeren hebben geleid tot vele voorgestelde toepassingen, waaronder alternatieve energie, sensoren, electrochroom en biomedische apparaten. Elektroactieve polymeren zijn potentieel bruikbaar als flexibel, lichtgewicht accu en condensatorelektroden. 1 Toepassingen van elektroactieve polymeren in elektrochrome apparaten zijn schittering-reductie systemen voor gebouwen en auto's, zonnebrillen, beschermende brillen, optische opslag apparaten en smart textiles. 2-5 Smart vensters kunnen eisen energie te verminderen door het blokkeren van specifieke golflengten van licht on-demand en het beschermen van interieurs van huizen en auto's. Smart textiel kan worden gebruikt in kleding ter bescherming tegen UV-straling. 6 elektroactieve polymeren also begonnen was gebruikt in medische apparatuur. Onder elektroactieve polymeren toegepast in biomedische inrichtingen, polypyrrool (PPy), polyaniline (PANI) en poly (3,4-ethyleendioxythiofeen) (PEDOT) behoren tot de meest voorkomende. Zo worden deze typen polymeren gewoonlijk als transducers in biosensor inrichtingen 7 Applicaties en therapeutische aflevering ook aangetoond te.; studies hebben de afgifte van geneesmiddelen en therapeutische eiwitten Meer onlangs aangetoond van inrichtingen bereid uit elektro-actieve polymeren. 8-12, zijn elektro polymeren toegepast als therapeutische middelen bij fotothermische therapie. 13-15 In fotothermische therapie moet fotothermische agents licht absorberen in de buurt -infrarood (NIR) gebied (~ 700-900 nm), ook bekend als het therapeutische venster licht heeft de maximale penetratiediepte in weefsel, typisch tot 1 cm. 16,17 In dit bereik, biologische chromoforen zoals hemoglobine , geoxygeneerde hemoglobine, lipiden en water hebben weinig tot geenabsorptie, die licht in staat stelt om gemakkelijk te dringen. Wanneer fotothermisch agenten licht absorberen in dit therapeutisch venster, wordt de photoenergy omgezet in fotothermische energie.

Irvin en co-werkers hebben eerder gemeld alkoxy-gesubstitueerde bis-eDOT benzeen monomeren die werden gesynthetiseerd met behulp Negishi koppeling. 18 Negishi koppeling is een voorkeurswerkwijze voor het vormen koolstof-koolstofbinding. Deze werkwijze heeft vele voordelen, waaronder het gebruik van organozink tussenproducten, die minder toxisch en hebben gewoonlijk hogere reactiviteit dan andere organometaalverbindingen gebruikt. 19,20 organozinkverbindingen zijn ook compatibel met een breed scala aan functionele groepen op de organohalides. 20 In het Negishi koppelingsreactie, een organohalogenide en organometaal gekoppeld door middel van een palladium (0) katalysator. 20 In het werk die hierin wordt deze kruiskoppeling methode toegepast bij de synthese van 1,4-dialkoxy-2,5-bis ( 3,4-ethylenedioxythienyl) benzene (bedot-B (OR) 2) monomeren. Deze monomeren kunnen vervolgens eenvoudig elektrochemisch of chemisch gepolymeriseerd tot polymeren die veelbelovende kandidaten voor gebruik bij biomedische toepassingen opleveren.

Gebruikelijke werkwijzen voor de bereiding van colloïdale suspensies in waterige polymere oplossingen voor biomedische toepassingen omvatten typisch het oplossen van bulkpolymeren gevolgd door nanoprecipitation of emulsie-oplosmiddel verdampingstechnieken. 21,22 Om NPs van poly (bedot-B (OR) 2) een bottom-up benadering is hier aangetoond waar de NP worden gesynthetiseerd via de in situ emulsiepolymerisatie. Emulsiepolymerisatie is een proces dat gemakkelijk schaalbaar is en een relatief snelle werkwijze voor de bereiding NP. 22 Studies die gebruik emulsiepolymerisatie NP produceren van andere elektro-polymeren beschreven voor PPy en PEDOT. 15,23,24 PEDOT NP, bijvoorbeeld, zijn opgesteld met behulp van spuiten emulsie polymerization. 24 Deze methode is moeilijk te reproduceren, en levert doorgaans grotere, microscopisch kleine deeltjes. De hier beschreven protocol onderzoekt het gebruik van een drop-sonicatie methode reproduceerbaar bereiden 100-nm polymeer NP.

In dit protocol, elektro-actieve polymeren op maat van licht in het NIR gebied vergelijkbaar met eerder gerapporteerde poly absorberen (bedot-B (OR) 2) gesynthetiseerd en gekarakteriseerd om hun potentieel in elektrochrome apparaten en als PTT agenten demonstreren. Eerst wordt het protocol voor de synthese van de monomeren via Negishi koppeling beschreven. De monomeren worden gekarakteriseerd met behulp van NMR en UV-Vis-NIR spectroscopie. De bereiding van colloïdale suspensies NP via oxidatieve emulsiepolymerisatie in waterige media wordt ook beschreven. De procedure is gebaseerd op een twee-stappen emulsiepolymerisatieproces eerder beschreven door Han et al., Dat wordt toegepast op de verschillende monomeren. Een twee-oppervlakteactieve systeem isgebruikt om de NP monodispersiteit regelen. Een cellevensvatbaarheid test wordt gebruikt om cytocompatibility van de NP evalueren. Tenslotte wordt het potentieel van deze NP om als PTT transducers aangetoond door bestraling met NIR laser.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Let op: Gelieve alle relevante veiligheidsinformatiebladen (VIB) te raadplegen voor gebruik. Verschillende reagentia die in deze syntheses zijn potentieel gevaarlijk. Gelieve alle nodige veiligheidsvoorschriften met inbegrip van persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen, laboratoriumjas, lange broek en dichte schoenen) en syntheses uitvoeren zuurkasten. Lithiëring is bijzonder gevaarlijk en mag alleen worden uitgevoerd door goed opgeleide personen met toezicht.

1. Monomeer Synthese

Opmerking: Figuur 1 toont de chemische route voor de bereiding van precursors en monomeren waarvan de synthese wordt beschreven in Sectie 1,2 - 1,5.

  1. Materialen
    1. Zuiveren eDOT zoals eerder beschreven. 25
    2. Herkristalliseer tetrabutylammonium- perchloraat (TBAP) van ethylacetaat en droog onder vacuüm gedurende 24 uur. Titreer n-butyllithium (n-BuLi, 2,5 M in hexanen) zoals beschreven door Hoye et al. 26 binnen 48 uur vóór gebruik de werkelijke concentratie te bepalen.
    3. Droge magnesiumsulfaat en kaliumcarbonaat bij 100 ° C gedurende 24 uur voor gebruik. Gebruik maken van alle andere chemicaliën die worden gebruikt in dit protocol zoals ontvangen.
  2. Synthese van 1,4-Dialkoxybenzenes
    Opmerking: Figuur 1A toont de bereiding van 1,4-dihexyloxybenzene via 1-broomhexaan.
    1. Voorzie een oven gedroogde driehals rondbodemkolf met een septum, een argon inlaat adapter en een koeler voorzien van een gasuitlaatadapter aangesloten op een borrelinrichting. Voeg een roerstaafje aan de fles voorafgaand aan het afdichten.
    2. Sluit de inlaat adapter een Schlenk lijn met behulp van poly (vinylchloride) (PVC) buis en het zuiveren rondbodemkolf met argon.
    3. Voeg 12,5 g (113,5 mmol) van hydrochinon rondbodemkolf en oplossen in 20 ml watervrij tetrahydrofuran (THF) onder roeren.
    4. Afzonderlijk los 14 g (250 mmol) KOH in 30 ml ethanol in een enkele-halsrondbodemkolf en roer totdat het is opgelost.
    5. Eenmaal opgelost, voeg langzaam KOH oplossing voor de drie-hals rondbodemkolf met een spuit. Laat het mengsel roeren gedurende 1 uur.
    6. Na 1 uur, voeg 250 mmol 1-bromoalkane aan het reactiemengsel.
    7. Verwarm het reactiemengsel bij reflux gedurende 24 uur onder roeren onder argon.
    8. Na 24 uur, laat het reactiemengsel afkoelen tot kamertemperatuur en voeg 15 ml DI water en 10 ml dichloormethaan.
    9. Doe het mengsel in een scheitrechter. Isoleer de organische laag en wassen driemaal met 10 ml DI water.
    10. Droog de ​​organische laag over 15 g MgSO 4 gedurende 15 minuten.
    11. Verwijder de MgSO 4 via vacuümfiltratie door filtreerpapier.
    12. Verwijder het oplosmiddel uit de gefiltreerde oplossing met een rotatieverdamper bij 50 ° C en 21 kPa 1,4-dialkoxybenzene verkregen als een ruwe witte vaste stof.
    13. Herkristalliseer het ruwe product door toevoegen net genoeg warm ethanolontbinding van het product. Eenmaal opgelost, te plaatsen in een ijsbad om kristallisatie te induceren.
    14. Verzamel kristallen via vacuüm filtratie door filterpapier en wassen met koud ethanol.
    15. Droog de kristallen onder vacuüm 24 uur bij kamertemperatuur en opgeslagen onder argon tot verder gebruik. Deze procedure produceert 1,4-dihexyloxybenzene.
    16. Karakteriseren het product middels smeltpunt en 1H en 13C NMR spectroscopie. 27
  3. Synthese van 1,4-Dialkoxybenzenes bevattende estergroepen
    Opmerking: Figuur 1B toont de chemische route voor de bereiding van een 1,4-dialkoxybenzene toepassing van ethyl-4-broombutanoaat.
    1. Voorzie een oven gedroogde driehals rondbodemkolf met een septum, een argon inlaat adapter en een koeler voorzien van een glazen uitlaatadapter verbonden met een wasfles. Voeg een roerstaafje aan de fles voorafgaand aan het afdichten.
    2. Sluit de inlaat adapter aan de Schlenk lijn met behulp van PVC-buizen en spoelen met argon.
    3. Weeg 1,88 g (93,5 mmol) KI en 15,69 g (93,3 mmol) van K 2 CO 3 en aan de rondbodemkolf.
    4. Voeg 25 ml watervrij N, N-dimethylformamide (DMF) en roer tot de zouten op te lossen.
    5. Eenmaal opgelost, voeg 2,5 g (18,7 mmol) hydrochinon aan het reactiemengsel en laat de reactie roeren tot opgelost.
    6. Wanneer alle vaste stoffen zijn opgelost, voeg 46,8 mmol alkyl bromoalkanoate; het reactiemengsel onder terugvloeikoeling verhit gedurende 24 uur onder argon onder voortdurend roeren.
    7. Verwijder het reactiemengsel uit vuur en laat afkoelen tot kamertemperatuur.
    8. Breng het reactiemengsel naar een scheitrechter en voeg water (20 ml) en ethylacetaat (20 ml) de organische laag te extraheren. Isoleer de organische laag en was drie keer met water (20 ml porties).
    9. Droog de ​​organische laag over 15 g MgSO 4 gedurende 15 minuten. Eenmaal gedroogd, verwijderen MgSÛ4 uit het mengsel via vacuüm filtratie door filter papier.
    10. Verwijder het oplosmiddel met een rotatieverdamper bij 100 ° C en 21 kPa. Droog het ruwe product onder vacuüm bij kamertemperatuur O / N.
    11. Herkristalliseer het product door het toevoegen van net genoeg hete ethanol op te lossen alle solide. Eenmaal opgelost, laat de kolf afkoelen in ijs en laten vormen van kristallen. Verzamel het product via vacuüm filtratie en wassen met koud ethanol.
    12. Droog de kristallen onder vacuüm bij kamertemperatuur gedurende 24 uur en op te slaan onder argon tot verder gebruik. Deze procedure produceert 1,4-bis (ethyl butanoyloxy) benzeen.
    13. Karakteriseren het product middels smeltpunt en 1H en 13C NMR spectroscopie. 28
  4. Synthese van 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzenes
    Opmerking: De chemische route voor de bereiding van 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzenes wordt getoond in Figuur 1A en 1B.
    1. Breng een droge drie-hals rondbodem kolf met een argon inlaat, een constante druk toevoertrechter afgedekt met eenglazen stop of septum, en een uitlaat verbonden met plastic buizen voorzien van een omgekeerde trechter glas opgehangen over een 1 M NaOH-oplossing.
    2. In deze rondbodemkolf los 218 mmol 1,4-dialkoxybenzene in dichloormethaan (15 ml).
    3. Afzonderlijk, voeg 12 ml (598 mmol) van Br2 aan een 250 ml kolf en verdund met dichloormethaan (12 ml).
    4. Breng de Br 2 / dichloormethaanoplossing de constante druk toevoertrechter. Voeg de Br 2 druppelsgewijs in de drie-hals rondbodemkolf onder roeren onder argon in een periode van 2 uur.
    5. Na volledige toevoeging, kan de reactie roeren O / N onder voortdurend argon stroom.
    6. Blus de reactie door toevoeging van DI water (20 ml) en giet het mengsel in een scheitrechter.
    7. Isoleer de organische lagen en was driemaal met gedeïoniseerd water (20 ml porties). Droog de ​​organische laag over 15 g MgSO 4 gedurende 15 minuten.
    8. Verwijder de MgSO 4 vanvacuümfiltratie door filtreerpapier en verwijder het oplosmiddel met een rotatieverdamper bij 75 ° C en 21 kPa.
    9. Zuiver ruwe 1,4-dialkoxy-2,5-dibroombenzeen door het toevoegen van net genoeg hete ethanol op te lossen alle solide. Eenmaal opgelost, laat de kolf afkoelen in ijs en laten vormen van kristallen. Verzamel het product via vacuüm filtratie en wassen met koud ethanol.
    10. Droog het gezuiverde product onder vacuüm bij kamertemperatuur O / N; opslaan onder argon.
    11. Karakteriseren het product middels smeltpunt en 1H en 13C NMR spectroscopie. 27,28
  5. Negishi Koppeling van 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzenes 3,4-ethyleendioxythiofeen (eDOT)
    Opmerking: Figuur 1C toont de Negishi koppeling van 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzenes met eDOT monomeren M1 en M2 te vormen.
    1. Breng een schone drie-hals rondbodemkolf met een septum, een koeler voorzien van een inlaat flow control adapter verbonden met argon, en een gasuitlaat stromen control adapter verbonden met een wasfles.
    2. Sluit de inlaat adapter aan de Schlenk lijn met dikwandige PVC-buizen. Begin stromende argon in de reactiekolf gedurende enkele minuten.
    3. Met behulp van een bunsenbrander vlam droog de inrichting onder vacuüm en spoelen met argon driemaal teneinde een airless milieu.
    4. Weeg 1,07 g (10 mmol) gezuiverd eDOT en voeg aan de reactiekolf met een injectiespuit ingebracht door het septum. Verdun het eDOT met watervrij THF (20 ml) en geroerd onder argon.
    5. Koel de kolf die de eDOT oplossing met een droog ijs / aceton bad gedurende 15 min bij -78 ° C.
    6. Na 15 min, voeg langzaam 11 mmol nBuLi in hexanen druppelsgewijs, terwijl de temperatuur op -78 ° C. Roer de reactie bij -78 ° C gedurende 1 uur.
      Opmerking: De precieze concentratie van de nBuLi worden bepaald door titratie voor gebruik overeenkomstig punt 1,1.
    7. Na 1 uur roeren, verwijder het droogijs / aceton baTh.
    8. Onmiddellijk na verwijdering van het bad, voeg 14,13 ml 1,0 M ZnCl2 druppelsgewijs. Laat de reactie verlopen gedurende 1 uur onder roeren bij kamertemperatuur.
    9. Na 1 uur roeren wordt 4 mmol 1,4-dialkoxy-2,5-dibroombenzeen en 0,08 mmol tetrakis (trifenylfosfine) palladium (0) aan het reactiemengsel.
    10. Verwarm het reactiemengsel bij reflux (70 ° C) in een oliebad.
    11. Volg reactievoortgang middels dunnelaagchromatografie (TLC): Neem kleine (0,2 ml) porties van het reactiemengsel dagelijks met een spuit en neerslaan in 2 ml 1 M HCl. Extraheren met 2 ml CHCl3 en ter plaatse van het extract op een silica TLC-plaat langs plekken van oplossingen van eDOT en de appropriate1,4-dialkoxy-2,5-dibroombenzeen. Elueer met 60:40 ethylacetaat: hexaan.
    12. Wanneer de reactie voltooid is, laat het reactiemengsel afkoelen tot kamertemperatuur. Blus de reactie door toevoeging van 10 ml 1 M HCI, gevolgd door de toevoeging van dichloormethaan (20 ml).
    13. Transfer naar een scheitrechter en de organische laag te isoleren.
    14. Was de organische laag met DI water totdat het waswater niet meer zuur. Test de zuurgraad van het waswater met pH-papier.
    15. Droog de ​​organische laag over 15 g MgSO4, filtreer en verwijder het oplosmiddel met een rotatieverdamper bij 50 ° C en 21 kPa om het ruwe uitgebreide conjugatie monomeer (M1 of M2) als een geel-oranje vaste stof.
    16. Herkristalliseer het ruwe product met een hete oplossing van 3: 1 ethanol: benzeen oplossing M1 of 7: 2 hexaan: benzeen M2. Voeg net genoeg warm oplosmiddelmengsel om de vaste lossen. Eenmaal opgelost, laat de kolf afkoelen in ijs en laten vormen van kristallen. Verzamel het product via vacuüm filtratie en wassen met koud ethanol.
    17. Droog het product onder vacuüm 24 uur bij KT. Slaan in het donker onder argon.
    18. Karakteriseren het product middels smeltpunt en 1H en 13C NMR spectroscopie. 18

2. Elektrochemie

  1. Elektropolymerisatie
    1. In een 50 ml maatkolf stelt een 100 mM tetrabutylammonium-perchloraat (TBAP) elektrolytoplossing in watervrij acetonitril (CH3CN).
    2. In een 10 ml maatkolf bereiden van een 10 mM monomeer (M1 of M2) oplossing met 100 mM TBAP / CH3CN oplossing verdunningsmiddel.
    3. Voeg een zilverdraad (pseudo-referentie-elektrode) en een platina vlag (tegenelektrode) een oven gedroogde elektrochemische cel.
    4. Plaats een vers gepolijste platina knop (2 mm diameter 2) voor toepassing als de werkelektrode. Ervoor zorgen dat de onderzijde van de knop platina elektrode niet de bodem van de elektrochemische cel raakt.
    5. Vul de elektrochemische cel met voldoende monomeer elektrolytoplossing dat de uiteinden van alle drie elektroden worden ondergedompeld in de oplossing.
    6. Ontlucht de oplossing gedurende 5 minuten door zachtjes borrelen argon via een naald ondergedompeld in the oplossing.
    7. Breng de naald 2 mm boven de oplossing en verder argonstroom gedurende het experiment om een ​​argon deken over de oplossing te handhaven.
    8. Verbind de elektroden met de potentiostaat en beginnen de polymerisatie op door het toegepaste potentiële vijf keer tegen een sweep snelheid van 100 mV / sec en een potentieel bereik tussen -1,5 V en 1,0 V.
    9. Noteer de stroomuitgang tijdens dit proces cyclische voltammogrammen genereren.
  2. Polymer Elektrochemie
    1. Nadat de polymeerfilm afgezet op platina knop werkelektrode, verwijder alle elektroden van het monomeer elektrolytoplossing en voorzichtig spoelen met monomeervrije elektrolytoplossing (3 ml).
    2. Voeg de elektroden met een schone elektrochemische cel en voeg voldoende monomeervrije elektrolytoplossing dat de uiteinden van alle drie elektroden worden ondergedompeld in de oplossing.
    3. Verbind de elektroden met de potentiostaat. Cyclus de toegepaste potentieel two keer bij een sweep van 50 mV / sec en een potentieel bereik tussen -1,5 V en 1,0 V.
    4. Herhaal het experiment 100, 200, 300 en 400 mV / sec. Noteer de stroomuitgang tijdens elk experiment cyclische voltammogrammen genereren.
  3. Voorbereiding van de Electropolymerized Films voor UV-Vis-NIR spectroscopie en Fotothermisch Studies
    1. Bereid polymeerfilms zoals beschreven in paragraaf 2.1 hierboven, deze keer met behulp van een indiumtinoxide (ITO) gecoate glasplaatje als de werkende elektrode. Groeien het polymeer films over 5 cycli bij een scansnelheid van 100 mV / sec.
    2. Na afzetting van polymeer, verwijdert de elektroden van de monomeeroplossing en spoelen met acetonitril (5 ml).
    3. Bewaar de polymeerfilm in acetonitril voorafgaand aan studies spectroscopische.

3. NP Voorbereiding

Figuur 2 toont een schema van de werkwijze voor bereiding NP via emulsiepolymerisatie.

  1. Prepare een 1 ml oplossing van 2% (w / v) poly (4-styreensulfonzuur-co-maleïnezuur) (PSS-co-MA) in water in een glazen flesje. Voeg een kleine magnetische roerstaaf aan de flacon. Dit is de waterfase.
  2. Bereid 100 pi 16 mg / ml monomeeroplossing in chloroform in een microcentrifugebuis.
  3. Bereid de organische oplossing door het oplossen van 0,03 g dodecylbenzeensulfonzuur (DBSA) in 100 pl monomeeroplossing. Meng de organische oplossing een automatisch vortex menger gedurende 30-60 min teneinde homogeniteit van de oplossing te waarborgen.
  4. Voeg de organische fase aan de waterfase druppelsgewijs in 10 gl porties onder roeren met een magnetische roerstaaf totdat het totale volume van de organische oplossing gebruikt. Laat roeren gedurende 60 sec tussen toevoegingen.
  5. Voeg 2 ml water aan het mengsel te verdunnen. Haal de roerstaaf uit het flesje.
  6. Sonificeer de emulsie met behulp van een sonicator sonde voor een totaal van 20 sec 10 sec interval bij een amplitude van 30%, terwijl het onderdompelenflesje in een ijsbad.
  7. Verwijder het monsterflesje uit het ijsbad Vervang de roerstaaf en blijf roeren de emulsie.
  8. Voeg 3,8 gl van 100 mg / ml oplossing van FeCl3 in water om de monomeeremulsie. Laat de polymerisatie plaatsvindt gedurende 1 uur onder voortdurend roeren. Dit protocol levert NP polymeer gestabiliseerd met PSS-co-MA.
  9. Verwijder de NP schorsing van de roerplaat en overbrengen naar 7 ml centrifugebuizen. Centrifugeer de suspensie bij 75.600 g gedurende 3 min; herstellen van de bovenstaande en gooi pellet.
  10. Dialyseer de supernatant gedurende 24 uur met 100 kDa molecuulgewicht cutoff (MWCO) dialyse tubing.

4. Polymer Films en NP karakterisering

Opmerking: karakteriseren het polymeer films en NP's via UV-Vis-NIR spectroscopie en de NP met dynamische lichtverstrooiing, zetapotentiaal analyse en elektronenmicroscopie.

  1. Bepaling van Polymer absorptie in het UV-Vis-NIR Spectrum 29
    1. NP schorsingen: Breng de suspensie een kwarts cuvet en het verwerven van een spectrum van 300 - 1000 nm bij een scan interval van 5 nm.
    2. Geoxideerd polymeerfolies: Breng de-polymeer gecoat ITO glasplaatje een kwarts cuvet en vul de cuvet met watervrij acetonitril. Voeg 2 druppels van een 100 mg / ml oplossing van FeCl3 in CHCI3 de acetonitril en meng te zorgen voor de polymeerfilm volledig geoxideerd. Verwerven van een spectrum van 300 - 1000 nm bij een scan interval van 5 nm.
    3. Verminderde polymeerfolies: Breng de-polymeer gecoat ITO glaasje om een ​​cuvet en vul de cuvet met watervrij acetonitril. Één druppel van hydrazine aan de vloeistof en meng te zorgen voor de polymeerfilm volledig verminderd. Verwerven van een spectrum van 300 - 1000 nm bij een scan interval van 5 nm.
  2. Bepaling van NP Grootte Met behulp van dynamische lichtverstrooiing (DLS) 30
    1. Schakel de DLS instrument en laatHet opwarmen 15 min.
    2. Verdun de NP suspensie in water tot een concentratie van 0,01 mg / ml en plaats in een eenmalige polystyreen cuvet.
    3. Plaats de cuvette in reader en beginnen met de meting.
  3. Bepaling van NP Zeta Potentiële 31
    1. Zet de zeta potentiaal instrument en laat het opwarmen 30 min.
    2. Bereid het monster door het verdunnen van 200 gl NP suspensie in 800 pl 10 mM KCl oplossing.
    3. Vul een eenmalige polystyreen cuvet met 700 ul van het monster.
    4. Plaats de zeta potentiaal electrode cel in het monster garandeert dat geen luchtbellen worden ingesloten tussen de elektroden of het laserlicht weg.
    5. Plaats de cuvet in het instrument en volg de software-instructies voor het uitvoeren van de meting.
  4. Bepaling van NP Afmeting gebruik Scanning Electron Microscopy (SEM) 32
    1. Drop-cast 10 ul van de NP schorsingen op Si wafers enlaten drogen.
    2. Sputteren vacht van de gedroogde NP met 2 nm iridium.
    3. Afbeelding de monsters op een werkafstand van 5 mm en 5 kV.

5. Onderzoek de Cytocompatibility van de NP

Opmerking: Alle cellen manipulaties moeten in een bio kast (laminar flow hood) om verontreiniging van de cellen met bacteriën, gisten of schimmels uit de omgeving te voorkomen en om de gebruiker te beschermen tegen potentieel infectieziekten worden uitgevoerd. Alle oplossingen en benodigdheden voor de cellen moeten steriel zijn. Gebruik de juiste aseptische celcultuur technieken.

  1. Cultuur SKOV-3 ovariumkanker cellen in T75 kolven bij 37 ° C in een CO2-incubator (5% CO2) met behulp Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) aangevuld met 10% foetaal runderserum als groeimedium.
  2. Zaad cellen bij een celdichtheid van 5000 cellen / putje in een 96-wells plaat en incubeer 24 uur bij 37 ° C in een CO 2 incubator.
  3. Onmiddellijk vóór gebruik verdunnen NP suspensie in volledig groeimedium bij een concentratie van 1 mg / ml.
  4. Filter de NP suspensies door het passeren door een steriel 0,2-um filter en verdund tot de gewenste concentraties belichting (2-500 ug / ml) vol groeimedium aangevuld met 1% penicilline / streptomycine.
  5. Verwijder het medium uit elk van de wells van de 96-well plaat door voorzichtig pipetteren en vervangen door 100 gl NP suspensies bij verschillende concentraties belichting of met 100 ul van NP-vrije media voor zowel positieve als negatieve controles cytocompatibility. Gebruik maken van 6 repliceren putten per conditie.
  6. Onmiddellijk voor de volgende stap stelt een 0,5 mg / ml oplossing van 3- (4,5-dimethyl-2-yl) -2,5-difenyltetrazoliumbromide (MTT) in fenolrood-vrij DMEM. Filtreer steriel de MTT oplossing door een steriel 0,2 urn filter.
  7. Nadat men de NP te incuberen met de cellen gedurende de gewenste tijdsperiode (typically 24 of 48 uur), verwijder NP schorsingen door voorzichtig pipetteren uit.
  8. Direct vervangen van het medium met de volgende, afhankelijk van de voorwaarde:
    1. Voor de negatieve controle cytocompatibility, voeg 100 pl methanol aan elk van 6 wells en laat zitten ten minste 5 min. Na behandeling methanol, methanol vervangen door 100 ul steriel gefiltreerde 0,5 mg / ml MTT-oplossing in fenolrood-vrij DMEM.
    2. Voor de positieve controle en NP-behandelde monsters, vervang het medium 100 ul steriel gefiltreerde 0,5 mg / ml MTT-oplossing in fenolrood-vrij DMEM.
  9. Incubeer de cellen gedurende 2-4 uur in de incubator. Na incubatie onderzoekt de cellen onder de microscoop om te controleren of de vorming van formazan kristallen.
  10. Verwijder voorzichtig de MTT-oplossing door pipetteren en te vervangen door 100 ul dimethylsulfoxide (DMSO).
  11. Plaats de plaat met 96 putjes op een schudapparaat en meng gedurende enkele minuten om het oplossen van het bevorderen vanmazan kristallen.
  12. Meet de absorptie van elk putje bij 590 nm (piek absorptie van formazanproduct) en 700 nm (baseline).
  13. Trek het monster absorptie bij 700 nm (baseline) van die bij 590 nm voor elk putje.
  14. Normaliseren van de gecorrigeerde absorptie door deze te delen door het gemiddelde van de positieve controle en omzetten naar een percentage vermenigvuldigen met 100.
  15. Bepaal de gemiddelde levensvatbaarheid procent en de standaardafwijking voor elke aandoening.

6. Fotothermische Transduction Studies

Opmerking:. In dit werk een lasersysteem eerder beschreven door Pattani en Tunell wordt gebruikt 33

  1. Fotothermisch Transductie van NP Schorsingen
    1. Verdunnen NP in DI water om de concentratie van belang.
    2. Voeg 100 ul van NP suspensie tot een putje van een 96-wells plaat. Plaats de wells plaat op een hete plaat gehouden op 25 ° C.
    3. Schakel de stroomtoevoer naar de laser en laat het to opwarmen gedurende enkele minuten. In deze studie een gevezelde 808-nm laserdiode gewaardeerde tot 1 W vermogen wordt gebruikt.
    4. Route de laserstraal naar de monstertafel via een optische vezel. Met een bolle lens de laserstraal divergeren naar de gewenste vlekgrootte.
    5. Meet het vermogen met behulp van een standaard power meter en aan te passen aan een vermogen van 1 W / cm2.
    6. Schakel IR camera (InSb infraroodcamera (FLIR SC4000)) en stel het interessegebied (ROI) plek om de temperatuur van de 6 mm plaats waar de laser gefocust gelezen.
    7. Plaats de put van belang in het brandpunt van de laserstraal. Noteer de basistemperatuur van het monster. Zet de laser te bestralen en de put continu gedurende 5 min tijdens het opnemen van de temperatuur.
    8. Na 5 minuten, schakelt de laser en blijven opnemen van de temperatuur van het goed totdat het afkoelt terug naar de start basislijn temperatuur.
      Opmerking: Warmte en koeling elk schorsing drie keer en het berekenen van degemiddelde temperatuur verandering in de tijd. Gebruik DI water bij 25 ° C in plaats van een NP suspensie als negatieve controle voor fotothermische omzetting.
  2. Fotothermisch Transductie van Polymer Films
    1. Breng de met polymeer beklede ITO glaasje op een hete plaat gehouden op 25 ° C.
    2. Schakel de stroomtoevoer naar de laser en laat deze opwarmen gedurende enkele minuten. In deze studie een gevezelde 808-nm laserdiode gewaardeerde tot 1 W vermogen wordt gebruikt.
    3. Route de laserstraal naar de monstertafel via een optische vezel. Met een bolle lens de laserstraal divergeren naar de gewenste vlekgrootte.
    4. Meet het vermogen met behulp van een standaard power meter en aan te passen aan een vermogen van 1 W / cm2.
    5. Schakel IR camera (InSb infraroodcamera (FLIR SC4000)) en stel het interessegebied (ROI) plek om de temperatuur van de 6 mm plaats waar de laser gefocust gelezen.
    6. Plaats de film in het brandpunt van de laserstraal. Noteer de baseline temperatuur van het monster. Schakel de laser en continu bestralen van het monster gedurende 5 min tijdens het opnemen van de temperatuur.
    7. Na 5 minuten, schakelt de laser en blijven opnemen van de temperatuur van het monster tot het afkoelt terug naar de start basislijn temperatuur.
      Opmerking: verwarmen en koelen elke film drie maal en bereken de gemiddelde temperatuur verandering in de tijd. Gebruik een kale ITO dia bij 25 ° C als een negatieve controle voor fotothermische omzetting.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De reactie protocol waarbij M1 en M2 wordt weergegeven in figuur 1. De monomeren kunnen worden gekarakteriseerd door 1H en 13C NMR spectroscopie, smeltpunt en elementanalyse. Het 1H NMR spectrum geeft informatie over de connectiviteit van atomen en de elektronische omgeving; Aldus wordt routinematig gebruikt om te controleren dat de reacties met succes zijn voltooid. Negishi koppelingsreacties omvatten het koppelen van de...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In dit werk hebben elektroactieve polymeer NP gesynthetiseerd als potentiële PTT middelen voor de behandeling van kanker. De bereiding van de NP wordt, uitgaande van de synthese van de monomeren gevolgd door emulsiepolymerisatie. Hoewel de bereiding van NPs gebruik electro polymeren zoals eDOT en pyrrool eerder is beschreven, dit document beschrijft de bereiding van polymere NP ab unieke uitgebreide conjugatie monomeren, waaruit blijkt dat dit proces kan worden uitgebreid naar grotere, complexere monomeren.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd deels gefinancierd door de Texas Emerging Technology Fund (Startup TB), de Texas State University Research Enhancement Program, de Texas State University Doctoral Research Fellowship (TC), de NSF Partnerschap voor Onderzoek en Onderwijs in Materials (PREM, DMR-1205670), De Welch Foundation (AI-0045), en de National Institutes of Health (R01CA032132).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
2 mm diameter platinum working electrodeCH InstrumentsCH102Polished using very fine sandpaper
3,4-ethylenedioxythiopheneSigma-Aldrich483028Purified by vacuum distillation
3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromide (MTT) 98%Alfa AesarL11939
505 Sonic DismembratorFisher Scientific™ FB5051101/8“ tip and rated at 500 watts
808 nm laser diodeThorLabsL808P1WJRated at 1 W
Acetonitrile anhydrous 99%Acros61022-0010
Avanti J-26 XPIBeckman Coulter393127
Bromohexane 98%MP Biomedicals202323
Dialysis (100,000) MWCOSpectrumLabsG235071
Dimethyl sulfoxide 99% (DMSO)BDHBDH1115
Dimethylformamide anhydrous (DMF) 99%Acros326870010
Dodecyl benzenesulfonate (DBSA) TCID0989
Dulbecco’s modified eagle medium (DMEM) Corning10-013 CV
EMS 150 TES sputter coaterElectron Microscopy Sciences
Ethanol (EtOH) 100%BDHBDH1156
ethyl 4-bromobutyrate (98%)Acros173551000
Ethyl acetate 99%FisherUN1173
Fetal bovine serum (FBS)Corning35-010-CV
Helios NanoLab 400FEI
HexaneFisherH306-4
Hydrochloric acid (HCl)FisherA142-212
Hydroquinone 99.5%Acros120915000
Hydrozine anhydrous 98%Sigma-Aldrich215155
Indium tin oxide (ITO) coated galssDelta TechnologiesCG-41IN-CUV4-8 Ω/sq
Iron chloride 97% FeCl3Sigma-Aldrich157740
Magnesium sulfate (MgSO4)Fisher593295Dried at 100 °C
SKOV-3ATCCHTB-26
MethanolBDHBHD1135
n-Butlithium (2.5 M) Sigma-Aldrich230707Pyrophoric
Poly(styrenesulfonate-co-malic acid) (PSS-co-MA) 20,000 MWSigma-Aldrich434566
Potassium carbonateSigma-Aldrich209619Dried at 100 °C
Potassium hydroxideAlfa AesarA18854
Potassium iodideFisherP410-100
RO-5 stirplateIKA-Werke
SC4000 IR cameraFLIR
Synergy H4 Hybrid ReaderBiotek
Tetrabutylammonium perchlorate (TBAP) 99%Sigma-Aldrich3579274Purified by recrystallization in ethyl acetate
Tetrahydrofuran anhydrous (THF) 99%Sigma-Aldrich401757
tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0)Sigma-Aldrich216666Moisture sensitive
ThermomixerEppendorf
USB potentiostat/galvanostatWaveNowAFTP1
Zetasizer Nano ZsMalvernOptical Arrangment 175°
Zinc chloride (1 M) ZnCl2Acros370057000

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Negishi koppelingemulsiepolymerisatiedynamische lichtverstrooiingUV Vis NIR spectroscopiecytotoxiciteitstestnab infraroodtherapiecellevensvatbaarheidstestnanopartikelsynthese

Gerelateerde artikelen