Synthese van monodispers cilindrische nanodeeltjes via kristallisatie-gedreven zelf-assemblage van biologisch afbreekbaar blok copolymeren

Ons protocol richt zich op zowel ring-opening en RAFT polymerisaties om blok copolymeer cilinders van een gecontroleerde lengte te produceren met behulp van levende kristallisatie-aangedreven zelf-assemblage. De combinatie van zowel ring-opening en RAFT polymerisaties maakt de productie van polymeren met zowel semi-kristallijne als functionele regio's mogelijk. Dit opent het veld van CDSA voor andere potentiële toepassingen.

Het succes van het protocol lost rond de droogte van de beginnende reagentia op. Zorg ervoor dat het systeem nooit in contact komt met de atmosfeer zodra de droogprocedure is begonnen. De methode vereist kennis in luchtgevoelige chemietechnieken.

Wij zijn van mening dat het verplichten van deze praktijken aan videovorm onderzoekers de vrijheid zal geven om nieuwe ideeën te introduceren zonder belemmering van een gebrek aan praktische ervaring. Om te beginnen, breng alle glaswerk en roerbars, gedroogd in een 150 graden Celsius oven 's nachts, naar de bank. Klem de twee-hals 250-milliliter ronde bodem kolf, uitgerust met een roerstaaf, op een standaard over een roerplaat, en zet een luchtdichte kraan op de kleine nek.

Voeg 100 milliliter epsilon-caprolactone toe aan de kolf. Sluit de ronde kolf aan op een stikstoflijn door de kraan op één hals. Voeg onder een gestage stroom van stikstof bij drie psi een gram calciumhydride in de kolf door de primaire nek.

Plaats de tweede hals met een glazen stop en roer 's nachts bij kamertemperatuur onder een stikstofatmosfeer. Val de kolf aan op de Schlenk-lijn en open voor een gestage stroom stikstof. Monteer de vacuümdistillatieapparatuur op twee standaards, door de epsilon-caprolactone ronde bodemkolf op de ene standaard en een andere ronde bodemkolf aan de andere standaard te klemmen.

Houd een gestage stroom stikstof door het systeem om te voorkomen dat water in het systeem komt. Steek een thermometer in het stilstaande hoofd en sluit op zijn plaats. Bevestig de adapter aan de Schlenk-lijn.

Schakel de stikstofstroom uit en open het systeem om te stofzuigen via deze nieuwe verbinding met de Schlenk-lijn. Verwarm de epsilon-caprolactone in een 60-tot-80-graden verwarmingsmantel, het verzamelen van de eerste vijf milliliter in de kleine ronde bodem kolven en de rest in de twee-hals ronde bodem kolf. Plaats de kolven in vloeibare stikstof om de caprolactone effectief te condenseren.

Om het proces te versnellen, wikkel de distillatie apparatuur in watten en folie. Bevestig de Schlenk lijn aan de twee-hals ronde-bodem kolf. Draai de lijn om te stofzuigen voor 120 seconden en stikstof voor 10 seconden, een totaal van drie keer, om de lijn te zuiveren.

Open de lijn en het systeem voor stikstof. Voeg vervolgens een gram calciumhydride toe aan de inzamelfles die past met een stop en roer 's nachts onder een stikstofatmosfeer. Ondertussen, ontdoen van de overtollige calcium hydride door dropwise toevoeging van 10 milliliter isopropanol, gevolgd door vijf milliliter methanol.

Zodra borrelen ophoudt, voeg een overmaat aan water. Spoel de distillatieapparatuur af met aceton en plaats 's nachts in de oven. Herhaal 's ochtends de vacuümdistillatie opnieuw zonder calciumhydride toe te voegen aan de monomeer die eenmaal klaar is.

Open vervolgens de kolf tot stikstof om te beginnen met het overbrengen van de caprolactone, via canule, in een ampule. Breng de ampul over naar een handschoenenkastje. Bereid in het handschoenenkastje voorraadoplossingen voor.

Voeg als initiator 0,01 gram difenylfosfaat toe in drie afzonderlijke flacons en 0,25 gram hydroxylketting, caprolacton. Voeg 0,5 milliliter tolueen toe aan elk van de initiatiefnemers en katalysator flesjes, en zachtjes roeren totdat de reagentia zijn opgelost. Meng vervolgens de initiatiefnemer en difenyl fosfaatvoorraad oplossingen in een flacon, en voeg een roerstaaf.

Bevestig de flacon op een roerder, pas de snelheid aan het roeren en voeg de monomeeroplossing toe aan de initiator-katalysator flacon. Plaats de flacon met een deksel en roer acht uur op kamertemperatuur. Verwijder vervolgens het flesje uit het handschoenenkastje en gebruik onmiddellijk een Pasteurpipet om het mengsel, dropwise, toe te voegen aan een overmaat aan koude diethylether, om te neerslaan.

Door middel van een Buchner trechter, filter de witte vaste, droog in de omgevingsatmosfeer, en los het op in een milliliter tetrahydrofuran. Neerslag in diethylether twee keer meer, en droog grondig. Bereid eerst een aantal basis aluminiumoxide pluggen in drie-milliliter spuiten.

Filtreer de dioxaan en MMA in aparte flesjes om stabilisatoren te verwijderen. Weeg 0,5 gram van de eerder gesynthetiseerde PCL, 0,424 gram MMA, meet twee milliliter dioxaan in een flacon en laat oplossen. Bereid een zuivere AIBN-voorraadoplossing van 10 milligram per milliliter en pipet 139 microliters in het reactiemengsel.

Breng het mengsel in een ampule uitgerust met een roerstaaf, en verzegel. Bevestig vervolgens de ampul aan de Schlenk-lijn en plaats in vloeibare stikstof. Zodra de oplossing is bevroren, laat de ampulaat stofzuigen totdat de vacuümmeter leest ten hoogste een keer 10 tot de negatieve een millibar.

Sluit de ampul en laat volledig ontdooien. Herhaal deze vriespomp-dooi cyclus twee keer. Na voltooiing van de laatste cyclus, vul de ampul met stikstof, en plaats het in een voorverwarmd oliebad op 65 graden Celsius gedurende vier uur.

Om de omzetting te controleren, de ampula uit het oliebad te verkrijgen, de dop voor superafdichting onder een stroom stikstof te schakelen, twee druppels te extraheren, met 600 microliter van deuterated chloroform in een flacon te mengen en over te brengen op een NMR-buis. Breng het monster over naar de autosampler van een NMR-instrument om een protonspectrum uit te voeren. Vervang de dop onder een gestage stroom van stikstof, en plaats terug in het oliebad.

Nu, plaats de ampul die is verwarmd in het oliebad in vloeibare stikstof tot bevroren, en vervolgens in een rookkap, open de ampul naar de lucht om de polymerisatie te blussen voor een minuut. Voeg vervolgens dropwise het mengsel toe in een enorme overmaat aan koude diethylether om te neerslaan. Isoleren door Buchner filtratie, en droog.

Los het polymeer en tetrahydrofuran op en stort nog twee keer neer. Droog het polymeer grondig af voor proton NMR spectroscopie en SEC-analyse. Herhaal deze procedure met 0,5 gram van de gegenereerde PCL-PMMA, 1.406 gram DMA, twee milliliter dioxaan en 111 microliter van tien milligram per milliliter AIBN en dioxaan.

Verwarm de polymerisatie op 70 graden Celsius gedurende een uur, en neerslaan het reactiemengsel in koude diethylether drie keer. Plaats vijf milligram van het gegenereerde triblock copolymeer in een flacon, en voeg een milliliter ethanol. Sluit de flacon af met deksel en parafilm.

Verwarm op 70 graden Celsius en een verwarming mantel voor drie uur. Neem daarna het flesje mee om langzaam af te koelen tot kamertemperatuur. Laat de oplossing twee weken op kamertemperatuur.

De oplossing wordt troebel en vormt een aparte laag aan de onderkant wanneer volledig gemonteerd. Verdun de dispersie tot één milligram per milliliter met ethanol in een sonicatiebestendige buis. Plaats de buis in een ijsbad.

Plaats het puntje van de sonicatiesonde in het middelste gebied van de dispersie. Sonicate de oplossing voor 15 cycli van twee minuten op de laagste intensiteit, waardoor 15 minuten afkoelen tussen de cycli. Neem een aliquot van de gesoniceerde zaad dispersie en verdun tot 0,18 milligram per milliliter met ethanol in een buis.

Bereid vervolgens een oplossing van unimer en tetrahydrofuran voor op de concentratie van 25 milligram per milliliter. Voeg 32,8 microliter van de unimeroplossing toe aan de verdunde zaadverspreiding en schud voorzichtig om volledige ontbinding mogelijk te maken. Laat de dispersie drie dagen verouderen met het deksel iets op een kier, zodat de tetrahydrofuran kan verdampen.

Dit zal produceren 90 nanometer beginnende zaden tot 500 nanometer cilinders. Ring-opening polymerisatie van epsilon-caprolactone resulteerde in een zekere mate van polymerisatie van 50, bepaald door het proton NMR-spectrum met resonanties van de eindgroep ethylprotonen op 3,36 PPM, en de ester alpha-protonen aan het einde van de keten op 4,08 PPM. GPC-spoor toont een typische moleculaire gewichtsverdeling met een enkele piek, met een dispersiewaarde van 1,07 en een gemiddeld moleculair gewicht van 10, 800 gram per mol.

Ter vergelijking, polymerisatie die werd gereageerd voor 12 uur gaf een hoog moleculair gewicht schouder op 15, 500 gram per mol. Het gebruik van reagentia die niet goed gedroogd waren, leverde een productmengsel op met een staart met een laag moleculair gewicht. De opeenvolgende RAFT-polymerisaties bereikten een mate van polymerisatie van 10 voor het PMMA-blok met een unimodale piek in het GPC-spoor.

Echter, wanneer bewust genomen om te hoge conversies groter dan 70 procent, een verbreding van moleculair gewicht en een hoog moleculair gewicht schouder werd waargenomen. De mate van polymerisatie van het uiteindelijke blok PDMA was 200, ter vergelijking van de PCL-eindketen etherprotonen op 4,08 PPM en de DMA-methylprotonen aan de zijkant methyl van 2,93 PPM. De GPC spoor was smal en unimodal.

Bij herhaling van de kettingextensie met behulp van onzuivere PCL-PMMA verscheen een schouder met een laag moleculair gewicht. Vergeet niet om de tijd te nemen op het drogen van het systeem, als elke aanwezigheid van water kan leiden tot de polymerisatie van caprolactone te mislukken. Zorg ervoor dat alles droog is.

Een buffergebied tussen de kern en de corona van de cilinder zou het mogelijk maken om andere CDSA-constructies in water te stabiliseren, waardoor nieuwe wegen van onderzoek en samenwerking kunnen worden geopend.