Artykuł metodologiczny

Cząstki bez pudełka: synteza fotodegradowalnych polimerów PEG Star w warunkach otoczenia

DOI:

10.3791/50874

⸱

10 października 2013

 ,  , 
1Department of Chemistry, Massachusetts Institute of Technology

W tym artykule

Podsumowanie

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

Polimery gwiazdowe (BASP) z ramienia szczotki poli(glikolu etylenowego) (PEG) o wąskim rozkładzie masy i przestrajalnych rozmiarach nanoskopowych są syntetyzowane w procesie polimeryzacji metatezy z otwarciem pierścienia (ROMP) makromonomeru PEG-norbornen, po którym następuje transfer części powstałego żywego inicjatora szczotki do fiolek zawierających różne ilości sztywnego, fotorozszczepialnego środka sieciującego bis-norbornen.

Streszczenie

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

Wygodne metody szybkiej, równoległej syntezy różnorodnie funkcjonalizowanych nanocząstek umożliwią odkrycie nowych preparatów do dostarczania leków, obrazowania biologicznego i wspomaganej katalizy. W niniejszym raporcie demonstrujemy równoległą syntezę nanocząstek polimeru gwiaździstego (BASP) metodą "brush-first". W tej metodzie makromonomer poli(glikolu etylenowego) (PEG) (PEG-MM) zakończony norbornenem jest najpierw polimeryzowany przez polimeryzację metatezy z otwarciem pierścienia (ROMP) w celu wytworzenia żywego makroinicjatora szczotkowego. Podwielokrotności tego roztworu podstawowego inicjatora dodaje się do fiolek, które zawierają różne ilości fotodegradowalnego środka sieciującego bis-norbornen. Ekspozycja na środek sieciujący inicjuje serię kontrolowanych kinetycznie reakcji sprzężenia szczotka+szczotka i gwiazda+gwiazda, które ostatecznie dają BASP z rdzeniami składającymi się z środka sieciującego i koronami składającymi się z PEG. Ostateczny rozmiar BASP zależy od ilości dodanego środka sieciującego. Przeprowadzamy syntezę trzech BASP na stole bez specjalnych środków ostrożności w celu usunięcia powietrza i wilgoci. Próbki charakteryzują się metodą chromatografii żelowej (GPC); Wyniki były ściśle zgodne z naszym poprzednim raportem, w którym wykorzystano warunki obojętne (komora rękawicowa). Omówiono najważniejsze cechy praktyczne, zalety i potencjalne wady metody brush-first.

Wprowadzenie

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

Nanocząstki polimerowe były szeroko badane pod kątem ich potencjalnego zastosowania jako platformy do dostarczania leków, wspomaganej katalizy, obrazowania biologicznego i samoorganizacji1-3. Nowoczesne zastosowania wymagają, aby syntezy nanocząstek były łatwe, powtarzalne, zgodne z funkcjami chemicznymi i podatne na dywersyfikację4,5. Polimeryzacja metatezy z otwarciem pierścienia (ROMP) naprężonych olefin jest skuteczną metodologią syntezy funkcjonalnych nanostruktur polimerowych o kontrolowanych rozmiarach i wąskich rozkładach mas1,6-8. Na przykład makromonomery (MM) z poli(glikolu etylenowego) (PEG) funkcjonalizowane norbornenem mogą być efektywnie polimeryzowane przez ROMP w celu wytworzenia rozpuszczalnych w wodzie polimerów szczotki do butelek. Dzięki temu podejściu nanostruktury, które przenoszą wiele uwalnialnych cząsteczek leków, fluoroforów i środków kontrastu spinowego, mogą być przygotowywane szybko i równolegle 6,9,10.

ROMP był również używany do syntezy polimerów gwiazdowych "arm-first". W metodzie arm-first liniowe polimery są sieciowane wielofunkcyjnym środkiem sieciującym, aby uzyskać sferyczne nanostruktury z ramionami polimerowymi. Schrock i współpracownicy poinformowali o pierwszej syntezie ROMP polimerów gwiaździstych poprzez sieciowanie liniowych polimerów liniowych dikarboksylontonenu, dikarbometoksynorbornadienu i trimetylosililu z dwufunkcyjnym sieciowaniem norbornenu. 11,12 Buchmeiser rozszerzył tę metodologię o syntezę materiałów o szereg zastosowań, które obejmują katalizę wspomaganą, inżynierię tkankową i chromatografię13-17. Otani i współpracownicy stworzyli gwiezdne nanocząstki polimerowe z funkcjonalnymi powierzchniami za pomocą powiązanej strategii polimeryzacji "in-out" 18,19.

Większość polimeryzacji opartych na pierwszym ramieniu obejmuje złożone interakcje reakcji sprzęgania monomerów, polimerów i gwiazd. Ten ostatni przebiega poprzez mechanizm przyrostowy, który zazwyczaj prowadzi do szerokiego rozkładu masy cząsteczkowej (MW). Aby przezwyciężyć to ograniczenie w powiązanych reakcjach polimeryzacji rodnikowej z przeniesieniem pierwszego atomu, Matyjaszewski i współpracownicy przeprowadzili sieciowanie najpierw ramienia wstępnie uformowanych polimerowych MM, aby uzyskać polimery gwiazdowe o bardzo wąskich rozkładach MW20. W tym przypadku, steryczna masa MM i zwiększony stosunek ramion gwiazdy do miejsc inicjacji, zahamowały słabo kontrolowane procesy łączenia gwiazda+gwiazda i doprowadziły do powstania żywego, łańcuchowego mechanizmu wzrostu.

Gdy próbowaliśmy zastosować tę samą strategię w kontekście ROMP z zakończonym norbornenem PEG-MM i sieciującym bis-norbornen, uzyskaliśmy polimery gwiaździste o bardzo szerokich, multimodalnych rozkładach MW. Wynik ten sugerował, że w tym układzie sam MM nie był wystarczająco masywny, aby zahamować sprzężenie gwiazda+gwiazda. Aby zwiększyć steryczną masę ramion gwiazdowych i potencjalnie ograniczyć to niekontrolowane sprzężenie, próbowaliśmy najpierw spolimeryzować MM, aby utworzyć polimery butelkowo-szczotkowe przy braku środka sieciującego, a następnie dodać środek sieciujący. Z zadowoleniem odkryliśmy, że w pewnych warunkach ta metoda "najpierw szczotka" zapewnia prosty dostęp do "polimerów gwiazda" (BASP) o wąskim rozkładzie MW i przestrajalnych funkcjach rdzenia i korony.

Niedawno informowaliśmy o pierwszej syntezie ROMP PEG BASP przy użyciu katalizatora Grubbs trzeciej generacji A (Rysunek 1)21. W niniejszej pracy ekspozycja PEG-MM B na działanie katalizatora A wygenerowała żywy makroinicjator szczotkowy o zdefiniowanej długości szkieletu (B1, Rysunek 1). Przeniesienie podwielokrotności B1 do fiolek, które zawierały różne ilości środka sieciującego C, zainicjowało tworzenie BASP. MW, a co za tym idzie wielkość, BASP zwiększały się geometrycznie wraz z ilością dodanego C. Przedstawiliśmy mechanistyczną hipotezę dla tego geometrycznego procesu wzrostu i wykazaliśmy, że funkcjonalne, znakowane rdzeniem i koroną nitroksydowe BASP można łatwo przygotować bez konieczności etapów modyfikacji po polimeryzacji lub sekwencyjnego dodawania monomerów. Jednak we wszystkich zgłoszonych przykładach byliśmy zaniepokojeni dezaktywacją katalizatora; wszystkie reakcje przeprowadziliśmy w atmosferze N2 w komorze rękawicowej.

Od czasu naszego pierwszego raportu, stwierdziliśmy, że metoda "najpierw szczotka" jest bardzo skuteczna w tworzeniu BASP z szerokiej gamy MM zakończonych norbornenem i funkcjonalnych środków sieciujących. Odkryliśmy również, że metodę można wykonać na blacie stołu bez specjalnych środków ostrożności w celu usunięcia powietrza lub wilgoci.

Tutaj, seria trzech BASP o różnych MW zostanie zsyntetyzowana metodą szczotki w warunkach otoczenia. Krótko mówiąc, 10 ekwiwalentów B zostanie wystawionych na działanie 1,0 równoważników katalizatora A (rysunek 1a) przez 15 minut, aby uzyskać BI o średnim stopniu polimeryzacji (DP) wynoszącym 10. Trzy porcje tej partii BI zostaną przeniesione do oddzielnych fiolek zawierających 10, 15 i 20 odpowiedników (N, rysunek 1b) C. Po 4 godzinach polimeryzacje zostaną wygaszone przez dodanie eteru etylowo-winylowego. Rozkłady polimerów gwiaździstych MW i MW zostaną scharakteryzowane za pomocą przyrządu do chromatografii żelowo-permeacyjnej wyposażonego w wielokątowy detektor rozpraszania światła laserowego (GPC-MALLS).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

Najpierw opisujemy syntezę i oczyszczanie PEG-MM B z 3 kDa O-(2-aminoetylo)glikolu polietylenowego (PEG-NH2) i estru norbornen-N-hydroksysukcynimidylu (NHS). Ten pierwszy związek można nabyć w firmie Sigma Aldrich Inc. lub otrzymać metodą polimeryzacji anionowej zgodnie z procedurami literaturowymi22,23. Ten ostatni związek można przygotować w dwóch etapach zgodnie z opublikowaną procedurą21. Następnie opisujemy syntezę katalizatora A z dostępnego na rynku katalizatora Grubbsa 2. generacji. Następnie demonstrujemy zastosowanie tego kompleksu do syntezy BASP najpierw pędzlem. W tym eksperymencie szczegółowo opisano procedurę tworzenia BASP z N = 10, 15 i 20 z BI z DP = 10. Wszystkie reakcje przeprowadzono w dygestorii przy użyciu standardowych fiolek scyntylacyjnych.

UWAGA: Zawsze noś rękawice, fartuch laboratoryjny i okulary laboratoryjne oraz przestrzegaj powszechnych praktyk bezpieczeństwa w laboratorium podczas pracy z niebezpiecznymi chemikaliami. Z każdym rozpuszczalnikiem organicznym należy obchodzić się pod wyciągiem. Cząstki stałe można ważyć na wadze znajdującej się na zewnątrz dygestorium. Chemikalia nie powinny mieć kontaktu ze skórą, oczami ani ustami. Zdecydowanie zaleca się przeczytanie karty charakterystyki dla każdego rozpuszczalnika i ciała stałego użytego w tej procedurze przed rozpoczęciem.

1. Przygotowanie PEG-MM B

  1. Dodać PEG-NH2 (300 mg, 0,0001 mol, 1,0 eq) do 40 ml fiolki scyntylacyjnej wyposażonej w mieszadło.
  2. Rozpuścić PEG-NH2 w 3 ml bezwodnego N,N-dimetyloformamidu (DMF).
  3. Dodać 36 mg estru norbornenu-NHS (0,000105 mol, 1,05 eq)21.
  4. Zamknąć fiolkę i mieszać mieszaninę reakcyjną przez noc w temperaturze pokojowej.
  5. Usunąć mieszadło i dodać eter dietylowy do roztworu reakcyjnego w celu wytrącenia PEG-MM B.
  6. Przefiltrować biały puszysty osad i obficie przemyć eterem dietylowym. Alternatywnie można przenieść zawiesinę do probówki wirówkowej o długości 50 m, odwirować z prędkością 4 000 obr./min przez 5 minut w temperaturze pokojowej, a następnie zdekantować supernatant. Dodać świeży eter dietylowy, odwirować i ponownie zdekantować. Zalecamy powtórzenie tej procedury 3 razy, co daje w sumie 5 razy.
  7. Suszyć osad w próżni przez 24 godziny w celu usunięcia pozostałości eteru dietylowego.

2. Oczyszczanie PEG-MM

W naszym poprzednim raporcie, PEG-MM B został przygotowany z komercyjnie dostępnego PEG-NH2 i był używany do syntezy BASP bez dalszego oczyszczania po wysuszeniu (tj. po kroku 1.7). W tym badaniu zmieniamy źródło PEG-NH2 (komercyjne i domowe) i porównujemy wyniki tworzenia BASP przed i po bardziej rygorystycznym oczyszczaniu MM metodą preparatywnej wysokosprawnej chromatografii cieczowej (prep-HPLC). W pozostałej części tego badania wysuszony MM uzyskany po kroku 1.7 jest określany jako B1. Prep-HPLC użyto do oczyszczenia B1 w celu uzyskania B2. Analogiczny oczyszczony MM pre-HPLC syntetyzowany w naszym laboratorium poprzez polimeryzację anionową jest określany jako B3. Prep-HPLC przeprowadzono przy użyciu HPLC Beckmann Coulter (moduł rozpuszczalnika 127p i moduł detektora 166p) z pętlą próbki o pojemności 1 ml i kolumną Agilent Zorbax 300SB-C18 PrepHT z odwróconymi fazami w temperaturze pokojowej.

  1. Skonfigurować HPLC z rozpuszczalnikiem A: woda dejonizowana (system oczyszczania Millipore, 18,2 Ω) z 1% kwasem octowym; rozpuszczalnik B: acetonitryl.
  2. Zalać pompy i kolumnę równoważącą 95% A i 5% B.
  3. Rozpuścić PEG-MM w acetonitrylu lub MeOH (150 mg/ml).
  4. Przefiltrować przez nylonowy filtr strzykawkowy 13 mm 0,45 μm.
  5. Ustaw metodę HPLC:
    - Natężenie przepływu: 20 ml/min
    - 0-1 min: gradient liniowy do 10% B i 90% A
    - 1-10 min: gradient liniowy do 90% B i 10% A
    - 10-13 min: przełącz się na warunki początkowe (5% B i 95%) i ponownie wyrównaj kolumnę
    - Ustaw detektor UV tak, aby wykrywał absorbancję przy 256 nm
  6. Załadować 0,8 ml próbki do pętli próbki.
  7. Wstrzyknąć próbkę.
  8. Zebrać główny pik absorpcji (w określonych warunkach produkt wymywa się między 5-7 minutami).
  9. Powtórz w razie potrzeby. Połączyć ze sobą czyste frakcje w kolbie okrągłodennej.
  10. Usuń cały rozpuszczalnik przez odparowanie obrotowe.
  11. Ponownie rozpuścić produkt w dichlorometanie i dodać siarczan sodu. Delikatnie wstrząsać lub mieszać kolbę okresowo przez ≅ 1 godzinę.
  12. Przefiltrować mieszaninę za pomocą filtra ze spiekanego szkła.
  13. Koncentrat poprzez odparowanie rotacyjne. Suszyć w odkurzaczu przez noc.
  14. PEG-MM można scharakteryzować za pomocą 1H-NMR w CD2Cl2 (15-20 mg/0,7 ml CD2Cl2, zalecane jest 500 MHz lub wyższe przy ponad 128 skanach i opóźnieniu relaksacji, d1 = 2,0 s) oraz MALDI-TOF przy użyciu trybu jonizacji dodatniej i kwasu 2-(4-hydroksyfenyloazo)benzoesowego jako matrycy MALDI.
  15. PEG-MM może być przechowywany przez wiele miesięcy w fiolce scyntylacyjnej w temperaturze 4 °C.

3. Przygotowanie katalizatora A

  1. Dodać katalizator Grubbs 2. generacji (500 mg, 0,589 mmol) do 20 ml fiolki wyposażonej w mieszadło.
  2. Dodać pirydynę (około 0,474 ml, 5,89 mmol, 10 eq) do fiolki. Kolor roztworu powinien natychmiast zmienić się z czerwonego na zielony. Pozwól reakcji mieszać, aż cały czerwony kolor zniknie, a roztwór stanie się lepki (15-30 min).
  3. Napełnij fiolkę reakcyjną zimnym pentanem, aby wytrącić kompleks A.
  4. Przefiltrować zawiesinę, aby zebrać zielony osad (katalizator A). Przemyć 4x 15 ml zimnego pentanu.
  5. Wysuszyć zielone ciało stałe w próżni przez noc.
  6. Kompleks A może być przechowywany przez wiele miesięcy w temperaturze pokojowej w eksykatorze laboratoryjnym bez znacznej utraty aktywności. Dla dodatkowych środków ostrożności zazwyczaj przechowujemy kompleks w zamrażarce w temperaturze -20 °C w schowku na rękawiczki. Dla wygody wstępnie ważymy znane ilości A do 4 ml fiolek scyntylacyjnych natychmiast po wysuszeniu (krok 3.5). Następnie przechowujemy te fiolki w zamrażarce w komorze rękawicowej. Gdy jesteśmy gotowi do przeprowadzenia reakcji ROMP, po prostu wyjmujemy jedną fiolkę z komory rękawicowej i używamy zgodnie z opisem poniżej (krok 4.4).

4. Przygotowanie roztworu podstawowego żywego polimeru pędzla (BI) o DP = 10

  1. W fiolce o pojemności 3 ml z gazoszczelną nakrętką wyposażoną w mieszadło odważyć 65 mg (0,020 mmol, 10 eq) MM B. Ilość ta odpowiada 20 mg MM dla każdej z 3 różnych wielkości BASP i 5 mg pozostałym do analizy GPC BI. Za pomocą szpatułki dodać MM bezpośrednio na dno fiolki. Należy starać się zapobiegać przywieraniu materiału do ścianek fiolki, ponieważ taki scenariusz może prowadzić do zanieczyszczenia MM w końcowym produkcie BASP.
  2. Rozpuścić MM B w 158 μl THF. Po dodaniu THF należy natychmiast zakryć fiolkę, aby uniknąć odparowania rozpuszczalnika. Uwaga: Końcowe stężenie MM podczas polimeryzacji powinno wynosić 0,05 M. Jeśli doda się tutaj 158 μl THF, to zostanie dodane 243 μl roztworu katalizatora, krok 4.4, aby uzyskać 401 μl całkowitego THF, co odpowiada [MM] = 0,05 M. Ilość rozpuszczalnika na tym etapie może być zmieniana, o ile ilość rozpuszczalnika na etapie 4.4 jest również zróżnicowana tak, aby uzyskać [MM] 0,05. Odkryliśmy, że polimerizacje przeprowadzane za pomocą [MM] < 0,05 czasami nie przechodzą do pełnej konwersji.
  3. Pozwól roztworowi mieszać, aż cały MM się rozpuści. W razie potrzeby lekko podgrzej. Należy unikać rozpryskiwania lepkiego roztworu na boki lub wieczko fiolki.
  4. Następnie dodać znaną ilość (w tym przykładzie 2,8 mg) katalizatora A do fiolki o pojemności 3 ml (lub uzyskać fiolkę z wstępnie zważonym katalizatorem A). Dodać bezwodny THF (w tym przykładzie 466 μl), aby otrzymać roztwór katalizatora o stężeniu 6 mg/ml. Natychmiast zamknąć fiolkę. Pozwól katalizatorowi całkowicie się rozpuścić; W razie potrzeby delikatnie wstrząsnąć fiolką. Ten roztwór katalizatora należy natychmiast zużyć do ROMP. Uwaga 1: Roztwór katalizatora powinien mieć kolor leśnej zieleni. Jeśli jest lub zielonkawo-brązowy, to prawdopodobnie uległ rozkładowi i prawdopodobnie nie przyniesie zadowalających wyników ROMP. Jeśli dojdzie do rozkładu, sugerujemy przygotowanie świeżego katalizatora (zgodnie z sekcją 3 powyżej) lub użycie świeżo destylowanego THF. Uwaga 2: Ilość THF dodawana do A jest tak dobrana, aby zapewnić, że końcowa wartość [MM] wynosi ~0,05. Ilość tę można dostosować, o ile w kroku 4.2 zostaną dokonane korekty kompensacyjne roztworu MM.
  5. Szybko (nie kroplami) dodać 243 μl (1,46 mg; 1 eq do B) roztworu katalizatora do mieszającego roztworu MM. Staraj się, aby końcówka igły znajdowała się tuż nad roztworem MM podczas dodawania do fiolki. Należy unikać rozpryskiwania mieszaniny reakcyjnej na boki i nakrętkę fiolki, ponieważ rozpryskiwanie może prowadzić do pozostałości MM i BI w końcowym BASP.
  6. Natychmiast zakryj fiolkę i pozwól mieszaninie reakcyjnej mieszać się przez 15 minut, aby utworzyć makroinicjator pędzelkowy (BI).

5. Tworzenie BASP

  1. Dodać 3,6±0,1 mg (6,18 μmol, 10 eq do ilości BI do przeniesienia w kroku 5.2), 5,5 ± 0,1 mg (9,28 μmol,15 eq do ilości BI do przeniesienia w kroku 5.2) i 7,3±0,1 mg (12,4 μmol, 20 eq do ilości BI do przeniesienia w kroku 5.2) środka sieciującego C do trzech oddzielnych fiolek o pojemności 3 ml wyposażonych w mieszadła. Spróbować zważyć środek sieciujący bezpośrednio na dnie fiolki, aby zapobiec przywieraniu materiału do ścianek fiolki. Uwaga: Środek sieciujący C nie jest dobrze rozpuszczalny w THF. Z tego powodu bryła jest używana bezpośrednio na tym etapie. W przypadkach, gdy środek sieciujący jest rozpuszczalny, można przygotować skoncentrowany roztwór podstawowy środka sieciującego i przenieść różne ilości tego roztworu do fiolek. Ponownie stężenie końcowych polimeryzacji powinno wynosić >0,05 M; Jeżeli do środka sieciującego dodaje się rozpuszczalnik, wówczas kompensacyjną redukcję rozpuszczalnika należy przeprowadzić w innym miejscu.
  2. Dodać 123 μl (0,618 μmol) roztworu BI do każdej z trzech fiolek zawierających C. Staraj się, aby końcówka igły znajdowała się tuż nad solidnym środkiem sieciującym podczas dodawania do fiolki. Dodaj rozwiązanie analizy biznesowej za jednym razem, a nie kroplami.
  3. Zakręć fiolki i mieszaj reakcje w temperaturze pokojowej aż do zakończenia. Dzięki tej specyficznej kombinacji MM i środka sieciującego reakcja jest zakończona w ciągu ~ 4 godzin; Ciągłe mieszanie przez okres do 24 godzin nie ma zauważalnego wpływu na wzrost BASP. Monitorowanie przez GPC w celu zapewnienia pełnej konwersji BI.
  4. Reakcje schładzać przez dodanie jednej kropli eteru etylowo-winylowego do pozostałego roztworu BI i każdej z mieszanin reakcyjnych N = 10, 15 i 20 BASP. Mieszaj przez 10 minut, aby zapewnić całkowite hartowanie.

6. Przygotowanie próbki GPC

Wyniki GPC-MALLS uzyskano na systemie Agilent 1260 LC wyposażonym w kolumnę Shodex GPC KD-806M, detektor Wyatt Dawn Heleos-II MALLS oraz detektor indeksu refrakcji Wyatt Optilab t-rEX w temperaturze pokojowej. Jako eluent zastosowano DMF o stężeniu 0,025 M LiBr i natężeniu przepływu 1,0 ml/min. Wyniki zostały przeanalizowane za pomocą oprogramowania Astra 6 dostarczonego przez firmę Wyatt.

  1. Używając nowej szklanej pipety do każdej fiolki reakcyjnej, zanurzyć końcówkę pipety w roztworze reakcyjnym, aby pobrać małą próbkę reakcji. Przepłukać wnętrze pipety 250 μl 0,025 M LiBr w DMF, aby uzyskać końcowe stężenie około 3 mg/ml.
  2. Przefiltrować rozcieńczoną próbkę przez filtr politetrafluoroetylenowy 0,45 μm przed umieszczeniem próbki w fiolce GPC.
  3. Skonfiguruj przebiegi GPC-MALLS i przeanalizuj wyniki po ich zakończeniu.

Lista skrótów:

A: Katalizator bis-pirydynowy3-ciej generacji Grubbsa

B: makromonomer poli(glikolu etylenowego) (PEG) (MM)

B1: PEG MM przygotowany przy użyciu dostępnego na rynku (Aldrich) PEG-NH2 i używany bez oczyszczania HPLC.

B2: PEG MM przygotowany przy użyciu dostępnego na rynku (Aldrich) PEG-NH2 i użyty po oczyszczeniu metodą HPLC.

B3: PEG MM przygotowany przy użyciu nowo zsyntetyzowanego PEG-NH2 i użyty po oczyszczeniu metodą HPLC.

BASP: polimer gwiaździsty z ramieniem szczotki

BI: żywy inicjator pędzla

C: fotodegradowalny środek sieciujący

Ð: wskaźnik dyspersji masy molowej

DMF: N,N-dimetyloformamid

DP: liczba średniego stopnia polimeryzacji

GPC: chromatografia żelowa

Prep-HPLC: preparatywna chromatografia cieczowa o wysokiej wydajności

MALLS: wielokątowe rozpraszanie światła laserowego

MM: makromonomer

MW: masa cząsteczkowa

Mw: średnia masa molowa

N: liczba odpowiedników sieciujących (stosunek C do A)

NHS: N-hydroksysukcynimidyl

PEG: glikol polietylenowy

PEG-MM: makromonomer norbornen-PEG (określany również jako związek B)

ROMP: polimeryzacja metatezy z otwarciem pierścienia

THF: tetrahydrofuran

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Rysunek 2 pokazuje ślady GPC dla różnych BASP przygotowanych z B1, B2 i B3. We wszystkich przypadkach dane pokazują, że zwiększenie odpowiedników środka sieciującego (N) prowadzi do zwiększenia rozmiaru BASP. Jak zaobserwowaliśmy w naszym poprzednim raporcie, 10 odpowiedników crosslinkera nie wystarcza do uzyskania jednolitych BASP; próbka N = 10 wykazuje wyraźnie multimodalny ślad GPC z dużą ilością resztkowe...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Kluczową zaletą syntezy BASP metodą szczotkową jest wyjątkowa zdolność do szybkiej syntezy nanostruktur o różnej wielkości i składzie równolegle bez konieczności stosowania specjalistycznego sprzętu. W tym badaniu demonstrujemy metodę syntezy szczotkowej przy użyciu makromonomeru PEG funkcjonalizowanego norbornenem (B, ryc. 1) i sieciującego estru nitrobenzylowego bis-norbornenu (C, ryc. 1). Łańcuchy PEG z B na...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

Dziękujemy Wydziałowi Chemii MIT oraz Komitetowi Zaawansowanych Koncepcji MIT Lincoln Labs za wsparcie tej pracy.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Grubbs Second Generation CatalystMateria (lub Sigma Aldrich)C848 (Sigma Aldrich: 569747) Używany zgodnie z zakupem od producenta.
*Dostarczony jako hojny prezent.
PirydynaSigma Aldrich270970Używany zgodnie z zakupem od producenta
Glikol O-(2-aminoetylo)polietylenowy 3000Sigma Aldrich07969Używany zgodnie z zakupem od producenta
PEG-MMN/AN/ASyntetyzowany zgodnie z opisanymi procedurami (Ref. 21, protokół 1)
ester norbornen-N-hydroksysukcynimidylu (NHS)NieNie dotyczy Zsyntetyzowane zgodnie z zgłoszonymi procedurami (Ref. 21)
Bis-norb-NBOC Środek sieciującyN/AN/AZsyntetyzowane zgodnie ze zgłoszonymi procedurami (Ref. 21)
PentanSigma Aldrich158941Używany zgodnie z zakupem od producenta
Tetrahydrofuran (klasa HPLC)Sigma Aldrich34865Suszony i oczyszczany na kolumnach
oczyszczających rozpuszczalnikDichlorometanVWRBDH1113-4LGUżywany jak zakupiony od producenta
Acetonitryl (klasa HPLC)Sigma Aldrich34998Używany jak zakupiony od producenta
Kwas octowy Sigma AldrichA6283Używany zgodnie z zakupem od producenta
Siarczan sodu Sigma Aldrich239313Używany jak zakupiony od producenta
Eter dietylowySigma Aldrich673811Używany zgodnie z zakupem od producenta
Dimetyloformamid (klasa HPLC) Sigma Aldrich270547Używany jak zakupiony od producenta
Bromek lituSigma Aldrich213225Używany zgodnie z zakupem od producenta
MillQ Biocel A10Millipore
Beckmann Coulter HPLC (moduł rozpuszczalnika 127p, detektor 166p)Beckmann Coulter
Zorbax 300SB-C18 PrepHT kolumna z odwróconymi fazami Agilent
1260 Infinity Chromatografia cieczowa Agilent
GPC KD-806M kolumnaShodex
Dawn Heleos II Rozpraszacz światłaWyatt
Optilab T-rEX Detektor indeksu refrakcjiWyatt
Szklane fiolki scyntylacyjne - 40 mlChemglassCG-4909-05
Szklane fiolki scyntylacyjne - 4 ml ChemglassCG-4904-06
Szklane fiolki scyntylacyjne (nasadka wyłożona PTFE) - 2 ml Agilent5183-4518
MieszadłaVWR5894xróżne rozmiary
13 mm 0,45 i mikro; m Nylonowy filtr strzykawkowyPerkinElmer02542903
13 mm 0,45 & mikro; m Filtr strzykawkowy z politetrafluoroetylenu JednorazowePerkinElmer02542909
1 ml VWR 53548-001
Wirówka z wiadrem obrotowym lub podobnaPowinien być w stanie osiągnąć około 4,000 obr./min
Kolba
Zespół
Parownik obrotowy
saldo
dotyczy strzykawki okrągłodennafiltra ze szkła spiekanego

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bielawski, C. W., Grubbs, R. H. Living ring-opening metathesis polymerization. Prog. Polym. Sci. 32, 1-29 (2007).
  2. Hawker, C. J. The Convergence of Synthetic Organic and Polymer Chemistries. Science. 309, 1200-1205 (2005).
  3. Peer, D., Karp, J. M., Hong, S., Farokhzad, O. C., Margalit, R., Langer, R. Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy. Nat. Nano. 2, 751-760 (2007).
  4. Whitesides, G. M. Nanoscience, Nanotechnology, and Chemistry. Small. 1, 172-179 (2005).
  5. Leitgeb, A., Wappel, J., Slugovc, C. The ROMP toolbox upgraded. Polymer. 51, 2927-2946 (2010).
  6. Johnson, J. A., Lu, Y. Y., Burts, A. O., Lim, Y. -H., Finn, M. G., Koberstein, J. T., Turro, N. J., Tirrell, D. A., Grubbs, R. H. Core-Clickable PEG-Branch-Azide Bivalent-Bottle-Brush Polymers by ROMP: Grafting-Through and Clicking-To. J. Am. Chem. Soc. 133, 559-566 (2010).
  7. Bielawski, C. W., Grubbs, R. H. Highly Efficient Ring-Opening Metathesis Polymerization (ROMP) Using New Ruthenium Catalysts Containing N-Heterocyclic Carbene Ligands. Angew. Chem. Int. Ed. 39, 2903-2906 (2000).
  8. Love, J. A., Morgan, J. P., Trnka, T. M., Grubbs, R. H. A Practical and Highly Active Ruthenium-Based Catalyst that Effects the Cross Metathesis of Acrylonitrile. Angew. Chem. Int. Ed. 41, 4035-4037 (2002).
  9. Lu, J. A., Johnson, Y. Y., Burts, A. O., Xia, Y., Durrell, A. C., Tirrell, D. A., Grubbs, R. H. Drug-Loaded, Bivalent-Bottle-Brush Polymers by Graft-through ROMP. Macromolecules. 43, 10326-10335 (2010).
  10. Burts, A. O., Li, Y. J., Zhukhovitskiy, A. V., Patel, P. R., Grubbs, R. H., Ottaviani, M. F., Turro, N. J., Johnson, J. A. Using EPR To Compare PEG-branch-nitroxide "Bivalent-Brush Polymers" and Traditional PEG Bottle-Brush Polymers: Branching Makes a Difference. Macromolecules. 45, 8310-8318 (2012).
  11. Bazan, G. C., Schrock, R. R. Synthesis of star block copolymers by controlled ring-opening metathesis polymerization. Macromolecules. 24, 817-823 (1991).
  12. Saunders, R. S., Cohen, R. E., Wong, S. J., Schrock, R. R. Synthesis of amphiphilic star block copolymers using ring-opening metathesis polymerization. Macromolecules. 25, 2055-2057 (1992).
  13. Buchmeiser, M. R., Wurst, K. Access to Well-Defined Heterogeneous Catalytic Systems via Ring-Opening Metathesis Polymerization (ROMP): Applications in Palladium(II)-Mediated Coupling Reactions. J. Am. Chem. Soc. 121, 11101-11107 (1999).
  14. Weichelt, F., Frerich, B., Lenz, S., Tiede, S., Buchmeiser, M. R. Ring-Opening Metathesis Polymerization-Based Synthesis of CaCO3 Nanoparticle-Reinforced Polymeric Monoliths for Tissue Engineering. Macromol. Rapid Comm. 31, 1540-1545 (2010).
  15. Weichelt, F., Lenz, S., Tiede, S., Reinhardt, I., Frerich, B., Buchmeiser, M. R. ROMP-Derived cyclooctene-based monolithic polymeric materials reinforced with inorganic nanoparticles for applications in tissue engineering. Beilstein J. Org. Chem. 6, 1199-1205 (2010).
  16. Mayr, M., Mayr, B., Buchmeiser, M. R. Monolithic Materials: New High-Performance Supports for Permanently Immobilized Metathesis Catalysts. Angew. Chem. Int. Ed. 40, 3839-3842 (2001).
  17. Mayr, B. H., ölzl, G., Eder, K., Buchmeiser, M. R., Huber, C. G. Hydrophobic, Pellicular, Monolithic Capillary Columns Based on Cross-Linked Polynorbornene for Biopolymer Separations. Anal. Chem. 74, 6080-6087 (2002).
  18. Otani, H., Fujita, S., Watanabe, Y., Fujiki, M., Nomura, K. A Facile, Controlled Synthesis of Soluble Star Polymers Containing a Sugar Residue by Ring-Opening Metathesis Polymerization (ROMP). Macromol. Symp. 293, 53-57 (2010).
  19. Nomura, K., Watanabe, Y., Fujita, S., Fujiki, M., Otani, H. Facile Controlled Synthesis of Soluble Star Shape Polymers by Ring-Opening Metathesis Polymerization (ROMP). Macromolecules. 42, 899-901 (2009).
  20. Gao, H., Ohno, S., Matyjaszewski, K. Low Polydispersity Star Polymers via Cross-Linking Macromonomers by ATRP. J. Am. Chem. Soc. 128, 15111-15113 (2006).
  21. Liu, J., Burts, A. O., Li, Y., Zhukhovitskiy, A. V., Ottaviani, M. F., Turro, N. J., Johnson, J. A. "Brush-First" Method for the Parallel Synthesis of Photocleavable, Nitroxide-Labeled Poly(ethylene glycol) Star Polymers. J. Am. Chem. Soc. 134, 16337-16344 (2012).
  22. Studer, P., Larras, V., Riess, G. Amino end-functionalized poly(ethylene oxide)-block-poly(methylidene malonate 2.1.2) block copolymers: synthesis, characterization, and chemical modification for targeting purposes. Eur. Polym. J. 44, 1714-1721 (2008).
  23. Mosquet, M., Chevalier, Y., Le Perchec, P., Guicquero, J. P. Synthesis of poly (ethylene oxide) with a terminal amino group by anionic polymerization of ethylene oxide initiated by aminoalcoholates. Macromol. Chem. Phys. 198, 2457-2474 (1997).
  24. Burchard, W. Solution properties of branched macromolecules. Adv. Polym. Sci. 143, 113-194 (1999).
  25. Gao, H. F. Development of Star Polymers as Unimolecular Containers for Nanomaterials. Macromol. Rapid Comm. , 722-734 (2012).
  26. Blencowe, A., Tan, J. F., Goh, T. K., Qiao, G. G. Core cross-linked star polymers via controlled radical polymerisation. Polymer. 50, 5-32 (2009).
  27. Burts, A. O., Liao, L., Lu, Y. Y., Tirrell, D. A., Johnson, J. A. Brush-first and Click: Efficient Synthesis of Nanoparticles that Degrade and Release Doxorubicin in Response to Light. Photochem. Photobiol. , (2013).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Nanocz stki fotodegradowalnemetateza z otwarciem pier cieniasynteza r wnoleg achromatografia przenikania elowegopolimery szczotkowesprz ganie sieciuj cychnanocz stki do dostarczania lek wpolimeryzacja w warunkach otoczenia

Powiązane artykuły