$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Hydrożele to trójwymiarowo (3D) sieci polimerowe, które nie mogą się rozpuścić, ale mogą pęcznieć w roztworach wodnych1. Sieci polimerowe mają domeny hydrofilowe (które można uwodnić w celu uzyskania struktury hydrożelowej) i usieciowaną konformację (co może zapobiec zapadnięciu się sieci). Badano różne metody otrzymywania hydrożeli, takie jak polimeryzacja emulsyjna, kopolimeryzacja anionowa, sieciowanie sąsiednich łańcuchów polimerowych i odwrotna polimeryzacja mikroemulsyjna2. Za pomocą tych metod wprowadza się fizyczne i chemiczne sieciowanie w celu uzyskania strukturalnie stabilnych hydrożeli1,3. Sieciowanie chemiczne zwykle wymaga udziału środka sieciującego, który łączy szkielet lub łańcuch boczny polimerów. W porównaniu z sieciowaniem chemicznym, sieciowanie fizyczne jest lepszym wyborem do wytwarzania hydrożeli ze względu na unikanie środków sieciujących, ponieważ środki te są często toksyczne dla praktycznych zastosowań4. Zbadano kilka podejść do syntezy fizycznie usieciowanych hydrożeli, takich jak sieciowanie z oddziaływaniem jonowym, krystalizacja, wiązanie między blokami amfifilowymi lub szczepienie na łańcuchach polimerowych oraz wiązanie wodorowe4,5,6,7.
Polimery wrażliwe na bodźce, które mogą ulegać zmianom konformacyjnym, chemicznym lub fizycznym w odpowiedzi na różne warunki środowiskowe (np. temperaturę, pH, światło, siłę jonową i pole magnetyczne), ostatnio przyciągnęły uwagę jako potencjalna platforma dla systemów kontrolowanego uwalniania, dostarczania leków i terapii przeciwnowotworowej8,9,10,11,12. Naukowcy koncentrują się na polimerach termoczułych, w przypadku których można łatwo kontrolować temperaturę wewnętrzną. PNIPAAm jest polimerem wrażliwym termicznie, który zawiera zarówno hydrofilowe grupy amidowe, jak i hydrofobowe grupy izopropylowe oraz ma niższą temperaturę krytyczną roztworu (LCST)13. Wiązania wodorowe między grupami amidowymi a cząsteczkami wody zapewniają dyspersję PNIPAAm w roztworze wodnym w niskich temperaturach (poniżej LCST), podczas gdy wiązanie wodorowe między łańcuchami polimerowymi zachodzi w wysokich temperaturach (powyżej LCST) i wyklucza cząsteczki wody, dzięki czemu sieć polimerowa zapada się. Jeśli chodzi o tę unikalną właściwość, opublikowano wiele doniesień na temat przygotowywania samoorganizujących się hydrożeli wyzwalanych temperaturą poprzez dostosowanie stosunku hydrofobowego i hydrofilowego długości łańcucha polimerowego, takich jak kopolimeryzacja, szczepienie lub modyfikacja łańcucha bocznego dla platform farmaceutycznych14,15,16,17.
Materiały magnetyczne, takie jak żelazo, kobalt i nikiel, również zyskały w ostatnich dziesięcioleciach większą uwagę w zastosowaniach biochemicznych18. Wśród tych kandydatów tlenek żelaza jest najczęściej stosowany ze względu na jego stabilność i niską toksyczność. Nano-rozmiarowe tlenki żelaza reagują natychmiast na pole magnetyczne i zachowują się jak atomy superparamagnetyczne. Jednak takie małe cząstki łatwo się agregują; Zmniejsza to energię powierzchniową, a tym samym tracą one swoją dyspersję. W celu poprawy dyspersji wodnej, szczepienie lub powlekanie w celu ochrony warstwy są powszechnie stosowane nie tylko w celu oddzielenia każdej pojedynczej cząstki w celu zapewnienia stabilności, ale także w celu dalszej funkcjonalizacji miejsca reakcji19.
Tutaj wyprodukowaliśmy magnetyczne mikrożele na bazie PNIPAAm, które służyły jako nośniki leków dla systemów kontrolowanego uwalniania. Proces syntezy jest opisany i pokazany w Rysunek 1. Zamiast skomplikowanej kopolimeryzacji i chemicznego sieciowania, do uzyskania mikrożeli zastosowano nowatorską emulsję PNIPAAm indukowaną temperaturą, a następnie sieciowanie fizyczne. Uprościło to syntezę i zapobiegło niepożądanej toksyczności. W ramach tak prostego protokołu przygotowania, zsyntetyzowane mikrożele oferowały dyspersję wodną zarówno dla magnetycznych nanocząstek tlenku żelaza, jak i hydrofobowego leku przeciwnowotworowego, kurkuminy. FT-IR, TEM i obrazowanie dostarczyły dowodów na dyspersję i enkapsulację. Ze względu na wbudowany Fe3O4-NH 2, mikrożele magnetyczne wykazały potencjał do służenia jako mikrourządzenia do kontrolowanego uwalniania w HFMF.