Synteza miękkich elastomerów polisiloksanowo-mocznikowych do stosowania wewnątrzgałkowego

Metody zademonstrowane w tym filmie pokazują wygodny sposób syntezy polisiloksanów zakończonych aminami i miękkich polimoczników na bazie polisiloksanu, które nadają się do zastosowania jako soczewka wewnątrzgałkowa. Główną zaletą tych technik jest to, że syntezę i analizę polimerów można łatwo przeprowadzić zgodnie ze standardowymi metodami, bez skomplikowanej konfiguracji eksperymentalnej. Implikacje tej technologii rozciągają się na terapię zaćmy, ponieważ większość dostępnych na rynku materiałów soczewek wewnątrzgałkowych opiera się na polimerach akrylowych, które są zbyt sztywne, aby umożliwić wystarczającą akomodację.

Chociaż metoda ta została zoptymalizowana w celu uzyskania materiałów o bardzo miękkich właściwościach, o bardzo wysokiej przezroczystości, metoda ta może być łatwo zastosowana w celu uzyskania materiałów o zupełnie innych właściwościach użytkowych, materiałów, które mogą być również stosowane na przykład jako powłoki. Wizualna demonstracja metod ma kluczowe znaczenie, ponieważ niektóre etapy syntezy i analizy są trudne do opisania, ponieważ zawierają szczegóły eksperymentalne, które są ważne dla pomyślnego wykonania. Najpierw dodaj 19,5 grama odgazowanego D4 i 0,9 grama APTMDS do 100-mililitrowej kolby okrągłodennej z trzema szyjkami wyposażonej w mieszadło odśrodkowe pokryte PTFE oraz wlot i wylot azotu.

Dodać około 26 miligramów wcześniej przygotowanego katalizatora i mieszać mieszaninę reakcyjną przez 30 minut w temperaturze 80 stopni Celsjusza pod ciągłym przepływem azotu. Za pomocą zakraplacza dodaj 45,5 grama D4 kroplami do mieszaniny reakcyjnej w ciągu dwóch do trzech godzin, a następnie mieszaj w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez 24 godziny przy ciągłym przepływie azotu. Następnie wymienić mieszadło odśrodkowe na duże owalne mieszadło magnetyczne i uszczelnić kolbę okrągłodenną z trzema szyjkami dwoma szklanymi korkami.

Użyj adaptera z zaworem i powoli podgrzej PDMS do 150 stopni Celsjusza pod próżnią 0,1 milibara, aby oddestylować cykliczne produkty uboczne za pomocą linii Schlenka. Następnie dodaj półtora do dwóch gramów polisiloksanu do 250-mililitrowej stożkowej kolby zawierającej mieszadło magnetyczne i rozpuść polisiloksan w 50 mililitrach THF przy ciągłym mieszaniu. Miareczkować grupy aminowe 0,1 molowym kwasem solnym za pomocą błękitu bromofenolowego, aż do zaobserwowania zmiany koloru z niebieskiego na żółty.

Powtórzyć miareczkowanie z trzema próbkami, aby obliczyć średnią liczbową masę cząsteczkową. Dodaj 2,939 grama H12 MDI do 250-mililitrowej kolby reakcyjnej z czterema szyjkami i okrągłym dnem, wyposażonej w mieszadło odśrodkowe, lejek do zakraplacza oraz wlot i wylot azotu. Rozpuść H12 MDI w 40 do 50 mililitrach THF.

Następnie rozpuść 45 gramów odgazowanego PDMS w 100 mililitrach THF w zlewce. Dodawać roztwór PDMS kroplami do roztworu H12 MDI za pomocą lejka do zakraplania przy ciągłym mieszaniu i przepływie azotu w temperaturze pokojowej. Następnie przepłukać zlewkę i wkroplomierz 50 mililitrami THF i dodać ten roztwór do mieszalnika reakcyjnego.

Dodać porcje stechiometrycznej ilości przedłużacza łańcucha APTMDS do roztworu prepolimerowego. Najpierw dodaj 80% obliczonej stechiometrycznej ilości rozpuszczonego przedłużacza łańcucha APTMDS do mieszaniny reakcyjnej. Dodać ostatnią porcję przedłużacza łańcucha do mieszaniny reakcyjnej i sprawdzić zanik pasma absorpcji izocyjanianów w widmie FTIR.

Aby otrzymać niecytotoksyczne elastomery polimocznikowe na bazie polisiloksanów o dużej masie cząsteczkowej, ważne jest, aby ostatnia część przedłużacza łańcucha została dokładnie odważona i dodana do roztworu polimeru w zrównoważonym stosunku stechiometrycznym. Wlej powstały roztwór mocznika lub zasilacza na bazie polisiloksanu do szklanej szalki Petriego pokrytej folią PTFE i odparuj rozpuszczalnik przez noc w dygestorium. Połącz od siedmiu do ośmiu gramów małych kawałków zasilacza i od 200 do 250 mililitrów chloroformu w stożkowej kolbie o pojemności od 250 do 300 mililitrów.

Dodać mieszadło magnetyczne i luźno zamknąć kolbę szklanym korkiem i mieszać mieszaninę przez co najmniej 24 godziny. Następnego dnia dodaj jednorodny roztwór do szklanej szalki Petriego i przykryj ją perforowaną folią aluminiową. Upewnij się, że szalka Petriego znajduje się w dobrze wentylowanym miejscu, aby rozpuszczalniki mogły odparować.

Po wysuszeniu folii ostrożnie usuń ją ze szklanej powierzchni szalki Petriego za pomocą małej cienkiej szpatułki i przechowuj w przezroczystej kopercie w celu charakterystyki mechanicznej. Aby przygotować wycięte po wycięciu próbki w kształcie kości psa z folii PSU, umieść folię pod nożem do wykrawania. Przesuń dźwignię w dół, aby wybić próbkę do badań i przechowywać ją przez co najmniej 72 godziny w temperaturze otoczenia.

Następnie naciśnij przycisk włączania na maszynie do prób rozciągania i kliknij przycisk przejdź do pozycji początkowej w głównym oknie oprogramowania. Po zdjęciu przezroczystej koperty sprawdź próbkę testową pod polaryzatorem krzyżowym, aby wykluczyć jakiekolwiek naprężenia wewnętrzne. Zmierzyć grubość i szerokość próbki do badań za pomocą suwmiarki.

Następnie wstaw wartości grubości i szerokości do odpowiednich pól w głównym oknie oprogramowania. Teraz zamocuj próbkę do badań między górnymi szczękami zaciskowymi maszyny wytrzymałościowej. Kliknij przycisk zero force w głównym oknie oprogramowania.

Następnie zamocuj dolny koniec próbki do badań między dolnymi szczękami zaciskowymi maszyny wytrzymałościowej. Kliknij przycisk rozpoczęcia pomiaru, aby rozpocząć pomiar histerezy. W przypadku próby rozciągania powtórz poprzednie kroki.

Dodaj wcześniej wysterylizowane próbki PSU i 0,7 grama Pellethane jako odniesienie do 15-mililitrowych stożkowych probówek wirówkowych. Ekstrahować próbki za pomocą DMEM bez FBS przez 72 plus minus dwie godziny w temperaturze 37 stopni Celsjusza i 5% dwutlenku węgla przy stosunku ekstrakcji 0,1 grama na mililitr. Przygotuj ślepe próbki, dodając DMEM bez FBS do 50-mililitrowych stożkowych probówek wirówkowych i wykonaj tę samą ekstrakcję.

Następnie pipetuj 200 mikrolitrów każdego ekstraktu PSU do sześciu dołków 96-dołkowej mikropłytki zawierającej komórki HaCat. Następnie odpipetuj 200 mikrolitrów ślepej próbki do sześciu dołków. W celu kontroli ujemnej pipetować 200 mikrolitrów świeżego DMEM uzupełnionego 10% FBS do sześciu dołków.

W celu kontroli pozytywnej odpipetować 200 mikrolitrów DMEM uzupełnionych 10% FBS i 1% SDS do sześciu dołków. Po inkubacji komórek przez 24 godziny w temperaturze 37 stopni Celsjusza i 5% dwutlenku węgla, usuń ekstrakty, ślepe próbki i kontrole. Następnie odpipetować 120 mikrolitrów wcześniej przygotowanego roztworu podstawowego MTS do każdej studzienki, w tym sześciu studzienek bez komórek, w celu określenia tła.

Po inkubacji komórek w roztworze MTS przez cztery godziny, zmierzyć absorbancję każdej studzienki przy 492 nanometrach za pomocą czytnika mikropłytek. Równoważenie łańcucha pierścieniowego D4 i metylofenylu D4 za pomocą APTMDS dało odpowiednio polidimetylosiloksany zakończone aminopropylem i kopolimery polidimetylometylofenylosiloksanu. Zsyntetyzowano polidimetylosiloksany zakończone aminopropylem o masie cząsteczkowej od 3 000 do 33 000.

Kopolimeryzacja cyklicznego siloksanu z wiszącymi grupami fenylowymi metylofenylu D4 zakończyła się sukcesem przy wzroście współczynnika załamania światła z 1,401 do 1,4356. Spektroskopia FTIR elastomerów PSU potwierdziła niezwykle szybką reakcję grup izocyjanianowych z grupami aminowymi z PDMS i APTMDS. Przezroczyste folie elastomerowe PSU wykazywały przepuszczalność większą niż 90% do masy cząsteczkowej MDS 18 000.

Przy wyższych masach cząsteczkowych PDMS folie PSU stawały się coraz bardziej nieprzezroczyste. Wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej PDMS można przygotować elastomery miękkiego PSU. Moduł Younga elastomerów PSU zmniejszył się z 5,5 do 0,6 megapaskala.

Histereza mechaniczna została zmniejszona w przypadku elastomerów PSU, gdy zostały one przygotowane z PDMS o wysokiej masie cząsteczkowej. Wartości histerezy były w pierwszym cyklu przy 100% odkształceniu zmniejszonym z 54 do 6%Zastosowana metoda syntetyczna pozwoliła na otrzymanie elastomerów PSU, które nie uwalniają pozostałości cytotoksycznych, jak wykazano w testach żywotności komórek przeprowadzonych z ekstraktami elastomerów PSU na komórkach HaCat. Podczas przeprowadzania syntezy polisiloksanów zakończonych aminami ważne jest dokładne zważenie obliczonej ilości na bazie silanu, ponieważ w dużej mierze decyduje to o końcowej masie cząsteczkowej polisiloksanu.

Zgodnie z tą procedurą można przygotować polimoczniki lub polisiloksany, które zawierają różne grupy wisiorków, takie jak silany. Silany miałyby tę przewagę, że produkowałyby materiały sieciujące. Takie materiały sieciujące otworzą nowe potencjalne zastosowania, takie jak opatrunki uwalniające leki, materiały biofunkcjonalne lub miękkie żele.

Nie zapominaj, że praca z izocynianami i wodorotlenkiem tetrametyloamoniowym może być niebezpieczna, a podczas wykonywania tej procedury należy zawsze zachować środki ostrożności, takie jak okulary ochronne i rękawice do rąk.