Name: Synteza miękkich elastomerów polisiloksanowo-mocznikowych do stosowania wewnątrzgałkowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-08T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 49 s
Description: Poznaj metodę syntezy miękkich elastomerów polisiloksanowo-mocznikowych do zastosowania w soczewkach wewnątrzgałkowych. Technika ta umożliwia uzyskanie materiałów o wysokiej przejrzystości i nieliczności.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy chcieliby podziękować Federalnemu Ministerstwu Edukacji i Badań Naukowych (BMBF) za sfinansowanie tej pracy w ramach grantu numer 13FH032I3. Z wdzięcznością dziękujemy za wsparcie finansowe ze strony Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Gepris project 253160297). Autorzy pragną również wyrazić swoje podziękowania dla Priski Kolb i Paula Schulera z Uniwersytetu w Tybindze za wykonanie 1pomiarów H-NMR i 29Si-NMR. Podziękowania należą się również firmie CSC Jäkle Chemie GmbH & Co. KG za dostarczenie H12MDI. Autorzy chcieliby podziękować Herbertowi Thelenowi i André Lemme z firmy Biotronik za przeprowadzenie sterylizacji tlenkiem etylenu próbek PSU oraz Ladzie Kitaevej (Reutlingen University) za wsparcie w pomiarach stresu, odkształcenia i histerezy.

Autorzy nie mają nic do zadeklarowania.

Aby uzyskać wysokocząsteczkowy PDMS z grupami końcowymi aminopropylowymi via równowagowanie łańcuchów pierścieniowych, kluczowe jest zastosowanie bezwodnego, silnie zasadowego katalizatora. Inne powszechnie stosowane katalizatory, takie jak wodorotlenek tetrametyluamoniu (TMAH) lub wodorotlenek potasu (KOH), zawierają pozostałości wody, które sprzyjają reakcjom ubocznym; w konsekwencji otrzymuje się mieszaninę dwufunkcyjnych, jednofunkcyjnych i niefunkcjonalnych łańcuchów PDMS o podobnych masach cząsteczkowych44. Ponadto w przypadku zastosowania TMAH reakcja wymaga &gt;48 h do ukończenia i nie zawsze przebiega z całkowitym zużyciem monomeru44.
W szczególności, odważenie blokera końcowego APTMDS ma krytyczne znaczenie dla uzyskania pożądanej masy cząsteczkowej PDMS. Na przykład, jeśli do syntezy PDMS, opisanej w sekcji 2.1 protokołu, zamiast 0,9 g APTMDS użyje się 0,85 g, doprowadzi to do uzyskania teoretycznej masy cząsteczkowej wynoszącej w przybliżeniu &gt;900 g·mol-1. Ponadto, teoretyczna masa cząsteczkowa zależy od stopnia konwersji. Jeśli produkty uboczne w postaci cykli nie zostaną w znacznym stopniu usunięte via destylacja próżniowa, uzyskana zostanie wysoka wartość konwersji. Przykładowo, stosując tę samą procedurę syntezy (jak w sekcji 2.1 protokołu), obliczona konwersja na poziomie 90% doprowadziłaby do uzyskania teoretycznie wyliczonej masy cząsteczkowej; wartość ta jest o 910 g·mol-1 większa niż w przypadku założenia konwersji na poziomie 85%. Odchylenia w oznaczaniu masy cząsteczkowej polisyloksanu metodą miareczkowania mogą być związane z odważaniem PDMS do kolb, szczególnie jeśli do miareczkowania używana jest biureta o pojemności 50 mL. Odchylenie związane z odważeniem 0,06 g polisyloksanu może prowadzić do obliczonej różnicy rzędu ~650 g·mol-1. Dlatego zaleca się stosowanie miareczkowarza półautomatycznego.
Współczynnik załamania światła PDMS można zwiększyć poprzez wprowadzenie grup fenylowych17,51, halogenowanych grup fenylowych52 lub grup zawierających siarkę53. Próby wprowadzenia grup fenylowych do PDMS via kopolimeryzację oktafenylocyklotetrasiloksanu (D4Ph), opisane przez Yilgöra, Riffle i McGratha54, zakończyły się niepowodzeniem w zastosowanych warunkach reakcji, prawdopodobnie dlatego, że masywny szkielet pierścienia uniemożliwił zastosowanemu katalizatorowi rozrywanie wiązań siloksanowych w wybranej temperaturze reakcji. Pierścień D4Ph może zostać otwarty przy użyciu KOH w temperaturze reakcji 160 °C. Otrzymuje się jednak polisiloksany o ekstremalnie wysokiej masie cząsteczkowej, które prawdopodobnie zawierają duże ilości niefunkcjonalnych zanieczyszczeń. Ponadto usuwanie katalizatora KOH w tych kopolimerach nie jest proste i wymaga etapu neutralizacji przy użyciu etanolowego HCl, a następnie ekstrakcji wodnej katalizatora. Następnie PDMS musi zostać rozpuszczony w rozpuszczalniku organicznym, takim jak CH2Cl2, aby oddzielić fazę wodną od organicznej fazy zawierającej PDMS. Na koniec fazę organiczną należy osuszyć nad MgSO4, a następnie poddać filtracji i destylacji próżniowej przy użyciu rotacyjnego odparowacza54. W przeciwieństwie do tego, metoda przedstawiona w niniejszej pracy pozwala na natychmiastowe usunięcie katalizatora via rozkład termiczny. Dlatego, zamiast stosowania stałego monomeru D4Ph, grupy fenylowe są z sukcesem wprowadzane do szkieletu PDMS poprzez kopolimeryzację ciekłego monomeru D4Me,Ph, co zostało potwierdzone za pomocą spektroskopii 29Si-NMR50.
Zsyntetyzowane elastomery PSU wykazywały YM w zakresie 0,6 - 5,5 MPa oraz wysoką elastyczność z wartościami wydłużenia do 1 000%. Tak wysokie wartości wydłużenia wiązały się nie tylko z segmentową strukturą polimeru, ale także z wysokimi masami cząsteczkowymi elastomerów PSU (<img alt="Symbol średniej masy cząsteczkowej \( \overline{M}_n \); analiza równania chemii polimerów." src="/files/ftp_upload/58590/58590eq1.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px;" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"> &gt; 100 000 g·mol-1)48. W temperaturze pokojowej zachodzi błyskawiczna reakcja pomiędzy grupami aminowymi a alifatycznymi grupami izocyjanianowymi, co prowadzi do szybkiego wzrostu masy cząsteczkowej. Wynik ten został dodatkowo potwierdzony poprzez przeprowadzenie reakcji w rozpuszczalniku, ponieważ niewielki wzrost lepkości nie wydawał się znacząco spowalniać szybkości reakcji, co w przeciwnym razie drastycznie wpłynęłoby na masę cząsteczkową przy niemal zrównoważonym stosunku stechiometrycznym. W przeciwieństwie do tego, gdy jako przedłużacz łańcucha zastosowano krótkołańcuchowy diol, taki jak 1,4-butanodiol, otrzymane elastomery poliuretanowo-mocznikowe były nie tylko mniej elastyczne, ale utraciły również znaczną stabilność mechaniczną, szczególnie w przypadku użycia wysokocząsteczkowego PDMS do syntezy. Wynik ten był prawdopodobnie związany ze znacznie niskimi masami cząsteczkowymi elastomerów (wyniki nieopublikowane), co odpowiadało niepełnej konwersji wszystkich grup izocyjanianowych w ostatnim etapie poliadycji. Ponadto różnice w reaktywności grup aminowych i hydroksylowych względem alifatycznych diizocyjanianów drastycznie wpłynęły na wyniki uzyskane w testach cytotoksyczności in vitro. Ekstrakty elastomeru PSU przygotowanego z aminowego przedłużacza łańcucha APTMDS nie wykazały żadnego efektu cytotoksycznego wobec komórek HaCaT (Rycina 12). Jednakże w przypadku zastosowania ekstraktów z elastomeru poliuretanowo-mocznikowego na bazie siloksanu, żywotność komórek została drastycznie zmniejszona (wyniki nieopublikowane), co prawdopodobnie wiązało się z obecnością nisko-cząsteczkowych substancji wymywalnych oraz pozostałych, niezwiązanych grup izocyjanianowych.
Niniejszy protokół opisuje wygodną metodę otrzymywania polisiloksanów funkcjonalizowanych grupami aminowymi, które mogą być następnie wykorzystane jako makrodiaminy do syntezy wysokocząsteczkowych, miękkich i elastycznych elastomerów polisiloksanowo-mocznikowych. Ponieważ właściwości mechaniczne PSU mogą być zmieniane w zależności od masy cząsteczkowej PDMS, polimery te można zastosować w innych obszarach. Ponadto procedura otrzymywania polisiloksanów funkcjonalizowanych grupami aminowymi może służyć do wprowadzania grup bocznych, takich jak grupy winylowe, poprzez kopolimeryzację cyklicznego siloksanu z zawieszonymi grupami winylowymi (wyniki niepokazane). Może to otworzyć nowe pola zastosowań, w tym przygotowanie miękkich sieciowanych żeli polisiloksanowych (np. poprzez hydrosylylację katalizowaną Pt z silikonem funkcjonalizowanym grupą wodorkową lub poprzez aktywowaną UV addycję tiol-en PDMS funkcjonalizowanego grupami merkaptowymi) (wyniki niepokazane).

Zaćma starcza, dotykająca grupę wiekową ≥ 60 lat, prowadzi do zaawansowanego zmętnienia naturalnej soczewki krystalicznej. Ten stan związany z wiekiem jest prawdopodobnie spowodowany zmianami oksydacyjnymi, które są przyspieszane przez promieniowanie UV1,2,3. Konwencjonalne leczenie zaćmy starczej polega na chirurgicznym usunięciu soczewki zaćmy, a następnie wszczepieniu sztucznej soczewki wewnątrzgałkowej (IOL) do pustej torebki soczewki za pomocą systemu iniekcyjnego2. Jednak większość soczewek wewnątrzgałkowych jest wytwarzana z polimerów akrylowych (hydrofobowych i hydrofilowych polimerów akrylowych lub metakrylanowych) o wyjątkowo sztywnej strukturze; W związku z tym oko traci zdolność do dostosowywania się do różnych odległości2,4. Dlatego pacjenci z jednoogniskowymi implantami IOL są uzależnieni od okularów do bliży (np. podczas czytania gazety lub książki)5.
Zgłoszono różne podejścia do przywrócenia zdolności akomodacji po operacji zaćmy. Wśród tych podejść można wyróżnić dwie główne strategie: napełnianie pustej kapsułki soczewki poprzez wstrzyknięcie płynnych lub żelowych polimerów i opracowanie miękkich, składanych a-IOLs6,7,8. Koncepcja "uzupełniania soczewek" jest obiecująca, ponieważ żele mogą być przygotowywane z modułami Younga tak niskimi, jak w naturalnej soczewce ludzkiego oka (ok. 1 - 2 kPa)9; Jednak to podejście jest nadal eksperymentalne8, a badania są prowadzone tylko na oczach zwierząt.
Kapsułki z soczewkami zostały ponownie napełnione poprzez wszczepienie nadmuchiwanych balonów silikonowych10 wypełnionych płynnym silikonem lub poprzez bezpośrednie wstrzyknięcie silikonu11,12, który następnie został utwardzony w kapsule poprzez hydrosililację. Zauważono jednak problemy związane ze zmarszczkami powierzchniowymi na balonach, niższą amplitudą akomodacji w porównaniu ze stanem przedoperacyjnym oraz powstawaniem ciężkiej zaćmy wtórnej (zmętnienie torebki przedniej i tylnej)7,8,12,13. W szczególności długi czas utwardzania (70 min - 12 h) powoduje zwiększone ryzyko przeciekania do otaczających przedziałów oka, co prowadzi do pooperacyjnego stanu zapalnego10,14. Dlatego zalecane są inne materiały do wymiany soczewek krystalicznych, w tym hydrożele na bazie diakrylanu glikolu polietylenowego, modyfikowane akrylanem kopolimery alkoholu winylowego (N-winylopirolidon)15, polisiloksany modyfikowane metakrylanem16,17, poloxamer18 oraz polialkohole usieciowane diizocyjanianem9. Jednak głównymi problemami są lepkość monomeru (tj. pęcznienie żelu po wstrzyknięciu i usieciowaniu), wyjątkowo niskie lub wysokie współczynniki załamania światła, stabilność mechaniczna i integralność, nieprzewidywalna refrakcja pooperacyjna, niski zakres akomodacji i powstawanie zaćmy po zaćmie6,7,8,9,15,18. Komercyjnie, zdolność do akomodacji jest głównie przywracana przez rozwój składanych a-IOL. Takie a-IOL powinny zapewniać akomodację poprzez ruch optyki soczewki IOL do przedniego miejsca torebki soczewki poprzez skurcz mięśnia rzęskowego. W latach 1996, 2001 i 2002 wprowadzono na rynek kilka modeli7,8. Jednak podczas badań klinicznych szacowane amplitudy akomodacji dla osób z wszczepionymi a-IOL były bardzo niskie (≤ 1,5 D), aby umożliwić samodzielne czytanie (3 - 4 D)6,7,8,19,20. W związku z tym opracowywany jest a-IOL składający się z dwóch połączonych układów optycznych (dwuoptyczny IOL) w celu zwiększenia zakresu akomodacji6,21. Konstrukcja tylko jednego obiektywu została zbadana pod kątem jego akomodacji w ludzkich oczach, chociaż zgłoszono sprzeczne wyniki22,23,24,25.
Zazwyczaj, elastomery silikonowe są uważane za biologicznie obojętne i nietoksyczne; dlatego elastomery silikonowe mają długą historię stosowania jako materiały biokompatybilne w medycynie i inżynierii medycznej (np. w implantach piersi, implantach twarzoczaszki, protetyce stawów, opatrunkach na rany, cewnikach, drenach i zastawkach)26,27. Ze względu na swoją miękkość, przezroczystość i wysoką przepuszczalność tlenu, elastomery silikonowe znajdują również zastosowanie jako soczewki kontaktowe i soczewki wewnątrzgałkowe2,28,29. Jednak silikony muszą być sieciowane kowalencyjnie i często wymagają wypełniaczy wzmacniających, aby uzyskać wystarczającą integralność mechaniczną. Sieciowanie jest niekorzystne, ponieważ uniemożliwia późniejsze przetwarzanie elastomerów metodami termoplastycznymi (np. formowanie wtryskowe) lub przetwarzanie z roztworów (np. odlewanie rozpuszczalnikowe). Natomiast poliuretany termoplastyczne wykazują stabilność mechaniczną, ale są podatne na degradację w środowisku biologicznym, szczególnie w przypadku stosowania makrodioli na bazie poliestru lub polieteru. W związku z tym wysiłki zmierzające do połączenia elastyczności i stabilności hydrolitycznej lub oksydacyjnej z doskonałymi właściwościami mechanicznymi koncentrują się na włączeniu hydroksyl- lub aminofunkcyjnych PDMS jako miękkich segmentów do poliuretanów, poliuretanowo-moczników i polimoczników27. Aby zwiększyć kompatybilność polarnego segmentu uretanowego lub twardego mocznika z wysoce niepolarnym segmentem miękkim PDMS oraz poprawić właściwości mechaniczne, wraz z PDMS30,31,32. W szczególności grupa Thilak Gunatillake systematycznie badała rozwój poliuretanów silikonowych o ulepszonej biostabilności i właściwościach mechanicznych do długoterminowych zastosowań biomedycznych, takich jak izolacja rozruszników serca lub sztuczne zastawki serca33. Zsyntetyzowali aromatyczne poliuretany z mieszanymi miękkimi segmentami zawierającymi PDMS zakończonych hydroksylem i różne polietery, a także alifatyczne poliwęglanowe diole. Spośród wszystkich zsyntetyzowanych poliuretanów, połączenie tlenku poliheksametylenu (PHMO) i PDMS wykazuje najlepsze właściwości mechaniczne w odniesieniu do kompatybilności z twardymi segmentami30. W kolejnych badaniach zbadali wpływ stosunku PDMS do PHMO i zastosowania przedłużacza łańcucha na bazie disiloksanu na właściwości mechaniczne poliuretanów silikonowych34,35,36. Wyniki ujawniły, że kompozycja makrodiolu składająca się z 80% wagowych PDMS i 20% wagowych PHMO, w połączeniu z przedłużaczem współłańcuchowym, takim jak 1,3-bis(4-hydroksybutylo)-tetrametylodiloksan (BHTD), daje bardziej miękkie poliuretany o dobrych właściwościach mechanicznych i przetwarzalności termoplastycznej. Co więcej, te poliuretany silikonowe wykazują zwiększoną biostabilność w porównaniu z powszechnie stosowanym miękkim polieterem uretanowym37,38,39.
Zgłoszono również biokompatybilność i stabilność podobnych materiałów oraz ich zastosowanie w zastosowaniach sercowo-naczyniowych40,41,42. Na podstawie tych wyników uważa się, że elastomery polimocznikowe (lub PSU) na bazie silikonu z przedłużaczem łańcucha na bazie disiloksanu zapewniają wysoką elastyczność i miękkość, aczkolwiek przy wystarczającej wytrzymałości mechanicznej, aby zachować swój kształt po zastosowaniu powtarzających się naprężeń. Na przykład, Hermans i in. skonstruowali eksperymentalny prototyp dwuoptycznego a-IOL na bazie poliuretanu, ponieważ konstrukcja, która była wcześniej używana do produkcji z użyciem silikonu, była niezwykle miękka, aby poradzić sobie z obciążeniami przyłożonymi w wyłuszczonych oczach świni43.
Ten artykuł opisuje syntezę miękkiego zasilacza na bazie siloksanu, który jest zoptymalizowany pod względem właściwości mechanicznych i optycznych do zastosowań jako akomodacyjny IOL. Ponieważ właściwości mechaniczne elastomerów PSU mogą być zmieniane przez masę cząsteczkową siloksanu, tę samą procedurę można zastosować do opracowania zasilaczy na bazie siloksanu, które mogą znaleźć zastosowanie w powłokach i opatrunkach na skórę. Ponadto procedura ta może być stosowana do przygotowania elastomerów poliuretanowych lub poliuretanowo-mocznikowych na bazie siloksanów, jeśli stosuje się PDMS zakończony karbinolem. W zależności od rodzaju diizocyjanianu (tj. alifatycznego lub aromatycznego) użytego do syntezy, może być konieczna zmiana warunków reakcji (w tym czasu, temperatury i być może składu rozpuszczalnika). W przypadku stosowania alifatycznych diizocyjanianów, takich jak 4,4-metylenobis(cykloheksyloizocyjanian) (H12MDI) lub diizocyjanian izoforonu, reakcję należy przyspieszyć przy użyciu katalizatora cynoorganicznego, takiego jak dilaurynian dibutylocyny lub distanoksan diacetoksytetrabutylu. Na przykład reakcja między PDMS zakończonym hydroksypropylem a H12MDI przebiega w obecności katalizatora. Ponadto należy zwiększyć temperaturę reakcji do 50 - 60 °C. W przypadku zastosowania aromatycznego diizocyjanianu, takiego jak 4,4-metylenobis(fenyloizocyjanian) (MDI), temperatura reakcji musi być umiarkowana, ale wystarczająco, ponieważ diizocyjaniany aromatyczne są zazwyczaj bardziej reaktywne w stosunku do grup nukleofilowych niż diizocyjaniany alifatyczne. Reakcja MDI z PDMS zakończonym karbinolem może być promowana przez zastosowanie mieszanin rozpuszczalników bezwodnego tetrahydrofuranu (THF) i dimetyloformamidu (DMF) lub dimetyloacetamidu (DMAc), ponieważ aminy trzeciorzędowe wykazują pewną aktywność katalityczną.

<table><tbody><tr><td>Oktametylocyklotetrasiloksan (D4), 97 %</td><td>ABCR GmbH</td><td>AB111277</td><td>przypuszczalnie upośledza płodność, musi zostać odgazowany przed użyciem CAS:&nbsp; 556-67-2 </td></tr><tr><td>1,3-bis(3-aminopropylo)-tetrametylodiloksan, 97%</td><td>ABCR GmbH</td><td>110832</td><td>wrażliwy na powietrze, musi być przechowywany w atmosferze azotu <silny>CAS:&nbsp; 2469-55-8 </td></tr><tr><td>2,4,6,8-tetrametylo-2,4,6,8-tetrafenylocyklotetrasiloksan&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>40094</td><td>klasa techniczna <silny>CAS</mocny>:&nbsp; 77-63-4 </td></tr><tr><td>Tetramethyloammonium wodorotlenek pentahydrat</td><td>Alfa Aesar</td><td>L09658</td><td>działa toksycznie po połknięciu i w kontakcie ze skórą, mocna zasada, wrażliwa na powietrze, higroskopijna, przechowywać w lodówce i w atmosferze azotu CAS:&nbsp; 10424-65-4 </td></tr><tr><td>4,4&cent;-Methylenbis(cykloheksylosocyjanian) (H12MDI)</td><td>Covestro przez CSC J&auml; kle Chemie GmbH & Co. KG</td><td></td> działa <td>toksycznie w przypadku wdychania, działa drażniąco na skórę i oczy CAS:&nbsp; 5124-30-1 </td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran (bezwodny) 99,8 %</td><td>Alfa Aesar</td><td>44608</td><td>stabilizowany BHT CAS:&nbsp; 109-99-9 </td></tr><tr><td>Chloroform 99 %</td><td>Gr&uuml; ssing GmbH Analytica</td><td>1025125000</td><td>stabilizowany etanolem, przypuszczalnie rakotwórczym, może upośledzać płodność i powodować uszkodzenia u nienarodzonego dziecka CAS:&nbsp; 67-66-3 </td></tr><tr><td>Chloroform-d, 99,8 %</td><td>Sigma Aldrich</td><td>151823</td><td>CAS:&nbsp; 865-49-6 </td></tr><tr><td>Dulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM) o wysokiej zawartości glukozy</td><td>Thermo Fisher Scientific Life Technologies GmbH</td><td>41965-039</td><td></td></tr><tr><td>Surowica bydlęca płodu (FBS)</td><td>Thermo Fisher Scientific Life Technologies GmbH</td><td>A3160801</td><td></td></tr><tr><td>Trypsyna/EDTA, 0,25 % czerwieni fenolowej</td><td>Thermo Fisher Scientific Life Technologies GmbH</td><td>25200056</td><td></td></tr><tr><td>Test proliferacji komórek w roztworze wodnym (MTS)</td><td>Promega GmbH</td><td>G3580</td><td></td></tr><tr><td>Komórki HaCaT</td><td>CLS Cell Lines Service GmbH</td><td>300493</td><td></td></tr><tr><td>BioComFold&nbsp;</td><td>Morcher GmbH</td><td></td><td>składana soczewka wewnątrzgałkowa</td></tr><tr><td>Akomodacyjna 1CU</td><td>Human Optics AG</td><td></td><td>składana soczewka wewnątrzgałkowa</td></tr><tr><td>CrystaLens&nbsp;</td><td>Bausch i Lomb Inc.</td><td></td><td>składana soczewka wewnątrzgałkowa</td></tr><tr><td>Silmer OH-Di10</td><td>Siltech Corp.</td><td></td><td>Synchronizacja polidimetylosiloksanu zakończonego karbinolem</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Visiogen Inc.</td><td></td><td>dwuoptyczna, składana, mieszcząca soczewkę wewnątrzgałkową</td></tr><tr><td>Elast-Eon</td><td>AorTech International plc</td><td></td><td>termoplastyczny poliuretan na bazie PDMS-PHMO do zastosowań medycznych</td></tr><tr><td>Pellethane 2363-80A</td><td>Lubrizol Nauki Przyrodnicze termoplastyczny</td><td></td><td>poliuretan na bazie polieteru do zastosowań medycznych</td></tr><tr><td>Uniwersalna maszyna do prób rozciągania Zwick model 81565 i oprogramowanie testXpert II</td><td>Zwick GmbH & Co. KG</td><td></td><td>Maszyna do prób rozciągania</td></tr><tr><td>CASY</td><td>Roche Innovatis AG</td><td></td><td>System liczenia komórek</td></tr><tr><td>Multisizer</td><td>Beckman Coulter System liczenia komórek w naukach przyrodniczych</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

synteza miękkich elastomerów polisiloksanowo-mocznikowych do stosowania wewnątrzgałkowego

Synthesis of Soft Polysiloxane-urea Elastomers for Intraocular Lens Application

To badanie omawia drogę syntezy miękkich elastomerów mocznikowych (PSU) na bazie polisiloksanów do ich zastosowań jako akomodacyjnych soczewek wewnątrzgałkowych (a-IOL). Polidimetylosiloksany zakończone aminopropylem (PDMS) zostały wcześniej przygotowane poprzez równoważenie łańcuchów pierścieniowych cyklicznego siloksanu oktametylocyklotetrasiloksanu (D4) i 1,3-bis(3-aminopropylo)-tetrametylodiloksanu (APTMDS). Grupy fenylowe wprowadzono do szkieletu siloksanowego poprzez kopolimeryzację D4 i 2,4,6,8-tetrametylo-2,4,6,8-tetrafenylo-cyklotetrasiloksanu (D4Me,Ph). Te kopolimery blokowe polidimetylo-metylo-fenylosiloksanu zsyntetyzowano w celu zwiększenia współczynników załamania światła polisiloksanów. W przypadku zastosowań jako a-IOL, współczynnik załamania światła polisiloksanów musi być równoważny współczynnikowi soczewki młodego ludzkiego oka. Masa cząsteczkowa polisiloksanu jest kontrolowana przez stosunek cyklicznego siloksanu do endblokera APTMDS. Przezroczystość elastomerów PSU jest badana poprzez pomiar transmitancji folii o długości fali od 200 do 750 nm za pomocą spektrofotometru UV-Vis. Wartości transmitancji przy 750 nm (górna granica widma widzialnego) są wykreślane w stosunku do masy cząsteczkowej PDMS i obserwuje się > 90% transmitancji, aż do masy cząsteczkowej 18 000 g·mol-1. Właściwości mechaniczne elastomerów PSU są badane za pomocą testów naprężeniowo-odkształceniowych na wykrawanych próbkach w kształcie kości psa. W celu oceny stabilności mechanicznej histerezę mechaniczną mierzy się poprzez wielokrotne rozciąganie (10x) próbek do wydłużenia 5% i 100%. Histereza znacznie zmniejsza się wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej PDMS. Cytotoksyczność in vitro niektórych wybranych elastomerów PSU ocenia się za pomocą testu żywotności komórek MTS. Metody opisane w niniejszym dokumencie pozwalają na syntezę miękkiego, przezroczystego i niecytotoksycznego elastomeru PSU o współczynniku załamania światła w przybliżeniu równym współczynnikowi załamania światła soczewki młodego ludzkiego oka.

Równowaga pierścień-łańcuch D4 oraz D4Me,Ph z endoblokerem APTMDS doprowadziła odpowiednio do otrzymania polidimetylosiloksanów z aminopropylowym zakończeniem oraz kopolimerów polidimetyl-metylo-fenylo-siloksanu, które zsyntetyzowano z masami cząsteczkowymi od 3 000 do 33 000 g·mol-1 poprzez regulację stosunku monomerów D4 do APTMDS (Rycina 6). Masy cząsteczkowe <img alt="Symbol średniej masy cząsteczkowej \( \overline{M}_n \); analiza równań chemii polimerów." src="/files/ftp_upload/58590/58590eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"> przygotowanego PDMS, wyznaczone na podstawie widm 1H-NMR (Rycina 5), były zbliżone do wartości uzyskanych z miareczkowania. Wartości te były zgodne z obliczonymi teoretycznymi masami cząsteczkowymi do 15 000 g·mol-1. Podczas przygotowania PDMS o wyższych masach cząsteczkowych, uzyskane masy cząsteczkowe były nieco wyższe niż te założone w obliczeniach teoretycznych. Kopolimeryzację cyklicznego siloksanu z bocznymi grupami fenylowymi D4Me,Ph uznano za skuteczną w celu niewielkiego zwiększenia współczynnika załamania światła polisiloksanów. Współczynnik załamania światła (wyznaczony za pomocą refraktometru Abbego w 37 °C) wzrósł z 1,401 (niemodyfikowany PDMS) do 1,4356 (14 mol% metylo-fenylo-siloksanu) (Rycina 7). Elastomery PSU zsyntetyzowano w dwóch etapach, wykorzystując przygotowany PDMS z aminopropylowym zakończeniem, alifatyczny diizocyjanian H12MDI oraz APTMDS, stosując THF jako rozpuszczalnik. Metoda ta pozwoliła na otrzymanie wysokocząsteczkowych PSU o strukturze segmentowej, składającej się z segmentów miękkich (PDMS) i twardych (diizocyjanian + mocznik). Spektroskopia FTIR in situ potwierdziła niezwykle szybką reakcję grup izocyjanianowych z grupami aminowymi z PDMS i przedłużaczem łańcucha APTMDS (Rycina 3 i Rycina 8). W przeciwieństwie do przygotowania elastomerów poliuretanowych, które trwa kilka godzin, przygotowanie elastomerów PSU było wygodne. Przezroczystość i właściwości mechaniczne elastomerów PSU były zależne od masy cząsteczkowej PDMS. Przezroczyste błony elastomeru PSU wykazywały transmitancję &gt;90% aż do masy cząsteczkowej PDMS wynoszącej 18 000 g·mol-1. Przy wyższych masach cząsteczkowych PDMS błony PSU stawały się coraz bardziej nieprzezroczyste (Rycina 9). Wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej PDMS można było przygotować miękkie elastomery PSU. Moduł Younga elastomerów PSU spadł z ~5,5 MPa (przy masie cząsteczkowej PDMS 3 000 g·mol-1) do 0,6 MPa (przy masie cząsteczkowej PDMS ≥26 000 g·mol-1) (Rycina 10). Ponadto, histereza mechaniczna, wykorzystana do oceny stabilności mechanicznej pod wpływem wielokrotnie przyłożonego naprężenia, uległa zmniejszeniu w przypadku elastomerów PSU przygotowanych z wysokocząsteczkowego PDMS. Wartości histerezy dla pierwszego cyklu przy odkształceniu 100% spadły z 54% (przy masie cząsteczkowej PDMS 3 000 g·mol-1) do 6% (przy masie cząsteczkowej PDMS 33 000 g·mol-1) (Rycina 11). Zastosowana metoda syntezy pozwoliła na przygotowanie elastomerów PSU, które nie uwalniają cytotoksycznych pozostałości, co pokazują przykłady z testów żywotności komórek przeprowadzonych z ekstraktami wybranych elastomerów PSU na komórkach HaCaT (Rycina 12).
<img alt="Reakcja syntezy chemicznej, TMAH z APTMDS tworzące silanolan tetrametylammoniumu, schemat." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Synteza katalizatora silanolanu tetrametylammoniumu-3-aminopropylo-dimetylowego. 
Piwowodnian wodorotlenek tetrametylammoniumu (TMAH) oraz 1,3-bis(3-aminopropylo)-tetrametylodizyloksan (APTMDS) poddano reakcji przez 2 h w THF w temperaturze 80 °C. Katalizator silanolan tetrametylammoniumu-3-aminopropylo-dimetylowy otrzymano w postaci białego ciała stałego po przemyciu produktu surowego THF. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Synteza chemiczna polisiloksanu, APTMDS reaguje z katalizatorem, tworząc struktury makrocykliczne." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Ścieżka syntezy aminopropylowo-końcowych polidimetylosiloksanów (PDMS) oraz kopolimerów polidimetylo-metylo-fenylo-siloksanu. Monomery cykliczne D4/D4Me,Ph są wyrównywane z użyciem blokera końcowego disiloksanu APTMDS w temperaturze 80 °C przez 24 h przy użyciu katalizatora tetrametylammonium-3-aminopropylo-dimetylosilanolanu. Rysunek został zmodyfikowany na podstawie pracy Riehle et al.48. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Proces syntezy polimeru; równania chemiczne; schemat; tworzenie prepolimeru za pomocą H12MDI, przedłużanie łańcucha APTMDS; struktura segmentów twardych i miękkich." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3: Dwuetapowa synteza segmentowych elastomerów mocznikowych na bazie polisiloksanu (PSU). W pierwszym etapie, w wyniku reakcji H, powstaje prepolimer zawierający aktywne grupy izocyjanianowe12MDI z polisiloksanem zakończonym grupą aminopropylową (R = CH3: PDMS; R = Ph; kopolimer). W drugim kroku zwiększana jest masa cząsteczkowa polimeru poprzez reakcję pozostałych aktywnych grup izocyjanianowych z przedłużaczem łańcucha APTMDS. Powstały elastomer jest polimerem segmentowym składającym się z twardych segmentów mocznikowych i miękkich segmentów silikonowych. Rysunek został zmodyfikowany na podstawie pracy Riehle i wsp.48. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat próbki rozciąganej z wymiarami, równowaga statyczna, układ do testów mechanicznych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4: Specyfikacja próbki testowej w kształcie dog-bone do testów naprężenie-odkształcenie. Rysunek został zmodyfikowany na podstawie pracy Keiper45. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres spektroskopii NMR analizujący strukturę chemiczną, gdzie piki wskazują otoczenie molekularne." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 5"> 
Rycina 5: Widmo 1H-NMR polidimetylosiloksanu zakończonego grupami aminopropylowymi. Do obliczenia masy cząsteczkowej wykorzystano wartości całek protonów metylenowych d (δ 2,69 ppm) i b (δ 0,56 ppm) oraz protonów metylowych a (δ ~ 0,07 ppm). Pik c (δ ~1,5 ppm) jest przesłonięty przez pik HDO49, odpowiadający wymianie protonowej śladów wody z rozpuszczalnikiem CDCl3; w związku z tym pik ten nie jest używany do obliczania masy cząsteczkowej. Masa cząsteczkowa PDMS w tym widmie wynosi ~16 365 g·mol-1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig5large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres analizy polimeru; Mn PDMS względem 1/APTMDS; zawiera dane NMR, teoretyczne i z miarek; R²=0,9964." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig6.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 6"> 
Rycina 6: Liniowa korelacja między masą cząsteczkową <img alt="Symbol formuły masy molowej (M̄n) dla badania nad nauką o polimerach, schemat do celów edukacyjnych." src="/files/ftp_upload/58590/58590eq6.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 6"> polidimetylosiloksanów zakończonych grupami aminopropylowymi a stężeniem blokera końcowego. Wartości <img alt="Symbol średniej masy cząsteczkowej \( \overline{M}_n \); analiza równania chemii polimerów." src="/files/ftp_upload/58590/58590eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"> wyznaczono za pomocą spektroskopii 1H-NMR, miarek grup końcowych amin oraz obliczeń teoretycznych zgodnie z równaniem (1). Rycina została przedrukowana za zgodą Riehle et al.48. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig6large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres współczynnika załamania światła w funkcji zawartości metylo-fenylo-siloksanu w PDMS, efekt temperatury przy 20°C i 37°C." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig7.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 7"> 
Rycina 7: Współczynniki załamania światła kopolimerów polidimetylo-metylo-fenylo-siloksanu zakończonych grupami aminopropylowymi. Współczynniki załamania światła (RI) kopolimerów polidimetylo-metylo-fenylo-siloksanu określono w temperaturach 20 °C (czarne kwadraty) i 37 °C (czerwone okręgi) przy użyciu refraktometru Abbego. Wartości RI zwiększały się liniowo wraz z ilością włączonych jednostek metylo-fenylo-siloksanu. Wartości RI przy 0 mol% reprezentują wartości dla niemodyfikowanego PDMS o masie cząsteczkowej porównywalnej z kopolimerami polidimetylo-metylo-fenylo-siloksanu. Optymalny RI wynoszący 1,4346 (37 °C) uzyskano dla kopolimeru zawierającego 14 mol% metylo-fenylo-siloksanu. Rycina została przedrukowana za zgodą Riehle et al.48. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig7large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres trójwymiarowej spektroskopii absorpcyjnej przejściowej przedstawiający wyniki analizy dopasowania spektralnego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig8.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 8"> 
Rysunek 8: Konwersja izocyjanianu podczas syntezy polidimetylosiloksanu-mocznika (PSU). Na rysunku przedstawiono zależność od czasu pasma absorpcji NCO przy 2,266 cm1 monitorowanego za pomocą spektroskopii FTIR-ATR w trybie inline podczas syntezy PSU. Po dodaniu polidimetylosiloksanu zakończonego grupami aminopropylowymi wysokość pasma NCO zmalała, co wskazuje na tworzenie łańcuchów prepolimeru zakończonych grupami NCO. Po dodaniu przedłużacza łańcucha APTMDS pasmo NCO całkowicie zniknęło z widm IR. Rysunek został przedrukowany za zgodą Riehle et al.50. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig8large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres transmitancji w funkcji Mn_PDMS przy 750 nm, przedstawiający właściwości optyczne polimeru." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig9.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 9"> 
Rysunek 9: Zależność transmitancji folii elastomerowych PSU przy 750 nm od masy cząsteczkowej polidimetylosiloksanu. Transmitancję folii PSU określono za pomocą spektroskopii UV-Vis. Transmitancja PSU przy 750 nm (górna granica widma widzialnego) wynosiła &gt;90%, jeśli PSU syntetyzowano z użyciem PDMS o masach cząsteczkowych w zakresie od 3,000 do 18,000 g·mol-1. Wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej PDMS wzrastała mętność folii. Rysunek ten został przedrukowany za zgodą Riehle et al.48. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig9large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres modułu Younga w funkcji masy molowej PDMS, analiza elastyczności, punkty danych z słupkami błędów." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig10.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 10"> 
Rysunek 10: Moduł Younga elastomerów PSU w funkcji masy cząsteczkowej polidimetylosiloksanu. Moduły Younga (YM) określono na podstawie pomiarów naprężenie-odkształcenie folii PSU. Wartości przedstawiono jako średnią uzyskaną z pięciu powtórzeń pomiaru. Słupki błędów reprezentują odchylenie standardowe. Największy spadek YM zaobserwowano dla PSU zsyntetyzowanych z PDMS o masie od 3,000 do 9,000 g·mol-1. Przy masach cząsteczkowych PDMS między 12,000 a 18,000 g·mol-1, wartości YM mieściły się w przedziale od 1.5 MPa do 1.0 MPa. Przy masach cząsteczkowych większych niż 26,000 g·mol-1, wartości YM wynosiły ~0.6 MPa. Rysunek przedrukowano za zgodą Riehle et al.48. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig10large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres naprężenie-odkształcenie dla próbek PSU; analiza właściwości mechanicznych; wyniki testów polimerów." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig11.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 11"> 
Rycina 11: Krzywe histerezy 100% elastomerów PSU. Przedstawiono krzywe histerezy pierwszego cyklu elastomerów PSU przy wydłużeniu 100%. Oznaczenia polimerów odnoszą się do masy cząsteczkowej PDMS (np. PSU-3T to elastomer poliureiny przygotowany z PDMS o masie cząsteczkowej 3,000 g·mol-1). Najwyższą histerezę mechaniczną (43% - 54%) zaobserwowano w elastomerach PSU zsyntetyzowanych z niskocząsteczkowego PDMS, co wskazuje wyraźnie zaznaczona pętla histerezy. Histereza malała wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej PDMS od 14% (15,000 g·mol-1) do 6% (33,000 g·mol-1). Rycina ta została przedrukowana za zgodą Riehle et al.48. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig11large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres słupkowy proliferacji komórek (%) z porównaniem różnych materiałów: Blank, Pellethane, warianty PSU." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58590/58590fig12.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 12"> 
Rycina 12: Wyniki testów cytotoksyczności in vitro na komórkach HaCaT traktowanych ekstraktami PSU. Rycina ta przedstawia proliferację komórek HaCaT traktowanych ekstraktami z pożywek komórkowych elastomerów PSU. Wartości wyrażone są jako średnia uzyskana z trzech przetestowanych ekstraktów na próbkę, przy sześciu powtórzeniach pomiarów dla każdego ekstraktu (łącznie 18 powtórzeń). Słupki błędów reprezentują odchylenie standardowe tych pomiarów. Blank reprezentuje pożywkę komórkową DMEM (bez próbki), traktowaną analogicznie do pożywki komórkowej użytej do ekstrakcji. Jako materiał referencyjny wybrano polieter uretan klasy medycznej. Jako reprezentatywne próbki testowe wybrano elastomerowe polimoczniki na bazie silikonu (PSU-18T, PSU-16T i PSU-14Ph), które oparto na PDMS o masach cząsteczkowych 18 000 i 16 000 g·mol-1 (PSU-18T i PSU-16T), natomiast PSU-14Ph oparto na kopolimerze polidimetylometylofenylosiloksanu z 14 mol% metylofenylosiloksanu i masą cząsteczkową ~16 600 g·mol-1. Średnia proliferacja komórek HaCaT traktowanych ekstraktami elastomerów PSU oraz referencyjnego poliuretanu wyniosła 100% i więcej. Zatem ekstrakty elastomerów PSU i referencyjnego poliuretanu nie są cytotoksyczne. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58590/58590fig12large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>

To badanie opisuje metody syntezy dla zakończonych aminopropylami polidimetylosiloksanów i kopolimerów blokowych polidimetylo-metylo-fenylo-siloksanów oraz dla miękkich elastomerów mocznika (PSU) na bazie polisiloksanu. Przedstawiono w nim zastosowanie zasilaczy jako akomodujących soczewkę wewnątrzgałkową. Opisano również metodę oceny cytotoksyczności in vitro.

Synteza miękkich elastomerów polisiloksanowo-mocznikowych do stosowania wewnątrzgałkowego

This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses ...

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.

synthesis-soft-polysiloxane-urea-elastomers-for-intraocular-lens

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Przedstawiamy protokół syntezy mikrohydrożeli Janusa składających się całkowicie z tego samego materiału bazowego, poli(N-izopropylacrylamidu) (PNIPAAm), z wyraźnie podzieloną strukturą opartą na separacji faz przesyconego roztworu monomeru NIPAAm. Zsyntetyzowane mikrohydrożele Janus wykazują unikalne właściwości, takie jak anizotropowa termoczułość i zdolność ładowania organofilowego/hydrofilowego.

Synteza mikrohydrożeli Janusa z poli(N-izopropyloakrylamidu) Janusa dla anizotropowej reakcji termicznej i zdolności ładowania organofilowego/hydrofilowego

Ten manuskrypt pokazuje proces produkcji miękkich siłowników z elastomeru dielektrycznego opartych na membranach silikonowych. Szczegółowo przedstawiono trzy kluczowe etapy produkcji: odlewanie łopatek z cienkich membran silikonowych; tampodruk elektrod zgodnych z wymaganiami; i montaż wszystkich komponentów.

Proces wytwarzania siłowników z elastomeru dielektrycznego na bazie silikonu

Przedstawiono nowatorską metodologię syntezy i programowania elastomerów ciekłokrystalicznych w łańcuchu głównym przy użyciu dostępnych na rynku monomerów wyjściowych. Szeroki zakres właściwości termomechanicznych został dostosowany poprzez dostosowanie ilości środka sieciującego, podczas gdy wydajność uruchamiania zależała od wielkości zastosowanego naprężenia podczas programowania.

Synteza programowalnych elastomerów ciekłokrystalicznych w łańcuchu głównym z wykorzystaniem dwuetapowej reakcji tiolowo-akrylowej

Demonstrujemy przygotowanie elastomerów ciekłokrystalicznych (LCE) na bazie siloksanów i epoksydów oraz nanokompozytów LCE. LCE są charakteryzowane pod względem odkształcenia odwracalnego, uporządkowania ciekłokrystalicznego i sztywności. Jako potencjalne zastosowanie demonstrujemy ich zastosowanie jako substratów reagujących na kształt w niestandardowym urządzeniu do aktywnej hodowli komórek.

Otrzymywanie monodomenowych elastomerów ciekłokrystalicznych i nanokompozytów elastomerów ciekłokrystalicznych

Obecne modele in vitro do oceny soczewek kontaktowych (CL) i innych zastosowań związanych z oczami są poważnie ograniczone. Prezentowana platforma okularowa symuluje fizjologiczny przepływ łez, objętość łez, ekspozycję na powietrze oraz zużycie mechaniczne. System ten jest bardzo wszechstronny i może być stosowany do różnych analiz in vitro z CL.

Opracowanie platformy ocznej in vitro do badania soczewek kontaktowych

Opisane są protokoły wytwarzania degradowalnych termoresponsywnych hydrożeli opartych na sieciowaniu hydrazonów polimerowych oligomerów na skalę masową, mikroskalową i nanoskalę, przy czym ta ostatnia służy do przygotowania zarówno nanocząstek żelowych, jak i nanowłókien.

Wytwarzanie degradowalnych termoczułych hydrożeli w różnych skalach długości za pomocą wytłaczania reaktywnego, mikrofluidyki, samoorganizacji i elektroprzędzenia

Kontrola gradientów chemicznych i tlenu jest niezbędna dla hodowli komórkowych. W artykule opisano urządzenie mikroprzepływowe z polidimetylosiloksanu i poliwęglanu (PDMS-PC) zdolne do niezawodnego generowania kombinacji gradientów chemicznych i tlenowych do badań migracji komórek, które można praktycznie wykorzystać w laboratoriach biologicznych bez wyrafinowanego oprzyrządowania.

Urządzenia mikroprzepływowe z polidimetylosiloksanu i poliwęglanu do badań migracji komórek w prostopadłych gradientach chemicznych i tlenu

Przedstawiono protokół procesu produkcji polimerowych cienkowarstwowych struktur kompozytowych o różnych modułach lub grubościach Younga. Folie są produkowane do zaawansowanych badań nad kulturami komórkowymi lub jako kleje do skóry.

Cienkowarstwowe kompozytowe elastomery krzemowe do hodowli komórkowych i zastosowań skórnych: produkcja i charakterystyka

Protokół ten przedstawia ulepszoną procedurę wyjmowania z formy dla techniki podwójnego odlewania polidimetylosiloksanu (PDMS) poprzez wprowadzenie oleju silikonowego jako nieadhezyjnej bariery między warstwami PDMS. W przeciwieństwie do metod plazmowej lub chemicznej modyfikacji powierzchni, podejście to nie wymaga specjalistycznego ani kosztownego sprzętu, co czyni je bardziej dostępną i opłacalną alternatywą.

Ulepszone podwójne odlewanie polidimetylosiloksanu (PDMS) poprzez obróbkę olejem silikonowym w celu gęsto upakowanej replikacji mikrostruktury

Protokół ten przedstawia metodę indukowaną światłem do wytwarzania śliskich, trójwymiarowych struktur poprzez sekwencyjne cyfrowe wzorowanie i szczepienie na nanoporowatych powierzchniach pokrytych silanem. To podejście umożliwia kontrolowane przestrzennie tworzenie śliskich obszarów, umożliwiając wzorzystą odstraszaczność cieczy oraz ilościową analizę śliskości między warstwami, z zastosowaniami w manipulacji płynami i inżynierii powierzchni.

Wzorowanie i szczepienie światłem dla śliskich powierzchni na podstawie nanoporowatych struktur powlekanych silanem

Poznaj metodę syntezy miękkich elastomerów polisiloksanowo-mocznikowych do zastosowania w soczewkach wewnątrzgałkowych. Technika ta umożliwia uzyskanie materiałów o wysokiej przejrzystości i nieliczności.

Synteza miękkich elastomerów polisiloksanowo-mocznikowych do stosowania wewnątrzgałkowego

Przeglądaj więcej filmów