Synteza monodyspersyjnych cylindrycznych nanocząstek poprzez samoorganizację biodegradowalnych kopolimerów blokowych sterowaną krystalizacją

Nasz protokół koncentruje się zarówno na polimeryzacji z otwarciem pierścienia, jak i na tratwie w celu wytworzenia cylindrów z kopolimeru blokowego o kontrolowanej długości przy użyciu samoorganizacji opartej na żywej krystalizacji. Połączenie polimeryzacji z otwarciem pierścienia i RAFT pozwala na wytwarzanie polimerów zarówno z obszarami półkrystalicznymi, jak i funkcjonalnymi. Otwiera to pole CDSA na inne potencjalne zastosowania.

Powodzenie protokołu zależy od suchości odczynników wyjściowych. Upewnij się, że system nigdy nie ma kontaktu z atmosferą po rozpoczęciu procedury suszenia. Metoda wymaga znajomości technik chemicznych wrażliwych na powietrze.

Wierzymy, że przeniesienie tych praktyk do formy wideo da naukowcom swobodę wprowadzania nowych pomysłów bez przeszkód wynikających z braku praktycznego doświadczenia. Na początek przenieś wszystkie szklane naczynia i mieszadła, wysuszone w piekarniku o temperaturze 150 stopni Celsjusza przez noc, na ławkę. Zacisnąć dwuszyjkową kolbę okrągłodenną o pojemności 250 mililitrów, wyposażoną w mieszadło, na stojaku nad płytką mieszającą i zabezpieczyć hermetyczny kran na małej szyjce.

Dodać 100 mililitrów epsilonu-kaprolaktonu do kolby. Podłączyć kolbę okrągłodenną do przewodu azotowego przez kran na jednej szyjce. Przy stałym przepływie azotu o ciśnieniu trzech psi dodać jeden gram wodorku wapnia do kolby przez szyjkę pierwotną.

Dopasuj drugą szyjkę szklanym korkiem i mieszaj przez noc w temperaturze pokojowej w atmosferze azotu. Uderzyć kolbą do linii Schlenka i otworzyć ją na stały przepływ azotu. Wyposażyć urządzenie do destylacji próżniowej na dwóch stojakach, clampując kolbę okrągłodenną epsilon-kaprolakton do jednego stojaka, a drugą kolbę okrągłodenną do drugiego stojaka.

Utrzymuj stały przepływ azotu przez system, aby zapobiec przedostawaniu się wody do systemu. Włóż termometr do nieruchomej głowicy i uszczelnij na miejscu. Podłącz adapter do linii Schlenk.

Wyłącz dopływ azotu i otwórz system, aby odkurzyć przez to nowe połączenie z linią Schlenk. Podgrzej epsilon-kaprolakton w płaszczu grzewczym o temperaturze od 60 do 80 stopni, zbierając pierwsze pięć mililitrów w małych kolbach okrągłodennych, a resztę w kolbie okrągłodennej z dwiema szyjkami. Umieścić kolby w ciekłym azocie, aby skutecznie skondensować kaprolakton.

Aby przyspieszyć proces, owiń sprzęt do destylacji watą i folią. Przymocuj linię Schlenka do kolby okrągłodennej z dwiema szyjkami. Obróć linię na odkurzanie przez 120 sekund i na azot na 10 sekund, w sumie trzy razy, aby oczyścić linię.

Otwórz linię i system na azot. Następnie dodać jeden gram wodorku wapnia do kolby zbiorczej dopasowanej korkiem i mieszać przez noc w atmosferze azotu. W międzyczasie pozbądź się nadmiaru wodorku wapnia, dodając kroplami 10 mililitrów izopropanolu, a następnie pięć mililitrów metanolu.

Gdy bulgotanie ustanie, dodaj nadmiar wody. Opłucz sprzęt do destylacji acetonem i wstaw na noc do piekarnika. Rano ponownie powtórzyć destylację próżniową bez dodawania wodorku wapnia do monomeru po zakończeniu.

Następnie otwórz kolbę z azotem, aby rozpocząć przenoszenie kaprolaktonu za pomocą kaniuli do ampułki. Przenieść ampułkę do schowka na rękawiczki. W schowku na rękawiczki przygotuj roztwory podstawowe.

Do trzech oddzielnych fiolek dodać 0,011 grama środka przenoszącego łańcuch hydroksylowy, jako inicjatora, 0,01 grama fosforanu difenylu, jako katalizatora i 0,25 grama wysuszonego monomeru, kaprolaktonu. Dodać 0,5 mililitra toluenu do każdej z fiolek inicjatora i katalizatora i delikatnie mieszać, aż odczynniki się rozpuszczą. Następnie zmieszać inicjator i roztwory podstawowe fosforanu difenylu w jednej fiolce i dodać mieszadło.

Umieścić fiolkę na mieszadle, dostosować prędkość do umiarkowanego mieszania i dodać roztwór monomeru do fiolki inicjator-katalizator. Założyć fiolkę pod pokrywkę i mieszać przez osiem godzin w temperaturze pokojowej. Następnie wyjąć fiolkę ze schowka na rękawiczki i natychmiast za pomocą pipety Pasteura dodać mieszaninę, kroplami, do nadmiaru zimnego eteru dietylowego, w celu wytrącenia.

Przez lejek Buchnera przefiltrować białe ciało stałe, wysuszyć w otaczającej atmosferze i rozpuścić w jednym mililitrze tetrahydrofuranu. Wytrącić w eterze dietylowym jeszcze dwa razy i dokładnie wysuszyć. Najpierw przygotuj kilka podstawowych zatyczek z tlenku glinu w trzymililitrowych strzykawkach.

Przefiltrować dioksan i MMA do oddzielnych fiolek w celu usunięcia stabilizatorów. Odważyć 0,5 grama wcześniej zsyntetyzowanego PCL, 0,424 grama MMA, odmierzyć dwa mililitry dioksanu do fiolki i pozostawić do rozpuszczenia. Przygotować czysty roztwór podstawowy AIBN o stężeniu 10 miligramów na mililitr i odpipetować 139 mikrolitrów do mieszaniny reakcyjnej.

Przenieś mieszaninę do ampułki wyposażonej w mieszadło i zamknij. Następnie przymocuj ampułkę do linii Schlenka i umieść w ciekłym azocie. Po zamrożeniu roztworu wprowadzić ampułkę do próżni, aż wakuometr wskaże co najwyżej 10 razy do minus jednego milibara.

Zamknij ampułkę i pozostaw do całkowitego rozmrożenia. Powtórz ten cykl zamrażania-pompy-rozmrażania jeszcze dwa razy. Po zakończeniu ostatniego cyklu napełnij ampułkę azotem i umieść ją w podgrzanej kąpieli olejowej w temperaturze 65 stopni Celsjusza na cztery godziny.

Aby monitorować konwersję, należy pobrać ampułkę z kąpieli olejowej, zmienić nakrętkę na super uszczelnienie pod strumieniem azotu, wyekstrahować dwie krople, wymieszać z 600 mikrolitrami deuterowanego chloroformu w fiolce i przenieść do probówki NMR. Przenieś próbkę do automatycznego podajnika próbek instrumentu NMR, aby uruchomić widmo protonów. Załóż nakrętkę pod stałym przepływem azotu i włóż z powrotem do kąpieli olejowej.

Teraz umieść ampułkę, która została podgrzana w kąpieli olejowej w ciekłym azocie do zamrożenia, a następnie w dygestorio, otwórz ampułkę na powietrze, aby wygasić polimeryzację przez jedną minutę. Następnie kroplami dodaj mieszaninę do ogromnego nadmiaru zimnego eteru dietylowego, aby się wytrącić. Odizolować przez filtrację Buchnera i wysuszyć.

Rozpuść polimer i tetrahydrofuran i wytrącić jeszcze dwukrotnie. Dokładnie wysuszyć polimer do spektroskopii protonów NMR i analizy SEC. Powtórz tę procedurę z 0,5 grama wygenerowanego PCL-PMMA, 1,406 grama DMA, dwoma mililitrami dioksanu i 111 mikrolitrami dziesięciu miligramów na mililitr AIBN i dioksanu.

Podgrzej polimeryzację w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez godzinę i trzykrotnie wytrącić mieszaninę reakcyjną w zimnym eterze dietylowym. Umieść pięć miligramów wytworzonego kopolimeru triblokowego w fiolce i dodaj jeden mililitr etanolu. Uszczelnić fiolkę pokrywką i parafilmem.

Podgrzewać w temperaturze 70 stopni Celsjusza i płaszczu grzewczym przez trzy godziny. Następnie wyjąć fiolkę do powolnego ostygnięcia do temperatury pokojowej. Pozostaw roztwór do leżakowania w temperaturze pokojowej przez dwa tygodnie.

Roztwór staje się mętny i tworzy wyraźną warstwę na dnie po pełnym złożeniu. Rozcieńczyć dyspersję do jednego miligrama na mililitr etanolem w probówce odpornej na sonikację. Umieść rurkę w łaźni lodowej.

Włóż końcówkę sondy sonicznej do środkowego obszaru dyspersji. Sonikować roztwór przez 15 cykli po dwie minuty przy najniższej intensywności, pozwalając na ostygnięcie przez 15 minut między cyklami. Pobrać podwielokrotność sonikowanej dyspersji nasion i rozcieńczyć do 0,18 miligrama na mililitr etanolem w probówce.

Następnie przygotuj roztwór unimeru i tetrahydrofuranu do stężenia 25 miligramów na mililitr. Dodać 32,8 mikrolitrów roztworu unimeru do rozcieńczonej dyspersji nasion i delikatnie wstrząsnąć, aby umożliwić całkowite rozpuszczenie. Pozostaw dyspersję do leżakowania przez trzy dni z lekko uchyloną pokrywką, aby tetrahydrofuran mógł odparować.

W ten sposób wyprodukują początkowe nasiona o długości 90 nanometrów do cylindrów o długości 500 nanometrów. Polimeryzacja epsilon-kaprolaktonu z otwarciem pierścienia spowodowała stopień polimeryzacji 50, określony przez widmo protonów NMR protonów z grupy końcowej z rezonansami protonów etylowych grupy końcowej przy 3,36 PPM i protonów alfa estru końca łańcucha przy 4,08 PPM. Ślad GPC pokazuje typowy rozkład masy cząsteczkowej z pojedynczym pikiem, o wartości dyspersji 1,07 i średniej liczbowej masie cząsteczkowej 10 800 gramów na mol.

Dla porównania, polimeryzacja, która reagowała przez 12 godzin, dała łopatkę o wysokiej masie cząsteczkowej na poziomie 15 500 gramów na mol. Użycie odczynników, które nie zostały prawidłowo wysuszone, dało mieszaninę produktów o ogonie o niskiej masie cząsteczkowej. Kolejne polimeryzacje RAFT osiągnęły stopień polimeryzacji 10 dla bloku PMMA z pikiem jednomodalnym w śladzie GPC.

Jednak w przypadku celowego doprowadzenia do zbyt wysokich konwersji większych niż 70 procent, zaobserwowano poszerzenie masy cząsteczkowej i ramię o wysokiej masie cząsteczkowej. Stopień polimeryzacji końcowego bloku PDMA wynosił 200, po porównaniu protonów eteru końca łańcucha PCL przy 4,08 PPM i protonów metylowych o łańcuchu bocznym DMA przy 2,93 PPM. Ślad GPC był wąski i jednomodalny.

Po powtórzeniu wydłużenia łańcucha przy użyciu zanieczyszczonego PCL-PMMA pojawiło się pobocze o niskiej masie cząsteczkowej. Pamiętaj, aby nie spieszyć się z osuszeniem systemu, ponieważ każda obecność wody może spowodować niepowodzenie polimeryzacji kaprolaktonu. Upewnij się, że wszystko jest suche.

Obszar buforowy między rdzeniem a koroną cylindra może pozwolić na stabilizację innych konstrukcji CDSA w wodzie, otwierając nowe ścieżki badań i współpracy.