Artigo de método

Propriedades eletroativo Polymer Nanopartículas Exhibiting fototérmicos

DOI:

10.3791/53631

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8 de janeiro de 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Materials Science, Engineering, and Commercialization Program, Texas State University, 2Department of Chemistry and Biochemistry, Texas State University, 3Department of Biomedical Engineering, The University of Texas at Austin

Neste artigo

Resumo

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Um protocolo é apresentado para a síntese e preparação de nanopartículas constituídas por polímeros eletroativos.

Resumo

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Um método para a síntese de polímeros eletroativos é demonstrado, começando com a síntese de monômeros de conjugação estendida usando um processo de três etapas que termina com o acoplamento de Negishi. O acoplamento de Negishi é um processo de acoplamento cruzado no qual um precursor químico é primeiro litiado, seguido de transmetalação com ZnCl2. O composto organozinco resultante pode ser acoplado a um precursor aromático dibromado para dar o monômero conjugado. Os filmes de polímero podem ser preparados por meio de eletropolimerização do monômero e caracterizados usando voltametria cíclica e espectroscopia ultravioleta-visível-infravermelho próximo (UV-Vis-NIR). As nanopartículas (NPs) são preparadas por meio da polimerização em emulsão do monômero usando um sistema de dois surfactantes para produzir uma dispersão aquosa dos NPs do polímero. Os NPs são caracterizados usando espalhamento dinâmico de luz, microscopia eletrônica e espectroscopia UV-Vis-NIR. A citocompatibilidade de NPs é investigada usando o ensaio de viabilidade celular. Finalmente, as suspensões NP são irradiadas com um laser NIR para determinar sua eficácia como materiais potenciais para terapia fototérmica (PTT).

Introdução

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Polímeros electroactivos alterar as suas propriedades (cor, condutividade, reactividade, de volume, etc.) na presença de um campo eléctrico. Os tempos de comutação rápidos, tunability, durabilidade e características de polímeros eletroativos leves têm levado a muitas aplicações propostas, incluindo energia alternativa, sensores, eletrocrômicos e dispositivos biomédicos. Polímeros eletroativos são potencialmente úteis como, de peso leve e bateria de condensadores eletrodos flexíveis. 1º Os pedidos de polímeros eletroativos em dispositivos electrocrómicos incluem sistemas de redução de brilho-de edifícios e automóveis, óculos de sol, óculos de proteção, dispositivos de armazenamento ópticos, e têxteis inteligentes. 2-5 janelas inteligentes podem reduzir as necessidades energéticas através do bloqueio de comprimentos de onda específicos de luz on-demand e proteger interiores de casas e automóveis. Têxteis inteligentes pode ser usado em roupas para ajudar a proteger contra a radiação UV. 6 polímeros eletroativos ter alsO começaram a ser utilizados em dispositivos médicos. Entre os polímeros electroactivos utilizados em dispositivos biomédicos, polipirrol (PPy), polianilina (PANI), e poli (3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT) estão entre os mais comuns. Por exemplo, esses tipos de polímeros são normalmente utilizados como transdutores em dispositivos biossensores 7 Aplicações em administração terapêutica também mostraram-se promissoras.; Estudos demonstraram a libertação de fármacos e proteínas terapêuticas a partir de dispositivos preparados a partir de polímeros electroactivos 8-12. Mais recentemente, polímeros electroactivos têm sido utilizados como agentes terapêuticos em terapia fototérmico. 13-15 Em terapia fototérmico, agentes fototérmicas deve absorver a luz no próximo -infrared (NIR) região (~ 700-900 nm), também conhecida como a janela terapêutica, em que a luz tem a profundidade máxima de penetração no tecido, tipicamente até 1 cm. 16,17 Neste intervalo, cromóforos biológicos, tais como a hemoglobina , oxigenado hemoglobina, lípidos e água têm pouco ou nenhumabsorção, o que permite que a luz penetre facilmente. Quando os agentes fototérmicas absorvem a luz nesta janela terapêutica, o fotoenergia é convertida em energia fototérmico.

Irvin e colaboradores tenham relatado anteriormente bis-eDOT monómeros de benzeno que foram sintetizados utilizando o acoplamento de Negishi alcoxi-substituído. 18 acoplamento de Negishi é um método preferido para a formação da ligação carbono-carbono. Este processo tem muitas vantagens, incluindo o uso de intermediários de organozinco, que são menos tóxicos e tendem a ter uma maior reactividade do que outros compostos organometálicos utilizados. 19,20 compostos de organozinco também são compatíveis com uma vasta gama de grupos funcionais sobre os organohalides. 20 No reacção de acoplamento de Negishi, um organohalide organometálico e estão acoplados através da utilização de um catalisador de paládio (0) como catalisador. 20 No trabalho aqui apresentado, este método de acoplamento cruzado é utilizado na síntese de 1,4-dialcoxi-2,5-bis ( 3,4-ethylenedioxythienyl) Benzemonômeros ne (2 Bedot-B (OR)). Estes monómeros podem então ser facilmente polimerizado electroquimicamente ou quimicamente para produzir polímeros que são candidatos promissores para utilização em aplicações biomédicas.

Os métodos convencionais para a preparação de suspensões poliméricas coloidais em soluções aquosas para aplicações biomédicas envolvem tipicamente a dissolução de polímeros granel seguido por técnicas de evaporação de emulsão ou nanoprecipitação-solvente 21,22. De modo a produzir nanopartículas de poli (Bedot-B (OU) 2) , uma abordagem bottom-up é demonstrado aqui, onde os PN são sintetizados através de polimerização em emulsão situ. Polimerização em emulsão é um processo que é facilmente escaláveis ​​e é um método relativamente rápido para a preparação NP. 22 Estudos utilizando polimerização em emulsão para produzir NPs de outros polímeros electroactivos têm sido relatados para PPy e PEDOT. 15,23,24 PEDOT NPs, por exemplo, foram preparadas usando emulsão de pulverização polymerization. 24 Este método é difícil de reproduzir, e, normalmente, produz partículas micronizadas maiores. O protocolo descrito neste artigo explora a utilização de um método de drop-sonicação para preparar reprodutivelmente NPs de polímero de 100 nm.

Neste protocolo, polímeros eletroativos adaptado para absorver a luz na região do NIR semelhante ao poli relatado anteriormente (Bedot-B (OR) 2) são sintetizados e caracterizados para demonstrar o seu potencial em dispositivos electrocrómicos e como agentes de PPF. Em primeiro lugar, o protocolo para a síntese dos monómeros de acoplamento de Negishi via é descrita. Os monómeros são caracterizados por RMN e espectroscopia de UV-Vis-NIR. A preparação de suspensões coloidais NP através de polimerização em emulsão em meios aquosos oxidativo também é descrito. O procedimento baseia-se num processo de polimerização por emulsão em dois passos anteriormente descrito por Han et al., Que é aplicado aos diferentes monómeros. Um sistema de dois surfactante éutilizado para controlar a monodispersity NP. Um ensaio de viabilidade celular é utilizada para avaliar citocompatibilidade das NPs. Por último, o potencial destes NPS para actuar como transdutores de PTT é demonstrada por irradiação com um laser NIR.

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Protocolo

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Atenção: Por favor, consulte todas as fichas de segurança pertinentes (SDS) antes do uso. Vários dos reagentes utilizados nestas sínteses são potencialmente perigosa. Utilize todas as práticas de segurança adequadas, incluindo equipamento de protecção pessoal (óculos de segurança, luvas, jaleco, calças compridas e sapatos fechados) e realizar sínteses em exaustores. Litiação é particularmente perigoso e só deve ser realizado por pessoas devidamente treinadas com supervisão.

1. Síntese Monomer

Nota: A Figura 1 mostra a via química para a preparação de precursores e de monómeros cuja síntese está descrita nas secções 1.2 - 1.5.

  1. Materiais
    1. Purificar eDOT como descrito anteriormente. 25
    2. Recristalizar tetrabutil perclorato de amónio (TBAP) a partir de acetato de etilo e seco sob vácuo durante 24 horas. Titula-se n-butil lítio (n-BuLi, 2,5 M em hexanos) como descrito por Hoye et ai. 26 dentro de 48 horas antes de serem utilizados para determinar a concentração real.
    3. Sulfato de magnésio seco e carbonato de potássio a 100 ° C durante 24 h antes da utilização. Use todos os outros produtos químicos utilizados neste protocolo de recebimento.
  2. Síntese de 1,4-Dialkoxybenzenes
    Nota: A Figura 1A mostra a preparação de 1,4-dihexyloxybenzene utilizando 1-bromo-hexano.
    1. Equipar um de três gargalo do balão de fundo redondo, seco no forno com um septo, um adaptador para entrada de árgon, e um condensador equipado com um adaptador de saída de gás ligado a um borbulhador. Adicionar uma barra de agitação ao frasco antes da selagem.
    2. Ligue o adaptador de entrada de uma linha de Schlenk utilizando poli (cloreto de vinilo) (PVC) e tubagem de purgar o balão de fundo redondo com árgon.
    3. Adicionar 12,5 g (113,5 mmol) de hidroquinona para o balão de fundo redondo e dissolvê-lo em 20 ml de tetra-hidrofurano anidro (THF) com agitação.
    4. Separadamente, dissolvem-se 14 g (250 mmol) de KOH em 30 ml de etanol em um único gargalobalão de fundo redondo e mexa até dissolver.
    5. Uma vez dissolvido, adicionar lentamente a solução de KOH a três tubuladuras balão de fundo redondo, utilizando uma seringa. Deixar a mistura a agitar durante 1 h.
    6. Após 1 hora, adicionar 250 mmol de 1-bromo-alcano-se à mistura de reacção.
    7. Aquece-se a mistura de reacção ao refluxo durante 24 horas com agitação sob atmosfera de árgon.
    8. Depois de 24 h, deixar a mistura reaccional arrefecer até à temperatura ambiente e adicionar 15 ml de água Dl e 10 ml de diclorometano.
    9. Transferir a mistura para um funil de separação. Isolar a fase orgânica e lava-se três vezes com 10 ml de água Dl.
    10. Seca-se a camada orgânica sobre 15 g de MgSO4 durante 15 minutos.
    11. Remove-se o MgSO4 por meio de filtração sob vácuo através de papel de filtro.
    12. Remover o solvente a partir da solução filtrada utilizando um evaporador rotativo a 50 ° C e 21 kPa, para se obter 1,4-dialkoxybenzene como um sólido branco em bruto.
    13. Recristaliza-se o produto bruto adicionando apenas o suficiente de etanol quentedissolver o produto. Uma vez dissolvido, colocar num banho de gelo para induzir a cristalização.
    14. Recolher os cristais por filtração sob vácuo através de papel de filtro e lava-se com etanol frio.
    15. Secam-se os cristais sob vácuo durante 24 horas à TA e armazená-los, sob árgon, até à sua utilização. Este procedimento produz 1,4-dihexyloxybenzene.
    16. Caracterizar o produto usando ponto de fusão e de 1 H e 13 C espectroscopia de RMN. 27
  3. Síntese de 1,4-Dialkoxybenzenes contendo grupos éster
    Nota: A Figura 1B mostra o percurso químico para a preparação de um 1,4-dialkoxybenzene utilizando etil-4-bromobutanoato.
    1. Equipar um de três gargalo do balão de fundo redondo, seco no forno com um septo, um adaptador para entrada de árgon, e um condensador equipado com um adaptador de saída de vidro, ligado a um borbulhador. Adicionar uma barra de agitação ao frasco antes da selagem.
    2. Conecte o adaptador de entrada para a linha de Schlenk utilizando tubos de PVC e purga com árgon.
    3. Pesar 1,88 g (93,5 mmol) de Kl e 15,69 g (93,3 mmol) de K 2 CO 3 e adicionar ao frasco de fundo redondo.
    4. Adicionar 25 ml de N, N-dimetilformamida (DMF) e agitar até dissolver os sais.
    5. Uma vez dissolvido, adicionar 2,5 g (18,7 mmol) de hidroquinona à mistura da reacção e permitir que a reacção em agitação até se dissolver.
    6. Quando todos os sólidos estarem dissolvidos, adicionar 46,8 mmol de bromoalcanoato de alquilo; aquecer a mistura de reacção ao refluxo durante 24 h sob atmosfera de árgon, com agitação contínua.
    7. Remover a mistura da reacção do calor e deixe arrefecer até à TA.
    8. Transferir a mistura reaccional para um funil de separação e adicionar água (20 ml) e acetato de etilo (20 ml) para extrair a fase orgânica. Isolar a fase orgânica e lava-se três vezes com água (porções de 20 ml).
    9. Seca-se a camada orgânica sobre 15 g de MgSO4 durante 15 minutos. Uma vez seco, remover MgSO4 a partir da mistura através de filtração sob vácuo através de filpapel ter.
    10. Remover o solvente utilizando um evaporador rotativo a 100 ° C e 21 kPa. Seca-se o produto em bruto sob vácuo à TA S / N.
    11. Recristaliza-se o produto adicionando apenas o suficiente de etanol quente para dissolver todo o sólido. Uma vez dissolvido, arrefecer o balão em gelo e permitir a formação de cristais. Recolhe-se o produto através de filtração sob vácuo e lava-se com etanol frio.
    12. Secam-se os cristais sob vácuo à temperatura ambiente durante 24 h sob atmosfera de árgon e armazenar até à sua utilização. Este procedimento produz 1,4-bis (butanoiloxi etil) benzeno.
    13. 28 caracterizam o produto usando ponto de fusão e de 1 H e 13 C espectroscopia de RMN.
  4. Síntese de 1,4-dialcoxi-2,5-dibromobenzenos
    Nota: A via química para a preparação de 1,4-dialcoxi-2,5-dibromobenzenos é mostrado na Figura 1A e 1B.
    1. Montar um balão de fundo redondo seco, de três tubuladuras com uma entrada de árgon, um funil de adição a pressão constante com uma tampadorolha de vidro ou de septo, e uma saída ligada a uma tubagem de plástico equipada com um funil de vidro invertida suspensa sobre uma solução 1 M de NaOH.
    2. Neste balão de fundo redondo, dissolvem 218 mmol de 1,4-dialkoxybenzene em diclorometano (15 mL).
    3. Separadamente, adicionar 12 ml (598 mmol) de Br2 a um frasco de 250 ml e dilui-se com diclorometano (12 ml).
    4. Transferir a solução 2 / diclorometano Br para o funil de adição de pressão constante. Adicionar a solução de Br2, gota a gota para o balão de fundo redondo de três tubuladuras com agitação sob árgon durante um período de 2 h.
    5. Após a adição estar completa, deixar a reacção a agitar S / N sob fluxo de árgon contínua.
    6. Extingue-se a reacção por adição de água Dl (20 ml), e verter a mistura numa ampola de decantação.
    7. Isolar a fase orgânica e lava-se três vezes com água Dl (20 ml,). Seca-se a camada orgânica sobre 15 g de MgSO4 durante 15 minutos.
    8. Remove-se o MgSO4 porfiltração sob vácuo através de papel de filtro, e remover o solvente usando um evaporador rotativo a 75 ° C e 21 kPa.
    9. Purifica-se em bruto 1,4-dialcoxi-2,5-dibromobenzeno, adicionando apenas o suficiente de etanol quente para dissolver todo o sólido. Uma vez dissolvido, arrefecer o balão em gelo e permitir a formação de cristais. Recolhe-se o produto através de filtração sob vácuo e lava-se com etanol frio.
    10. Seca-se o produto purificado sob vácuo à TA S / N; armazenar sob árgon.
    11. Caracterizar o produto usando ponto de fusão e de 1 H e 13 C RMN espectroscopia 27,28.
  5. Acoplamento de Negishi com 3,4-etilenodioxitiofeno 2,5-dibromobenzenos 1,4-dialcoxi-(eDOT)
    Nota: A Figura 1C mostra o acoplamento de Negishi de 1,4-dialcoxi-2,5-dibromobenzenos com eDOT para formar monómeros de M1 e M2.
    1. Montar um balão de fundo redondo de três tubuladuras limpo com um septo, um condensador equipado com um adaptador de fluxo de entrada de controlo ligada à atmosfera de árgon, e um fluxo de saída de gás controlo adaptador ligado a um borbulhador.
    2. Conecte o adaptador de entrada para a linha de Schlenk utilizando tubos de PVC de paredes espessas. Começar a fluir árgon no balão de reacção durante vários minutos.
    3. Utilizando um bico de Bunsen, chama-secar o aparelho sob vácuo e purga com árgon três vezes, a fim de assegurar um ambiente sem ar.
    4. Pesar 1,07 g (10 mmol) de eDOT purificada e adiciona-se ao balão de reacção através de uma seringa inserida através do septo. Dilui-se a eDOT com THF anidro (20 ml) e agita-se sob atmosfera de árgon.
    5. Relaxar o balão contendo a solução eDOT utilizando um banho de gelo seco / acetona durante 15 min a -78 ° C.
    6. Após 15 min, adiciona-se lentamente 11 mmol de nBuLi em hexanos, gota a gota, mantendo a temperatura a -78 ° C. Agita-se a reacção a -78 ° C durante 1 h.
      Nota: A concentração exacta da nBuLi deve ser determinado por titulação antes da utilização de acordo com o ponto 1.1.
    7. Após 1 hora de agitação, remover o gelo / BA acetona secaº.
    8. Imediatamente após a remoção do banho, adicionar 14,13 ml de 1,0 M de ZnCl2 solução gota a gota. Permitir que a reacção prossiga durante 1 hora enquanto se agitava à TA.
    9. Após 1 h de agitação, adicionar 4 mmol de 1,4-dialcoxi-2,5-dibromobenzeno e 0,08 mmol de tetraquis (trifenilfosfina) paládio (0) à mistura de reacção.
    10. Aquece-se a mistura de reacção ao refluxo (70 ° C) num banho de óleo.
    11. Acompanhar o progresso da reacção utilizando cromatograf ia em camada fina (TLC): Tome pequenas (0,2 ml) de aliquotas da mistura reaccional por dia, utilizando uma seringa e precipitar em 2 ml de 1 M de HCl. Extrai-se com 2 ml de CHCl3 e detectar o extracto sobre uma placa de TLC de sílica ao lado de manchas de soluções de eDOT e o appropriate1,4-dialcoxi-2,5-dibromobenzeno. Eluir com acetato de etilo 60:40: hexano.
    12. Quando a reacção está completa, deixar a mistura reaccional arrefecer até à TA. Extingue-se a reacção por adição de 10 ml de HCl 1 M, seguido pela adição de diclorometano (20 mL).
    13. Transfer para uma ampola de decantação e isolar a camada orgânica.
    14. Lava-se a camada orgânica com água desionizada até a água de lavagem não é ácida. Teste a acidez da água de lavagem com papel de pH.
    15. Seca-se a camada orgânica sobre 15 g de MgSO 4, filtrar, e remover o solvente usando um evaporador rotativo a 50 ° C e 21 kPa, para se obter o produto em bruto monómero conjugação estendida (M1 ou M2) como um sólido amarelo-laranja.
    16. Recristaliza-se o produto bruto utilizando uma solução quente de 3: 1 de etanol: solução de benzeno para M1 ou 7: 2 hexano: benzeno para M2. Adicionar apenas o suficiente mistura solvente quente para dissolver o sólido. Uma vez dissolvido, arrefecer o balão em gelo e permitir a formação de cristais. Recolhe-se o produto através de filtração sob vácuo e lava-se com etanol frio.
    17. Seca-se o produto sob vácuo durante 24 horas à TA. Armazenar no escuro sob árgon.
    18. Caracterizar o produto usando ponto de fusão e de 1 H e 13 C espectroscopia de RMN. 18

2. Eletroquímica

  1. Eletropolimerização
    1. Em um balão volumétrico de 50 ml de uma solução de electrólito preparar (TBAP) 100 mM de perclorato de tetrabutilamónio em acetonitrilo anidro (CH3CN).
    2. Em um balão volumétrico de 10 ml preparar um monómero de 10 mM de solução (M1 ou M2) usando a solução TBAP 100 mM / CH3CN como diluente.
    3. Adicionar um fio de prata (eléctrodo de pseudo-referência), e uma bandeira de platina (contra-eléctrodo) para uma célula electroquímica, seco no forno.
    4. Inserir um botão de platina polida recentemente (2 mm de diâmetro 2) para ser utilizado como o eléctrodo de trabalho. Assegure-se que a parte inferior do eléctrodo de platina botão não estiver em contacto com o fundo da célula electroquímica.
    5. Encher a célula electroquímica com uma solução de monómero de electrólito suficiente para assegurar que as pontas de todas as três eléctrodos são imersos na solução.
    6. Desarejar a solução durante 5 minutos, fazendo borbulhar árgon suavemente através de uma agulha imersa no the solução.
    7. Levantar a agulha 2 mm acima da solução e continuar o fluxo de árgon durante todo o experimento para manter uma manta de árgon através da solução.
    8. Ligar os eléctrodos ao potenciostato e iniciar a polimerização pelo ciclismo aplicados os potenciais cinco vezes a uma velocidade de varredura de 100 mV / seg e uma gama de potencial entre -1,5 V e +1,0 V.
    9. Grave a saída de corrente durante este processo para gerar voltamogramas cíclicos.
  2. Polymer Eletroquímica
    1. Depois de o filme de polímero é depositada sobre o eléctrodo de trabalho de platina botão, remover todos os eléctrodos a partir da solução de monómero de electrólito e lavar cuidadosamente com uma solução de electrólito livre de monómero (3 mL).
    2. Adicionar os eléctrodos de uma célula electroquímica limpa e adicionar solução suficiente de electrólito livre de monómero para assegurar que as pontas de todas as três eléctrodos são imersos na solução.
    3. Ligar os eléctrodos ao potenciostato. Ciclo do tw potencial aplicadoO vezes a uma velocidade de varredura de 50 mV / seg e uma gama de potencial entre -1,5 V e +1,0 V.
    4. Repita a experiência a 100, 200, 300, e 400 mV / s. Grave a saída de corrente durante cada experimento para gerar voltamogramas cíclicos.
  3. Preparação de eletropolimerizado Films para UV-Vis-NIR Espectroscopia e Estudos fototérmicos
    1. Prepare filmes de polímeros como descrito na seção 2.1 acima, desta vez usando um óxido de índio-estanho (ITO) lâmina de vidro -Revestido como eletrodo de trabalho. Crescer as películas de polímero mais de 5 ciclos a uma velocidade de varrimento de 100 mV / s.
    2. Após a deposição do polímero, remover os eléctrodos a partir da solução de monómero e enxaguar com acetonitrilo (5 mL).
    3. Guarde o filme de polímero em acetonitrilo antes da espectroscópicas estudos.

3. Preparação NP

A Figura 2 mostra um diagrama esquemático do processo utilizado para a preparação NP através de polimerização em emulsão.

  1. Prepare uma solução de 1 ml de 2% (w / v) de poli (ácido 4-estireno-co-ácido maleico) (PSS-co-MA) em água num frasco de vidro. Adicione uma pequena barra magnética para o frasco. Esta é a fase aquosa.
  2. Prepare a 100 ul de solução de monómero de 16 mg / ml em clorofórmio num tubo de microcentrífuga.
  3. Preparar a solução orgânica por dissolução de 0,03 g de ácido dodecilbenzeno sulfónico (DBSA) na solução de monómero de 100 ul. Misture a solução orgânica utilizando um misturador de vórtice automática durante 30-60 minutos de modo a assegurar a homogeneidade da solução.
  4. Adicionar à fase orgânica para a fase aquosa, gota a gota em 10 ul porções enquanto se agitava com uma barra de agitação magnética até o volume total da solução orgânica é usado. Permitir agitação durante 60 segundos entre as adições em.
  5. Adicionar 2 ml de água para diluir a mistura. Remova a barra de agitação do frasco para injectáveis.
  6. Sonicar a emulsão usando um sonicador de sonda para um total de 20 seg, em intervalos de 10 seg a uma amplitude de 30% enquanto se imerge oo frasco num banho de gelo.
  7. Retirar o frasco de amostra do banho de gelo, substituir a barra de agitação, e continuar a agitar a emulsão.
  8. Adicionar 3,8 ml de solução de 100 mg / ml de FeCl3 em água à emulsão de monómero. Permitir que a polimerização ocorra durante 1 hora, agitando continuamente. Isso produz protocolo NPs de polímero estabilizado com PSS-co-MA.
  9. Retirar a suspensão NP da placa de agitação e transferir para 7 ml tubos de centrífuga. Centrifugar a suspensão a 75.600 xg durante 3 min; recuperar o sobrenadante e descarte de sedimento.
  10. Dialisar o sobrenadante durante 24 horas utilizando 100 kDa de peso molecular de corte (MWCO) tubagem de diálise.

4. Polymer Films e NP Caracterização

Nota: Caracterizar os filmes de polímeros e nanopartículas via-Vis-NIR UV espectroscopia, e os PN usando espalhamento dinâmico de luz, análise de potencial zeta, e microscopia eletrônica.

  1. Determinação da Absorção de polímero na região do UV-Vis-NEspectro IV 29
    1. Suspensões NP: Transferir a suspensão para uma cuvete de quartzo e adquirir um espectro de 300 - 1000 nm com um intervalo de varrimento de 5 nm.
    2. Películas de polímero oxidadas: Transferir o vidro ITO lâmina revestida de polímero para uma cuvete de quartzo e encher a tina com acetonitrilo anidro. Adicionar 2 gotas de uma solução / ml 100 mg de FeCl3 em CHCl 3 para o acetonitrilo e misturar para garantir o filme de polímero é totalmente oxidado. Adquirir um espectro de 300 - 1000 nm com um intervalo de verificação de 5 nm.
    3. Películas de polímero redu: Transferir o vidro ITO lâmina revestida de polímero para uma cuvete e encher a tina com acetonitrilo anidro. Adicionar uma gota de hidrazina para se misturar o líquido e para assegurar o filme de polímero é completamente reduzido. Adquirir um espectro de 300 - 1000 nm com um intervalo de verificação de 5 nm.
  2. Determinação da NP tamanho usando espalhamento dinâmico de luz (DLS) 30
    1. Ligue o instrumento e permitir DLS-o aquecer durante 15 minutos.
    2. Dilui-se a suspensão NP em água a uma concentração de 0,01 mg / ml e em lugar de uma cuvete descartável de poliestireno.
    3. Coloque tina em leitor e começar a medição.
  3. Determinação do Potencial Zeta NP 31
    1. Ligue o instrumento potencial zeta e deixe-o aquecer-se durante 30 min.
    2. Preparar a amostra por diluição de 200 ul de NP suspensão em 800 ul de solução 10 mM de KCl.
    3. Encha uma cuvete descartável de poliestireno com 700 ul de amostra.
    4. Insira a célula eletrodo potencial zeta na amostra garantindo que não haja bolhas entre os eletrodos ou no caminho da luz laser.
    5. Coloque a célula no instrumento e siga as instruções do software para executar a medição.
  4. Determinação da NP Tamanho Usando Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 32
    1. Drop-cast 10 ul das suspensões NP sobre lâminas de Si edeixar secar.
    2. Por pulverização catódica, revestimento os PN secas com 2 nm de irídio.
    3. Imagem das amostras a uma distância de trabalho de 5 mm e a 5 kV.

5. Investigar a citocompatibilidade do NPs

Nota: Todas as manipulações de células deve ser levada a cabo numa cabine de segurança biológica (fluxo laminar capa) para impedir a contaminação das células com bactérias, leveduras ou fungos a partir do meio ambiente, e para proteger o utilizador de doenças potencialmente infecciosas. Todas as soluções e acessórios utilizados com as células devem ser estéreis. Use técnicas adequadas de cultura de células assépticas.

  1. Cultura das células SKOV-3 de cancro do ovário em frascos T75 a 37 ° C em uma incubadora de CO 2 (5% de CO 2) usando Meio Eagle Modificado de Dulbecco (DMEM) suplementado com 10% de soro fetal de bovino como o meio de crescimento.
  2. Semear as células a uma densidade celular de 5000 células / cavidade em uma placa de 96 poços e incuba-se durante 24 horas a 37 ° C num CO 2 incubadora.
  3. Imediatamente antes do uso, dilui-se NP suspensão em meio de crescimento completo a uma concentração de 1 mg / ml.
  4. Filtrar as suspensões NP por passagem através de um filtro de 0,2 mícrons estéril e diluído para as concentrações desejadas de exposição (2-500 ug / ml) com meio de crescimento completo suplementado com 1% de penicilina / estreptomicina.
  5. Remover os meios de comunicação a partir de cada um dos poços da placa de 96 cavidades por pipetagem suave e substituir com 100 ul de suspensões NP nas várias concentrações de exposição, ou com 100 uL de meios NP-livre para ambos os controlos positivos e negativos citocompatibilidade. Utilize 6 poços replicados por condição.
  6. Imediatamente antes do passo seguinte, preparar uma solução de 0,5 mg / ml de 3- (4,5-dimetiltiazol-2-il) -2,5-difeniltetrazólio (MTT) em fenol-vermelho livre de DMEM. A filtração estéril da solução de MTT através de um filtro de 0,2 mícrons estéril.
  7. Depois de permitir que os PN-se a incubar com as células durante o período de tempo desejado (Typically 24 ou 48 horas), remova suspensões NP com cuidado pipetando para fora.
  8. Substituir imediatamente os meios de comunicação com o seguinte, dependendo da condição:
    1. Para o controle citocompatibilidade negativo, adicione 100 mL de metanol a cada um dos 6 poços e deixar descansar por pelo menos 5 min. Após o tratamento de metanol, o metanol substituir com 100 ul de / ml de solução esterilizada por filtração de 0,5 mg de MTT em fenol-vermelho livre de DMEM.
    2. Para o controlo positivo e amostras tratadas com NP, substituir o meio com 100 ul de / ml de solução esterilizada por filtração de 0,5 mg de MTT em fenol-vermelho livre de DMEM.
  9. Incubam-se as células durante 2 a 4 horas na incubadora. Após a incubação, examinar as células ao microscópio para verificar se a formação de cristais de formazano.
  10. Cuidadosamente remover a solução de MTT por pipetagem e substituí-la com 100 ul de dimetilsulfóxido (DMSO).
  11. Colocar a placa de 96 poços num agitador e mistura-se durante vários minutos, para estimular a dissolução do paracristais Mazan.
  12. Medir a absorvância de cada poço a 590 nm (pico de absorvância do produto de formazano) e 700 nm (linha de base).
  13. Subtrair a absorvância da amostra a 700 nm (linha de base) do que a 590 nm para cada poço.
  14. Normalizar a absorvência corrigida, dividindo-o pela média do controlo positivo e converter a uma percentagem multiplicando por 100.
  15. Determinar a percentagem média de viabilidade e desvio-padrão para cada condição.

6. Estudos Transduction fototérmicos

Nota:. Neste trabalho, um sistema de laser previamente descrito por Pattani e Tunell é utilizado 33

  1. Photothermal Transdução de NP Suspensões
    1. Diluir NPs em água Dl para a concentração de interesse.
    2. Adicionar 100 ul de NP suspensão para um poço de uma placa de 96 poços. Colocar a placa bem numa placa quente mantida a 25 ° C.
    3. Ligue o fornecimento de energia para o laser e permitir que ele to aquecer durante alguns minutos. Neste estudo, a 808 nm diodo laser fibra-acoplado avaliado até 1 W de potência é usado.
    4. Passe o feixe de laser para a fase de amostra através de uma fibra óptica. Utilize uma lente convexa para divergir o feixe de laser para o ponto desejado de tamanho.
    5. Medir a potência usando um medidor de energia padrão e ajustar a uma potência de 1 W / cm 2.
    6. Ligue a câmera IR (InSb câmera infravermelha (FLIR Systems SC4000)) e definir a região de interesse (ROI) local para ler a temperatura do ponto 6 milímetros onde o laser está focado.
    7. Coloque o bem de interesse no ponto focal do feixe de laser. Registar a temperatura da linha de base da amostra. Ligue o laser e irradiar o bem continuamente durante 5 min, enquanto o registo da temperatura.
    8. Depois de 5 minutos, desligar a laser e continuar a registar a temperatura do poço até que arrefeça de volta para a temperatura de linha de base inicial.
      Nota: aquecer e resfriar cada suspensão de três vezes e calcular amudança da temperatura média ao longo do tempo. Utilizar água Dl a 25 ° C em vez de uma suspensão NP como um controlo negativo para a conversão fototérmico.
  2. Fototérmica Transdução de Polymer Films
    1. Transferir o vidro ITO lâmina revestida de polímero sobre uma placa quente mantida a 25 ° C.
    2. Ligue o fornecimento de energia para o laser e deixe-o aquecer durante alguns minutos. Neste estudo, a 808 nm diodo laser fibra-acoplado avaliado até 1 W de potência é usado.
    3. Passe o feixe de laser para a fase de amostra através de uma fibra óptica. Utilize uma lente convexa para divergir o feixe de laser para o ponto desejado de tamanho.
    4. Medir a potência usando um medidor de energia padrão e ajustar a uma potência de 1 W / cm 2.
    5. Ligue a câmera IR (InSb câmera infravermelha (FLIR Systems SC4000)) e definir a região de interesse (ROI) local para ler a temperatura do ponto 6 milímetros onde o laser está focado.
    6. Coloque a película no ponto focal do feixe de laser. Grave a baseline temperatura da amostra. Ligue o laser e irradiar a amostra continuamente durante 5 min, enquanto o registo da temperatura.
    7. Depois de 5 minutos, desligar a laser e continuar a registar a temperatura da amostra até que arrefeça de volta para a temperatura de linha de base inicial.
      Nota: aquecer e resfriar cada filme três vezes e calcular a variação média da temperatura ao longo do tempo. Utilize uma corrediça ITO nua a 25 ° C como um controlo negativo para a conversão fototérmico.

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Resultados

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O protocolo de reacção obtendo-se M1 e M2 é mostrado na Figura 1. Os monómeros podem ser caracterizados por 1 H e 13 C RMN espectroscopia, ponto de fusão e análise elementar. O espectro de RMN 1 H fornece informações sobre a conectividade de átomos e seus ambientes eletrônicos; Assim, é rotineiramente utilizada para verificar que as reacções tenham sido concluída com êxito. Reacções de acoplamento de Negishi envolvem o ac...

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Discussão

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Neste trabalho, o NPS polímeros electroactivos foram sintetizados como agentes potenciais PTT para o tratamento do cancro. A preparação das nanopartículas está descrito, começando com a síntese dos monómeros seguida por polimerização em emulsão. Embora a preparação de PN utilizando polímeros electroactivos tais como pirrole e eDOT foi descrito antes, este documento descreve a preparação de nanopartículas poliméricas começando com monómeros de conjugação prolongados exclusivos, demonstrando que este processo pode ser est...

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Divulgações

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Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

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Este trabalho foi financiado em parte pelo Fundo Texas Tecnologia Emergente (Startup a TB), o Programa de Aperfeiçoamento Texas State University Research, o Texas State University Doutorado Research Fellowship (a TC), a Parceria NSF para Pesquisa e Educação em Materiais (PREM, DMR-1205670), a Fundação Welch (AI-0045), e os Institutos Nacionais de Saúde (R01CA032132).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Eletrodo de trabalho de platina de 2 mm de diâmetroCH InstrumentsCH102Polido usando lixa muito fina
3,4-etilenodioxitiofenoSigma-Aldrich483028Purificado por destilação a vácuo
Brometo de 3-(4,5-Dimetiltiazol-2-il)-2,5-Difeniltetrazólio (MTT) 98%Alfa AesarL11939
505 Desmembrador SônicoFisher Scientific™  FB505110ponta de 1/8" e classificada em 500  watts
de diodo laser de 808 nmThorLabsL808P1WJAvaliado em 1 W
Acetonitrila anidra 99%Acros61022-0010
Avanti J-26 XPIBeckman Coulter393127
Bromohexano 98%MP Biomedicals202323
Diálise (100.000) MWCOSpectrumLabsG235071
Dimetilsulfóxido 99% (DMSO)BDHBDH1115
Dimetilformamida anidra (DMF) 99%Acros326870010
Dodecil benzenossulfonato (DBSA) TCID0989
Dulbecco' s meio de águia modificado (DMEM) Corning10-013 CV
EMS 150 TES revestidor por pulverização catódicaMicroscopia Eletrônica Ciências
Etanol (EtOH) 100%BDHBDH1156
etil 4-bromobutirato (98%)Acros173551000
Acetato de etila 99%FisherUN1173
Soro bovino fetal (FBS)Corning35-010-CV
Helios NanoLab 400FEI
HexanoFisherH306-4
Ácido clorídrico (HCl)FisherA142-212
Hidroquinona 99,5%Acros120915000
Hidrozina anidra 98%Sigma-Aldrich215155
óxido de índio estanho (ITO) revestido galssDelta TechnologiesCG-41IN-CUV4-8 Ω/sq
Cloreto de ferro 97% FeCl3Sigma-Aldrich157740
Sulfato de magnésio (MgSO4)Fisher593295Seco a 100 ° C
SKOV-3ATCCHTB-26
MetanolBDHBHD1135
n-Butlithium (2,5 M) Sigma-Aldrich230707
Poli(ácido estirenossulfonato-co-málico) pirofórico (PSS-co-MA) 20.000 MWSigma-Aldrich434566
Carbonato de potássioSigma-Aldrich209619Seco a 100 ° C
Hidróxido de potássioAlfa AesarA18854
Iodeto de potássioFisherP410-100
RO-5 placa de agitaçãoIKA-Werke
SC4000 Câmera IRFLIR
Synergy H4 Hybrid ReaderBiotek
Perclorato de tetrabutilamônio (TBAP) 99%Sigma-Aldrich3579274Purificado por recristalização em acetato de etila
Tetrahidrofurano anidro (THF) 99%Sigma-Aldrich401757
tetraquis(trifenilfosfina) paládio(0)Sigma-Aldrich216666Termomixer sensível à umidade
Eppendorf
USB potenciostato/galvanostato WaveNowAFTP1
Zetasizer Nano ZsArranjo Óptico Malvern175°
Cloreto de zinco (1 M) ZnCl2Acros370057000

Referências

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