Este artigo descreve um processo de produção de nanopartículas poliméricas automontadas usando polimerização por dispersão mediada por luz visível. O uso de luz visível de baixa energia para controlar a polimerização permite a formação reprodutível de micelas semelhantes a vermes automontadas com alto teor de sólidos.
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Artigo de método
Síntese Facile de micelas Worm-like por luz visível Mediated Dispersão Polimerização Usando Photoredox Catalisador
Neste artigo
Resumo
Resumo
Apresentado aqui é um protocolo para a síntese fácil de micelas semelhantes a vermes por polimerização de dispersão mediada por luz visível. Esta abordagem começa com a síntese de um homopolímero hidrofílico poli (oligo (etilenoglicol) metil éter metacrilato) (POEGMA) usando polimerização reversível de transferência em cadeia de fragmentação de adição (RAFT). Sob irradiação leve de luz visível (λ = 460 nm, 0,7 mW / cm2), este agente de transferência de macro-cadeia (macro-CTA) na presença de um catalisador fotorredox à base de rutênio, Ru (bpy) 3Cl2 pode ser estendido em cadeia com um segundo monômero para formar um copolímero de bloco bem definido em um processo conhecido como Raft de Transferência de Elétrons Fotoinduzidos (PET-RAFT). Quando o PET-RAFT é usado para encadear POEGMA com metacrilato de benzila (BzMA) em etanol (EtOH), nanopartículas poliméricas com diferentes morfologias são formadas in situ de acordo com um mecanismo de automontagem induzida por polimerização (PISA). A automontagem em nanopartículas apresentando cadeias POEGMA nas cadeias corona e poli(metacrilato de benzila) (PBzMA) no núcleo ocorre in situ devido à crescente insolubilidade do bloco PBzMA em etanol. Curiosamente, a formação de micelas semelhantes a vermes altamente puras pode ser prontamente monitorada observando o início de um gel altamente viscoso in situ devido a emaranhamentos de nanopartículas que ocorrem durante a polimerização. Este processo permite, assim, uma síntese mais reprodutível de micelas semelhantes a vermes simplesmente monitorando a viscosidade da solução durante o curso da polimerização. Além disso, o estímulo luminoso pode ser aplicado intermitentemente de forma ON/OFF, demonstrando controle temporal sobre a morfologia da nanopartícula.
Introdução
A síntese de não esféricas (e outros) morfologias de nanopartículas tem sido tradicionalmente conseguida utilizando um procedimento de auto-montagem de múltiplos passos começando com a síntese e purificação de dibloco bem definido anfifílico (ou multibloco) copolímeros. Uma das técnicas de auto-montagem mais comuns foi popularizado por Eisenberg na década de 1990, e envolve a dissolução do copolímero de blocos anfifílico de um solvente comum para ambos os blocos de polímero seguindo-se a adição lenta de um solvente selectivo para um dos blocos de 1-3 . À medida que o solvente selectivo (normalmente água) é adicionado, o copolímero em bloco é submetido a auto-montagem de modo a formar nanopartículas poliméricas. A morfologia final (ou misturas de morfologias) das nanopartículas são determinadas por um grande número de factores, tais como os comprimentos relativos de cada bloco de polímero, a taxa de adição de água e da natureza do solvente comum. No entanto, esta abordagem geralmente só permite a produção de nanopartigos a relativamente baixo teor em sólidos (menos do que 1% em peso) e por isso limita a sua prática escalabilidade 4. Além disso, a formação reprodutível de fases "intermédias", como micelas semelhantes a vermes pode ser difícil devido à estreita gama de parâmetros necessários para estabilizar esta morfologia não esféricas 5.
A abordagem induzida por auto-montagem de polimerização (PISA) resolve parcialmente os inconvenientes da abordagem Eisenberg, utilizando-se o processo de polimerização para conduzir a auto-montagem in situ, permitindo a síntese de nanopartículas de muito mais alto teor de sólidos (tipicamente 10-30% em peso) 6 -8. Em uma abordagem típica PISA, um processo de polimerização viva é utilizada para prolongar a cadeia de uma macroiniciador solvente solúvel (ou macro-CTA) com um monómero que é inicialmente solúvel no meio de reacção, mas forma um polímero insolúvel. A abordagem PISA foi usado para sintetizar micelas vermiformes testando sistematicamente um número de ex parâmetros rimentais e usando diagramas de fase detalhadas como um "roteiro" sintética 5,9.
Apesar de sua síntese desafiador, há um grande interesse em nanopartículas semelhantes a vermes, devido às suas propriedades interessantes em relação aos seus homólogos esféricas. Por exemplo, demonstramos que as micelas carregadas com droga de curta e longa vermiformes sintetizados usando uma abordagem PISA têm significativamente maior citotoxicidade in vitro em comparação com micelas esféricas ou vesículas 10. Outros têm mostrado uma correlação entre a proporção de nanopartículas e tempo de circulação sanguínea in vivo em modelos 11. Outros mostraram que a síntese de nanopartículas vermiformes utilizando uma metodologia PISA apropriada produz um gel macroscópico devido à nanoescala emaranhamento dos filamentos de nanopartículas. Estes géis demonstraram potencial como géis esterilizáveis, devido ao seu comportamento de sol-gel termorreversível 12.
onteúdo "> Este protocolo descreve um método que permite o in situ de monitorização da formação de micelas vermiformes simplesmente observando a viscosidade da solução durante a polimerização. Estudos anteriores de géis micelares vermiformes semelhantes demonstraram que acima de uma temperatura crítica, estes nanopartículas sofrer uma transição sem-fim-esfera reversível e assim formar dispersões de fluxo livre a temperaturas elevadas. até à data, estes sistemas têm utilizado um composto azo sensível ao calor para iniciar a polimerização controlada 13,14 e assim a gelificação não podem ser facilmente observados nestes sistemas durante a polimerização térmica. a partir destes estudos, foi colocada a hipótese de que a síntese de nanopartículas PISA derivados a temperaturas mais baixas pode permitir a observação deste comportamento de gelificação in situ.Recentemente, relatou a utilização de uma técnica temperatura ambiente fotopolimerização fácil para mediar o processo de PISA para produzir nanopartículas dediferentes morfologias 15. Aqui, um protocolo visualizado é apresentado para a síntese reprodutível de micelas vermiformes ao observar o comportamento viscosidade da solução durante a polimerização. A dispersão polimerização prossegue prontamente utilizando diodos emissores de luz disponíveis comercialmente (LEDs) (λ = 460 nm, 0,7 mW / cm2).
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Protocolo
1. Síntese e Caracterização de POEGMA Macro-CTA
- Adicionar oligo (etilenoglicol) éter metil metacrilato (OEGMA) (12 g, 4 × 10 -2 mol), 4-ciano-4- (phenylcarbonothioylthio) pentanóico (CPADB) (0,224 g, 8 x 10 -4 mol), 2,2'-azobis (2-metilpropionitrilo) (AIBN) (16,4 mg, 0,1 mmol) e 50 ml de acetonitrilo (MeCN) para um frasco de 100 ml de fundo redondo.
- Veda-se o balão com um septo de borracha e fios de aço adequadamente dimensionado e arrefecer o balão até a temperatura ambiente e <4 ° C num banho de gelo-água.
- Desoxigena-se o balão durante 30 minutos por borbulhamento de azoto directamente para a mistura reaccional através de uma agulha 21 G (0,8 mm x 120 mm) com uma segunda agulha 21 G (0,8 mm x 38 milímetros), que actua como um respiradouro.
- Colocar o balão num banho de óleo a 70 ° C durante 5,5 h antes de ser desactivada a polimerização por imersão num banho de gelo-água e expondo o conteúdo ao ar.
- Remova o MeCN por agitação sob acontinuous fluxo de ar comprimido e re-dissolver-se a mistura em bruto em ~ 40 ml de tetra-hidrofurano (THF).
- Adicionar o conteúdo do balão, gota a gota a 400 ml de uma mistura rapidamente agitada de éter de petróleo (pe 40-60 ° C) e éter dietílico (70:30, v / v) e continuar a agitar até que o sobrenadante não é mais turvo.
Nota: se arrefecia num banho de gelo pode ser utilizado para acelerar o processo de precipitação. - Decantar o sobrenadante e re-dissolve-se o resíduo de polímero em ~ 40 ml de THF.
- Repetir o processo de precipitação (passos 1,5-1,7) pelo menos mais duas vezes para assegurar a remoção completa de monómero residual OEGMA. Remover o excesso de solvente a partir do POEGMA purificada macro-CTA em primeiro lugar por agitação sob um fluxo contínuo de ar comprimido e de secagem num forno de vácuo (20 ° C, 10 mbar) durante 4 horas.
- Determinar o número do peso molecular médio do POEGMA macro-CTA por ressonância magnética nuclear (RMN) (M n, RMN) usando um método anteriormente relatado 15. Utilizando cromatografia de permeação de gel a 15 (GPC) (dimetilacetamida como fase móvel e padrões apropriados para calibração) calcular a dispersibilidade do polímero (D).
Nota: A utilização da síntese acima (passos 1,1-1,8) deve render um POEGMA macro-CTA com M n, RMN = 9.000, e D <1,15. Se o peso molecular (e dispersibilidade) do sintetizado POEGMA macro-CTA difere da síntese aqui apresentada (entre 7000 - 1000 g / mol), a formação de micelas semelhantes a vermes (como indicado por na gelificação in situ) ainda pode ocorrer usando a metodologia PISA subsequente apresentado em (seção 2) embora a um tempo de reação ligeiramente alterada.
2. Preparação de POEGMA- b -PBzMA Nanopartículas Usando PISA
- Prepara-se uma solução stock de 1 mg / ml de Ru (bpy) 3 Cl 2. 6H 2 O em etanol (EtOH). Guardar a solução estoque na geladeira para minimizar a evaporação do solvente.
- Ligue uma pipeta Pasteur com um pequeno chumaço de algodão com uma segunda pipeta para ajudar a embalá-lo firmemente. Pour óxido de alumínio básico para a pipeta, com o tampão de algodão para dar uma coluna de cerca de 5 cm. Remover o inibidor hidroquinona éter monometílico de BzMA comercial passando ~ 3 ml de BzMA através da coluna e recolhendo o eluente BzMA deinhibited.
- Adicionar POEGMA macroCTA (~ 9000 g / mol; 76,9 mg, 8,5 x 10 -6 mol)., Deinhibited BzMA (0,301 g, 1,71 x 10 -3 mole), Ru (bpy) 3 Cl 2 6H 2 O (128 mg, 1,71 x 10 -7 mol, 128 ul de uma solução a 1 mg / ml etanólico estoque), 0,383 mL de MeCN e 1,402 mL de EtOH (1.913 ml total de solvente, de 80% em peso, de 20 v / v% de MeCN) para um frasco de vidro de 4 ml .
- Execute o procedimento de desoxigenação como descrito nas etapas 1.2-1.3.
- Colocar o frasco dentro de um béquer de vidro de 2000 ml (Figura 2) alinhadas com tiras LED azul (λ max = 460nm, 0,7 mW / cm 2) e irradiar à temperatura ambiente com agitação magnética. Monitorar o frasco de reacção rotineiramente após 20 h e removê-la a partir do reactor, quando a solução de alta viscosidade forma um gel posição livre quando o frasco é invertido (Figura 3).
Nota: O tempo total para produzir um gel de free-standing deve ser de cerca de 24 horas de irradiação de luz azul usando as condições aqui apresentados. Pequenas diferenças nos reactores de irradiação de luz (dimensões físicas, intensidade, etc.) pode exigir condições ligeiramente diferentes (especificamente de tempo de reacção) para se conseguir a formação in situ de micelas semelhantes a vermes. - Após remoção do reactor, extinguir a polimerização por exposição do gel de nanopartículas ao ar durante alguns minutos, e de armazenar o frasco fechado vertical no escuro.
3. Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) por imagem das nanopartículas Morfologia
- Coloque cerca de 40 mg do nanopa brutoArtigo de gel (a partir da secção 2) num frasco de vidro de 4 ml.
- Continuamente agitar o gel de nanopartículas utilizando um misturador de vórtice e adicionar 4 mL de EtOH gota a gota durante um período de pelo menos 5 min. O gel deve tornar-se uma solução de fluxo livre durante a adição do solvente.
Nota: Se o gel é diluído com EtOH demasiado rapidamente ou não agitado adequadamente, pode ocorrer alguma precipitação das nanopartículas. Veja o passo 3.3. - Remova todos os agregados macroscópicos das nanopartículas diluído por filtração através de lã de vidro.
- Realizar TEM imagiologia (coloração com acetato de uranilo) da amostra diluída de acordo com um procedimento relatado anteriormente. 15
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Resultados
Neste estudo, o protocolo de polimerização em duas etapas é utilizado para a síntese de micelas semelhantes a vermes, utilizando uma abordagem PISA (Figura 1). No primeiro passo, a polimerização é realizada de OEGMA obtendo-se um macro-POEGMA CTA, que pode ser usado como um estabilizador no passo de polimerização subsequente. A polimerização prossegue PET-RAFT sob condições de dispersão, devido à insolubilidade do PBzMA em etanol que em última análise conduz à formação d...
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Discussão
Este protocolo visualizado demonstra a capacidade para controlar a formação de micelas vermiformes simplesmente observando o aparecimento de um comportamento do tipo gel. A utilidade desta abordagem reside na capacidade para controlar a formação de sem-fim durante a polimerização em comparação com outros métodos. Este procedimento pode ser realizado usando uma polimerização em duas etapas de dois monómeros disponíveis comercialmente (OEGMA e BzMA) para se obter POEGMA- b -PBzMA copolímeros dibloco anfifílicos a...
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Divulgações
Os autores não têm nada a divulgar.
Agradecimentos
CB agradece por sua bolsa Future do Australian Research Council (ARC-FT12010096) e da UNSW Australia.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Ácido 4-ciano-4- (fenilcarbonotiotiltio)pentanoico (CPADB) | Sigma-Aldrich | 722995-5G | |
| Oligo(etilenoglicol) éter metílico metacrilato (OEGMA) | Sigma-Aldrich | 447935-500ML | Médio Mn 300, contém 100 ppm MEHQ como inibidor, 300 ppm BHT como inibidor |
| 2,2′-Azobis(2-metilpropionitrila) (AIBN) | Sigma-Aldrich | ||
| Ru(bpy)3Cl2.6H2O | Sigma-Aldrich | 544981-1G | |
| Metacrilato de benzila (BzMA) | Sigma-Aldrich | 409448-1L | Contém hidroquinona de éter monometílico como inibidor |
| Óxido de alumínio ( básico) | Chem-Supply Pty Ltd Austrália | AL08371000 | |
| 95% Etanol (EtOH) | Sucrogen Bio Etanol | 80889 | |
| Acetonitrila (MeCN) | Chem-Supply Pty Ltd Austrália | RP1005-G2.5L | |
| Tetrahidrofurano (THF) | Chem-Supply Pty Ltd Austrália | TA011-2.5L | |
| Bebidas Espirituosas de Petróleo (40-60 ° C) | Chem-Supply Pty Ltd Austrália | PA044-2.5L | |
| Éter dietílico | Chem-Supply Pty Ltd Austrália | EA0362.5L | |
| Dimetilacetamida (DMAc) | VWR International Austrália | ALFA22916. M1 | Para análise de GPC |
| Pipetas Pasteur (230 mm) | Labtek | 355.050.503 | |
| Copos de vidro | Labtek | 025.01.902 (2L)/ 2110654 (1L) | 2 L é para anexar tiras de LED para formar o reator circular |
| Faixa de LED comercial | EcoLab | n/a | λ = 460 nm, 4.8 W/m |
| 4 ml Frascos de Vidro | Labtek | APC502214B | |
| 0.9 ml Cubeta de Quartzo | Starna Scientific Ltd | 21/Q/2 | |
| Agulha (0.8 mm x 38 mm) | Beckton Dickson | 302017 | Para reações desoxigenantes |
| Agulha (0.8 mm x 120 mm) | B Braun Portugal | 4665643 | Para reações de desoxigenação |
| Septos de rolha de manga (septo de borracha) | Sigma-Aldrich | z564680/z564702 | |
| Placas de agitação | VWR International Australia/In Vitro Technologies | 97018-488/RADRR91200 | |
| Misturador de vórtice | VWR International Australia | 412-0098 | |
| Forno a vácuo | In Vitro Tecnologias | MEMVO200 |
Referências
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Reimpressões e permissões
