Triplet Fusion Upconversion Nanocápsula Síntese
7 de setembro de 2022
Este protocolo detalha a síntese de nanocápsulas de upconversion para uso subsequente em resinas fotopolimerizáveis para impressão 3D volumétrica facilitada por upconversion de fusão tripleta.
As nanocápsulas de conversão Up permitem a geração espacial precisa de fótons de alta energia a partir de fótons de baixa energia. Sua implantação possibilita inovações em tecnologias como a impressão 3D volumétrica. Este protocolo mostra a fabricação de nanocápsulas encapsuladas de silicone duráveis.
Nosso procedimento é muito escalável e destacamos protocolos para síntese em duas escalas diferentes. Comece montando um porta-luvas com uma atmosfera inerte sob iluminação vermelha. Para preparar a solução saturada deste sensibilizante, adicione dois mililitros de ácido 99% oleico a 20 miligramas do sensibilizador em um frasco para injetáveis com uma barra de agitação.
Cubra o frasco para injetáveis com papel alumínio para o proteger da luz ambiente. Em seguida, adicione dois mililitros de ácido 99% oleico a 25 miligramas do aniquilador em um frasco para injetáveis com uma barra de agitação. Agitar a mistura a 600 RPM à temperatura ambiente durante, pelo menos, quatro horas.
Em seguida, filtre ambas as soluções com um filtro de seringa de PTFE de 0,45 micrômetro. Usando uma seringa, misture 0,7 mililitros da solução de negador do filtro. 0,35 mililitros da solução sensibilizadora filtrada.
E 0,7 mililitros de ácido oleico para preparar a solução de estoque de material de conversão. Em seguida, sob iluminação ambiente, adicione 200 mililitros de água deionizada ultrapura em um frasco de Erlenmeyer de 250 mililitros selado com um septo. Arrefecer o balão num banho de gelo durante, pelo menos, uma hora, até atingir cerca de cinco graus Celsius.
E prenda o septo usando filme de vedação. Imediatamente antes de preparar as nanocápsulas, traga a água gelada para o porta-luvas. Certifique-se de puxar apenas um vácuo leve na antecâmara ao trazer a água, puxando 20% de vácuo com base na medição do manômetro da antecâmara.
Depois de trazer a água para o porta-luvas, ligue imediatamente o recurso de purga do porta-luvas para contornar a coluna. Garantir todos os produtos químicos e consumíveis ao seu alcance, incluindo seringas e agulhas para dispensar optus e ortossilicato de tetraetila. 10k mPEG-Saline e pano de nylon para limpeza.
Ligue o liquidificador e cubra as tomadas eléctricas com um contentor de plástico ou pano de nylon. Despeje cuidadosamente a água no liquidificador. Adicionar 1,45 mililitros da solução-mãe de material de conversão ascendente numa porção com uma seringa no centro da água do liquidificador.
Afixe a tampa e cubra-a com um lenço de nylon. Misture a 22.600 RPM por exatamente 60 segundos enquanto segura a tampa do liquidificador para evitar pequenos vazamentos. Transferir a emulsão para um balão de fundo redondo de 500 mililitros.
Prender o balão a uma placa de agitação com uma braçadeira. Adicione uma barra de agitação em forma de ovo e misture a emulsão vigorosamente a 1200 rpm. Usando uma seringa, adicione 0,75 mililitros de optus à emulsão para gerar uma solução clara de micelas.
Adicione quatro gramas de 10k mPEG-Silano para evitar a agregação da cápsula. Agitar o balão para se certificar de que está disperso. E mexa a 1200 RPM por aproximadamente 10 minutos.
Depois de mexer, adicione 15 mililitros de ortossilicato de tetraetilo em uma porção usando uma seringa de 20 mililitros. Adicione mais 15 mililitros em uma porção. Fixar o septo no balão e agitar a 1200 RPM durante 30 minutos.
Retire o balão e os resíduos do porta-luvas. Fixar o balão numa placa de agitação com um elemento de aquecimento e ligar o balão a uma linha de schlenk para manter a reacção a uma pressão constante sob um gás inerte. Mexa e aqueça a reação a 1200 RPM por 40 horas a 65 graus Celsius.
Em seguida, desconecte a reação da linha schlenk e adicione quatro gramas de 10k mPEG-Silano. Reconecte a reação à linha schlenk. Mexa e aqueça a reação por oito horas.
Após oito horas, desligue o lume e deixe a reacção arrefecer à temperatura ambiente enquanto mexe a 1200 rpm. Em seguida, centrifugar a suspensão em tubos de centrífuga a 8.670 G por uma hora a 22 graus Celsius. Descarte o pellet e retenha o sobrenadante que contém as nanocápsulas.
Novamente, centrifugar o sobrenadante por 14 a 16 horas. Descarte o sobrenadante e colete o pellet contendo nanocápsulas de conversão ascendente. Usando uma pipeta, lave cuidadosamente a superfície superior do pellet da nanocápsula duas vezes com 10 mililitros de água deionizada ultrapura.
Com uma espátula, transfira a pasta de nanocápsula para frascos de cintilação separados de 20 mililitros. E traga imediatamente os frascos para o porta-luvas e caracterize a preparação da nano cápsula. Conecte o misturador de vórtice e defina a velocidade para a configuração mais alta a 3.200 rpm.
Usando uma micropipeta, adicione 145 microlitros de solução de estoque de aniquilador sensibilizador a 20 mililitros de água poupada. Afixe a tampa com fita adesiva ou filme de teto. Vórtice a solução durante sete minutos, mantendo o frasco para injetáveis perto da base.
Afixe o frasco para injetáveis numa placa de agitação e agite a emulsão a 1 200 RPM com uma barra de agitação em forma de octógono. Usando uma micropipeta, adicione 75 microlitros de optus para gerar uma solução clara de micelas. E então, adicione imediatamente 400 miligramas de 10k mPEG-Silano.
Agite o frasco para injetáveis para misturar oficialmente a reação e devolva o frasco para injetáveis à placa de agitação. Usando uma seringa, adicione três mililitros de ortossilicato de tetraetila enquanto a reação está sendo agitada a 1200 rpm. Agite o frasco para injetáveis e, em seguida, mexa a reação a 1200 RPM até que seja retirado do porta-luvas.
Sele o frasco para injetáveis com fita adesiva ou película de fecho e retire o frasco para injetáveis do porta-luvas. Aqueça a solução a 65 graus Celsius enquanto a agita a 1200 RPM durante 40 horas. Em seguida, adicione 400 miligramas de 10k mPEG-Silano e mexa a reação por oito horas.
Uma imagem de microscopia eletrônica de varredura da nanocápsula de upconversion obtida usando este protocolo, mostrou nanocápsulas monodispersas com um diâmetro de aproximadamente 50 nanômetros. Sob o vácuo ultra alto necessário para esta medição, as nanocápsulas se fundem após aproximadamente 30 minutos. Como visto por traços dinâmicos de dispersão de luz, diâmetros de nanocápsulas de conversão ascendente semelhantes podem ser gerados a partir de protocolos de grande ou pequena escala.
Com um diâmetro hidrodinâmico médio de 75 nanômetros para o lote grande e 66 nanômetros para o lote pequeno. A caracterização óptica mostrou que após uma radiação com um laser de 635 nanômetros a emissão de upconversion de antrosina estava presente. Significando que a casca de sílica permaneceu intacta nas nano cápsulas.
Existem pequenos detalhes que podem fazer uma grande diferença no desempenho da nanocápsula. Tome cuidado para proteger a reação do oxigênio ambiente e adicione o volume adequado de teste do aplicativo. Os pesquisadores são capazes de maximizar o desempenho de upconversion usando estes em nanocápsulas análogas.
Além disso, usando essa técnica, os pesquisadores podem fazer nanocápsulas para incorporação em uma resina de impressão 3D acionada por luz.
Visão Geral
Este protocolo detalha a síntese de nanocápsulas de conversão ascendente, que permitem a geração de fótons de alta energia a partir de fótons de baixa energia. Essas nanocápsulas são utilizadas em resinas fotopolimerizáveis para impressão 3D volumétrica.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Nanotecnologia
- Fotônica
- Impressão 3D
Contexto
- As nanocápsulas de conversão ascendente convertem fótons de baixa energia em fótons de alta energia.
- Elas possuem aplicações potenciais em tecnologias avançadas de fabricação.
- Este protocolo descreve um método escalonável para a síntese dessas nanocápsulas.
- Destaca-se a encapsulação durável em silicone para melhorar o desempenho.
Objetivo do Estudo
- Fornecer um protocolo detalhado para a síntese de nanocápsulas de upconversion.
- Facilitar o uso delas em aplicações de impressão 3D volumétrica.
- Demonstrar a escalabilidade no processo de síntese.
Métodos Utilizados
- Preparação de soluções de sensibilizador e aniquilador sob atmosfera inerte.
- Mistura por emulsão e agitação para criar nanocápsulas.
- Centrifugação para isolamento de nanocápsulas com conversão ascendente.
- Caracterização das nanocápsulas utilizando microscopia eletrônica de varredura.
Resultados Principais
- Síntese bem-sucedida de nanocápsulas monodispersas com diâmetro médio de aproximadamente 50 nanômetros.
- Métodos de produção escalonáveis geram tamanhos consistentes de nanocápsulas.
- A caracterização confirma a funcionalidade das nanocápsulas para conversão de fótons.
- Potencial demonstrado para aplicação em tecnologias de impressão 3D.
Conclusões
- O protocolo fornece um método confiável para a síntese de nanocápsulas de conversão ascendente.
- Essas nanocápsulas podem aprimorar as capacidades de impressão 3D volumétrica.
- Trabalhos futuros podem explorar aplicações adicionais em fotonica e nanotecnologia.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Nanocápsulas de conversão ascendente por fusão de tríades permitem a geração espacialmente precisa de fótons de alta energia a partir de entrada de baixa energia, abordando desafios de longa data no gerenciamento de fótons para manufatura avançada. O design robusto com encapsulamento em sílica supera barreiras relacionadas à solubilidade, sensibilidade ao oxigênio e durabilidade, liberando novas capacidades para impressão 3D volumétrica e fotopadronização. Essa síntese escalonável posiciona as nanocápsulas de conversão ascendente como uma plataforma reutilizável para tecnologias baseadas em fótons em pesquisa e desenvolvimento&D pipelines.
Aplicações Estratégicas em P&D Biofarmacêutico
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a investigação de processos biológicos impulsionados por fótons em ambientes controlados.
- Apoia a desmistificação mecanicista ao fornecer fontes de fótons estáveis e reprodutíveis para sistemas experimentais.
- Facilita a validação funcional de alvos ativados pela luz em modelos relevantes para doenças.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Prepara sistemas validados de nanocápsulas para integração em plataformas de ensaio fotônicas.
- Fornece sinais padronizados e reprodutíveis de conversão ascendente para triagem quantitativa.
- Permite produção em escala para desenvolvimento de ensaios de alto rendimento e avaliação de compostos.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha-se com estratégias translacionais de biomarcadores que exigem entrega precisa de luz em matrizes complexas.
- Apóia a continuidade desde a descoberta até a validação pré-clínica em fluxos de trabalho habilitados por fotonica.
- Reduz o risco no avanço de conceitos terapêuticos ativados por luz, garantindo durabilidade e desempenho dos materiais.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
A síntese de nanocápsulas de conversão ascendente integra-se ao continuum de descoberta a pré-clínico, permitindo ensaios acionados por fótons, estudos mecanicistas e fluxos de trabalho avançados de manufatura.
- Biologia da Descoberta: Fornece uma plataforma para testes de hipóteses e esclarecimento de vias utilizando entrega controlada de fótons.
- Triagem: Oferece saídas quantitativas e reprodutíveis de conversão ascendente para prontidão de ensaios e triagem de compostos.
- Análises: Apoia a medição da eficiência de conversão de fótons e da estabilidade de nanocápsulas para análise comparativa.
- Pesquisa Translacional: Conecta as fases de descoberta e pré-clínica ao permitir intervenções baseadas em luz em sistemas relevantes.
- Reutilização Empresarial: Estabelece uma plataforma de nanocápsulas escalável e adaptável para diversas aplicações em fotônica.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista em estudos impulsionados por fótons.
- Valor Operacional: Oferece uma síntese padronizada, escalável e reprodutível de nanocápsulas para equipes de P&D.
- Valor Estratégico: Melhora a tomada de decisões de prosseguimento ou interrupção de projetos e a eficiência no uso de capital em portfólios baseados em fotonica.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de programas terapêuticos e diagnósticos ativados por luz.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência na síntese de nanomateriais e integração de ensaios fotônicos.
- Exige acesso a instalações com atmosfera inerte e instrumentação analítica para caracterização.
- Necessita padronização entre equipes para reprodutibilidade e escalabilidade.
- Adaptável a diversos esquemas de conversão ascendente e compatível com múltiplos sistemas de resina.
- Desempenho sensível à exposição ao oxigênio e ao manuseio preciso de reagentes, conforme apoiado pelos detalhes do protocolo.
