Методическая статья

Свойства Электроактивный полимер наночастицы Участие фототермические

DOI:

10.3791/53631

⸱

8 января 2016 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Представлен протокол для синтеза и получения наночастиц, состоящих из электроактивных полимеров.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Продемонстрирован метод синтеза электроактивных полимеров, начиная с синтеза мономеров с расширенной конъюгацией с использованием трехступенчатого процесса, который заканчивается соединением Негиши. Соединение Нэгиши — это процесс перекрестного связывания, при котором сначала литифицируется химический предшественник, а затем происходит трансметаллизация с помощью ZnCl2. Полученное органоцинковое соединение может быть соединено с дибромированным ароматическим предшественником с получением конъюгированного мономера. Полимерные пленки могут быть получены путем электрополимеризации мономера и охарактеризованы с помощью циклической вольтамперометрии и ультрафиолетовой спектроскопии видимого и ближнего инфракрасного диапазона (UV-Vis-NIR). Наночастицы (НЧ) получают путем эмульсионной полимеризации мономера с использованием системы с двумя поверхностно-активными веществами с получением водной дисперсии полимерных НЧ. Характеристики НЧ охарактеризованы с помощью динамического рассеяния света, электронной микроскопии и УФ-ВИК-спектроскопии. Цитосовместимость НЧ исследуется с помощью анализа жизнеспособности клеток. Наконец, суспензии NP облучают NIR-лазером, чтобы определить их эффективность в качестве потенциальных материалов для фототермической терапии (PTT).

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Электроактивные полимеры изменить свои свойства (цвета, проводимость, реактивность, объем и т.д.) в присутствии электрического поля. Быстрые времена переключения, перестройки частоты, долговечность и легкий характеристики электроактивных полимеров привели к многочисленным предлагаемых приложений, в том числе альтернативной энергетики, датчиков, Electrochromics и биомедицинских устройств. Электроактивные полимеры потенциально полезными в качестве гибких, легких батареи и электродов конденсаторов. 1 Приложения электроактивных полимеров в электрохромных устройств включают в себя системы антиивобликовый для зданий и автомобилей, солнцезащитные очки, защитные очки, оптических запоминающих устройств и смарт-тканей. 2-5 Умные окна могут снизить энергетические потребности блокируя определенные длины волн света по требованию и защиты интерьеры домов и автомобилей. Умные текстиль можно использовать в одежде, чтобы помочь защитить от УФ-излучения. 6 Электроактивные полимеры имеют ALSО начали использовать в медицинских устройствах. Среди электроактивных полимеров, используемых в биомедицинских устройств, полипиррол (PPy), полианилин (ПАНИ), и поли (3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT) являются одними из наиболее распространенных. Например, эти типы полимеров обычно используются в качестве преобразователей в биосенсора устройств 7 Применение в терапевтической доставки также показали обещание. исследования показали, высвобождение лекарственных средств и терапевтических белков из устройств, изготовленных из электроактивных полимеров. 8-12 Совсем недавно, электроактивных полимеров были использованы в качестве терапевтических средств при лечении фототермической. 13-15 В фототермической терапии, фототермические агенты должны поглощать свет в ближнем -Инфракрасный (БИК) области (~ 700-900 нм), также известный как терапевтическое окно, в котором свет имеет максимальную глубину проникновения в ткани, как правило, до 1 см. 16,17 В этом диапазоне, биологические хромофоры, такие как гемоглобин , оксигемоглобина, липиды, и вода имеют мало к неПоглощение, которая позволяет свету легко проникать. При фототермические агенты поглощают свет в этом терапевтическое окно, то фотоэнергетических преобразуется в фототермической энергии.

Ирвин с сотр, ранее сообщалось, алкокси-замещенную бис-Edot бензола мономеры, которые были синтезированы с использованием Negishi сцепление. 18 Негиши муфты является предпочтительным способом для образования углерод-углеродной связи. Этот способ имеет много преимуществ, в том числе использование промежуточных цинкорганических, которые менее токсичны и имеют тенденцию к более высокой реакционной чем другие металлоорганические используется. 19,20 Цинкорганические соединения также совместимы с широким спектром функциональных групп на organohalides. 20 в Негиши реакцию сочетания, А.Н. organohalide и металлорганическое соединены посредством использования палладия (0) катализатора. 20 В работе, представленной в данном документе, этот метод кросс муфта используется в синтезе 1,4-диалкокси-2,5-бис ( 3,4-ethylenedioxythienyl) бензолNE (BEDOT-B (OR) 2) мономеров. Эти мономеры могут быть легко полимеризуется электрохимически или химически с образованием полимеров, которые являются перспективными кандидатами для использования в биомедицинских применений.

Обычные способы получения коллоидных суспензий полимерных в водных растворах для биомедицинских применений обычно включают растворение блочных полимеров с последующим nanoprecipitation или эмульсии растворитель методов испарения. 21,22 Для получения NPS поли (BEDOT-B (OR) 2) , снизу вверх подход демонстрируется здесь, где наночастицы синтезируются с помощью на месте эмульсионной полимеризации. Эмульсионная полимеризация представляет собой процесс, который легко масштабируется и является относительно быстрым способом получения НП. 22 Исследования с использованием эмульсионной полимеризации для получения NPS других электроактивных полимеров были зарегистрированы для Ppy и PEDOT. 15,23,24 PEDOT наночастицы, например, были получены с использованием спрей эмульсии рolymerization. 24 Этот метод трудно воспроизвести, и, как правило, приводит к более крупные, микронных размеров частиц. Протокол, описанный в этой статье исследует использование метода раскрывающемся ультразвуком воспроизводимо приготовить 100 нм полимерных NPS.

В этом протоколе, электроактивные полимеры с учетом поглощают свет в ближней инфракрасной области спектра, похожий на ранее сообщалось поли (BEDOT-B (OR) 2) синтезируются и характеризуется продемонстрировать свой потенциал в электрохромных устройств и, как PTT агентов. Во-первых, протокол для синтеза мономеров через Негиши связи описан. Мономеры характеризуются использованием ЯМР и УФ-VIS-NIR спектроскопии. Подготовка НП коллоидных суспензий с помощью полимеризации окислительного эмульсии в водных средах также описано. Методика основана на процессе эмульсионной полимеризации двухступенчатой ​​описанной ранее Хан и др., Которые наносят на различных мономеров. Система двух поверхностно-используется для управления монодисперсность NP. Жизнеспособность клеток анализ используется для оценки cytocompatibility из наночастиц. Наконец, потенциал этих наночастиц выступать в качестве PTT преобразователей продемонстрирована путем облучения с NIR лазера.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Внимание: Пожалуйста, обратитесь все соответствующие листы безопасности (SDS) перед использованием. Некоторые из реагентов, используемых в этих синтезах являются потенциально опасными. Пожалуйста, используйте все необходимые практики безопасности, включая средства индивидуальной защиты (защитные очки, перчатки, плащи, длинные штаны, и закрытую обувь), а также выполнять синтез в вытяжных. Литиирующего особенно опасны и должны выполняться только обученным лиц с контролем.

1. Мономер Синтез

Примечание: На рисунке 1 показана химическая маршрут для подготовки прекурсоров и мономеров, синтез описан в разделах 1.2 - 1.5.

  1. Материалы
    1. Очищают Edot, как описано выше. 25
    2. Перекристаллизовывают тетрабутил перхлорат аммония (TBAP) из этилацетата и сушили под вакуумом в течение 24 ч. Титрование н-бутиллитий (nBuLi, 2,5 М в гексане), как описано в Хойе и др. 26 в 48 ч до использования для определения фактической концентрации.
    3. Сухой сульфатом магния и карбонат калия при 100 ° С в течение 24 ч перед использованием. Используйте все другие химические вещества, используемые в настоящем протоколе как получено.
  2. Синтез 1,4-Dialkoxybenzenes
    Примечание: 1А показано получение 1,4-dihexyloxybenzene использованием 1-bromohexane.
    1. Персонаже в трехгорлую круглодонную колбу сушили в сушильном шкафу с перегородкой, вводом для аргона адаптера, и конденсатор, снабженный выхода газа, подключенного к адаптеру барботер. Добавить мешалку в колбе до уплотнения.
    2. Подключение входной переходник к линии Шленка с использованием поли (винилхлорид) (PVC) труб и очистить в круглодонную колбу аргоном.
    3. Добавить 12,5 г (113,5 ммоль) гидрохинона в круглодонную колбу и растворить его в 20 мл безводного ТГФ (тетрагидрофурана) при перемешивании.
    4. Отдельно растворяют 14 г (250 ммоль) КОН в 30 мл этанола в одном шеикруглодонную колбу и размешать до полного растворения.
    5. После растворения медленно добавить раствор КОН в трехгорлую круглодонную колбу с помощью шприца. Разрешить смесь перемешивают в течение 1 часа.
    6. Через 1 ч добавляют 250 ммоль 1-bromoalkane к реакционной смеси.
    7. Реакционную смесь нагревают с обратным холодильником в течение 24 ч при перемешивании в атмосфере аргона.
    8. Через 24 часа дают реакционной смеси остыть до комнатной температуры и добавить 15 мл ДИ воды и 10 мл дихлорметана.
    9. Передача смесь в делительную воронку. Изолировать органический слой и мыть его три раза с 10 мл дистиллированной воды.
    10. Сушат органический слой над 15 г MgSO 4 в течение 15 мин.
    11. Извлеките MgSO 4 с помощью вакуумной фильтрации через фильтровальную бумагу.
    12. Растворитель удаляют из отфильтрованного раствора с помощью роторного испарителя при 50 ° С и 21 кПа с получением 1,4-dialkoxybenzene в виде неочищенного твердого вещества белого цвета.
    13. Перекристаллизовывают сырой продукт добавлением только достаточно горячего этанола срастворения продукта. После растворения место в бане со льдом, чтобы вызвать кристаллизацию.
    14. Сбор кристаллов вакуумной фильтрацией через фильтровальную бумагу и промывают холодным этанолом.
    15. Сушат кристаллы в вакууме в течение 24 ч при комнатной температуре и не хранить их в атмосфере аргона до дальнейшего использования. Эта процедура производит 1,4-dihexyloxybenzene.
    16. Охарактеризуйте продукт, используя точку плавления и 1 H и 13 C ЯМР-спектроскопии. 27
  3. Синтез 1,4-Dialkoxybenzenes содержащих сложноэфирные фрагменты
    Примечание: 1В показывает химический маршрут для получения 1,4-dialkoxybenzene использованием этил-4-бромбутаноата.
    1. Персонаже в трехгорлую круглодонную колбу сушили в сушильном шкафу с перегородкой, вводом для аргона адаптера, и конденсатор, снабженный выпускным стекла адаптера, соединенного с барботером. Добавить мешалку в колбе до уплотнения.
    2. Подключите входной переходник к линии Шленка с использованием трубки ПВХ и очистить аргоном.
    3. Взвесьте 1,88 г (93,5 ммоль) KI и 15.69 г (93,3 ммоль) K 2 CO 3 и добавить в круглодонную колбу.
    4. Добавить 25 мл безводного N, N-диметилформамиде (ДМФ) и перемешивают до тех пор, пока соли растворяются.
    5. После растворения, добавить 2,5 г (18,7 ммоль) гидрохинона к реакционной смеси и оставляют реакционную смесь перемешиваться до полного растворения.
    6. Когда все твердые вещества растворяют, добавьте 46,8 ммоль алкильной bromoalkanoate; нагревать реакционную смесь при кипении в течение 24 ч в атмосфере аргона при непрерывном перемешивании.
    7. Удалить реакционной смеси от жары и дайте ему остыть до комнатной температуры.
    8. Передача реакционной смеси в делительную воронку и добавляют воду (20 мл) и этилацетат (20 мл), чтобы извлечь органический слой. Изолировать органический слой и мыть его три раза водой (20 мл порциями).
    9. Сушат органический слой над 15 г MgSO 4 в течение 15 мин. После сушки над MgSO 4 удалить из смеси с помощью вакуумной фильтрации через филтер бумаги.
    10. Растворитель удаляют с помощью роторного испарителя при температуре 100 ° С и 21 кПа. Сушат сырой продукт в вакууме при комнатной температуре O / N.
    11. Перекристаллизовывают продукта путем добавления только достаточно горячего этанола, чтобы растворить все твердое вещество. После растворения охлаждают колбу на льду и позволяют кристаллы в форме. Соберите продукт с помощью вакуумной фильтрации и промыть холодной этанола.
    12. Сушат кристаллы в вакууме при комнатной температуре в течение 24 ч и не хранить в атмосфере аргона до дальнейшего использования. Эта процедура дает 1,4-бис (этил бутаноилокси) бензол.
    13. Охарактеризуйте продукт, используя точку плавления и 1 H и 13 C ЯМР-спектроскопии. 28
  4. Синтез 1,4-диалкокси-2,5-dibromobenzenes
    Примечание: Химический путь для подготовки 1,4-диалкокси-2,5-dibromobenzenes показано на рисунке 1А и 1В.
    1. Установить сухую трехгорлую круглодонную колбу с трубкой дл подачи аргона, постоянное давление капельной воронкой закрывалистеклянной пробкой или перегородки, и выпускное отверстие, подключен к пластиковой трубке, снабженной инвертированным воронку стекла подвесного течение 1 М раствора NaOH.
    2. В этом круглодонную колбу, растворяют 218 ммоль 1,4-dialkoxybenzene в дихлорметане (15 мл).
    3. Отдельно добавить 12 мл (598 ммоль) Br 2 в 250 мл колбу и разбавляют дихлорметаном (12 мл).
    4. Передача Br 2 / дихлорметан решение постоянной капельной воронки давление. Добавл ют по капле раствор в Br 2 в трехгорлую круглодонную колбу при перемешивании в атмосфере аргона в течение определенного периода 2 ч.
    5. После завершения добавления, позволяют реакционную смесь в O / N при непрерывном потоке аргона.
    6. Гасят реакцию добавлением деионизированной воде (20 мл), и выливают смесь в делительную воронку.
    7. Изолировать органический слой и мыть три раза дистиллированной водой (порциями по 20 мл). Сушат органический слой над 15 г MgSO 4 в течение 15 мин.
    8. Снимите MgSO 4 повакуумную фильтрацию через фильтровальную бумагу, и удаляют растворитель с помощью роторного испарителя при 75 ° С и 21 кПа.
    9. Очищают сырую 1,4-диалкокси-2,5-дибромбензол добавлением только достаточно горячего этанола, чтобы растворить все твердое вещество. После растворения охлаждают колбу на льду и позволяют кристаллы в форме. Соберите продукт с помощью вакуумной фильтрации и промыть холодной этанола.
    10. Сушат очищенного продукта под вакуумом при комнатной температуре O / N; хранить в атмосфере аргона.
    11. Охарактеризуйте продукт, используя точку плавления и 1 H и 13 C ЯМР-спектроскопии. 27,28
  5. Негиши Взаимодействие 1,4-диалкокси-2,5-dibromobenzenes с 3,4-этилендиокситиофена (Edot)
    Примечание: На рисунке 1C показывает Negishi соединение 1,4-диалкокси-2,5-dibromobenzenes с Edot с образованием мономеров M1 и M2.
    1. Установить чистую трехгорлую круглодонную колбу с перегородкой, конденсатора, снабженную адаптером управления потоком на входе соединенного с аргоном, и кон потока газа на выходеTrol адаптер, подключенный к барботер.
    2. Подключите входной переходник для линии Шленка с использованием толстостенных труб из ПВХ. Начало токе аргона в реакционную колбу в течение нескольких минут.
    3. Использование горелку, пламенно-высушить аппарат в вакууме и продувают аргоном три раза, чтобы обеспечить безвоздушного среды.
    4. Взвешивают 1,07 г (10 ммоль) очищенного Edot и добавить в реакционную колбу с помощью шприца вставлен через перегородку. Развести Edot с безводном ТГФ (20 мл) и перемешивают в атмосфере аргона.
    5. Холод колбу, содержащую раствор Edot использованием сухой лед / ацетон в течение 15 мин при -78 ° С.
    6. Через 15 мин медленно добавляют 11 ммоль nBuLi в каплям раствор гексана при поддержании температуры при -78 ° С. Реакционную смесь перемешивают при -78 ° С в течение 1 часа.
      Примечание: точная концентрация nBuLi должны быть определены путем титрования до использования в соответствии с разделом 1.1.
    7. После 1 часа перемешивания удалить сухой лед / ацетон батыс.
    8. Сразу после удаления бане, добавить 14.13 мл 1,0 М ZnCl 2 каплям раствора. Разрешить реакции протекать в течение 1 часа при перемешивании при комнатной температуре.
    9. После 1 часа перемешивания добавляют 4 ммоль 1,4-диалкокси-2,5-дибромбензола и 0,08 ммоль тетракис (трифенилфосфин) палладий (0) к реакционной смеси.
    10. Реакционную смесь нагревают с обратным холодильником в (70 ° C) в масляной ванне.
    11. Отслеживать ход реакции с помощью тонкослойной хроматографии (ТСХ): Делайте небольшие (0,2 мл) аликвот реакционной смеси в день, используя шприц и выпадают в осадок в 2 мл 1 М HCl. Выписка с 2 мл CHCl 3 и определить выдержку по кварцевого пластину ТСХ наряду пятен решений Edot и appropriate1,4-диалкокси-2,5-дибромбензола. Элюируют 60:40 этилацетат: гексан.
    12. Когда реакция завершена, дают реакционной смеси остыть до комнатной температуры. Гасят реакцию добавлением 10 мл 1 М HCl с последующим добавлением дихлорметана (20 мл).
    13. Трansfer в делительную воронку и изолировать органический слой.
    14. Промыть органический слой деионизированной водой до тех пор, вода для стирки, больше не станет кислым. Тест на кислотность промывной воды с рН бумаги.
    15. Сушат органический слой над 15 г MgSO 4, фильтруют и удаления растворителя с использованием роторного испарителя при 50 ° С и 21 кПа с получением неочищенного расширенный сопряжения мономера (M1 или M2) в виде желтого твердого вещества-оранжевый.
    16. Перекристаллизовывают сырой продукт с помощью горячего раствор 3: 1 этанол: бензол решение для M1 или 7: 2 гексан: бензол для М2. Добавьте достаточно просто горячей смеси растворителей для растворения твердого вещества. После растворения охлаждают колбу на льду и позволяют кристаллы в форме. Соберите продукт с помощью вакуумной фильтрации и промыть холодной этанола.
    17. Сушат продукт в вакууме в течение 24 ч при комнатной температуре. Хранить в темноте в атмосфере аргона.
    18. Охарактеризуйте продукт, используя точку плавления и 1 H и 13 C ЯМР-спектроскопии. 18

2. Электрохимия

  1. Электрополимеризации
    1. В 50 мл мерную колбу подготовить 100 мМ тетрабутиламмоний перхлорат (TBAP) раствора электролита в безводном ацетонитриле (CH 3 CN).
    2. В 10 мл мерную колбу подготовить 10 мМ мономер (M1 или M2) раствор использованием CN решение 100 мМ TBAP / CH 3 в качестве разбавителя.
    3. Добавить серебряной проволоки (псевдо-электродный) и флаг платины (противоположный электрод) к абсолютно сухой электрохимической ячейки.
    4. Вставка свеже полированной кнопку платины (2 мм 2 диаметр) для использования в качестве рабочего электрода. Убедитесь, что в нижней части кнопки платинового электрода не касаясь дна электролизера.
    5. Заполните электрохимическую ячейку с достаточным раствора мономеров электролита для того, чтобы кончики всех трех электродов погружают в раствор.
    6. Де-аэрации раствора в течение 5 мин, аккуратно кипящей аргона через иглу, погруженную в гое решение.
    7. Поднять иглу на 2 мм выше раствору и продолжают потоком аргона в течение всего эксперимента, чтобы поддерживать атмосфере аргона над раствором.
    8. Подсоединения электродов к потенциостата и начинают полимеризацию циклически приложенный потенциал пять раз со скоростью развертки 100 мВ / с и потенциального диапазона от -1,5 В до +1,0 В.
    9. Запишите выходной ток во время этого процесса для генерации циклических вольтамперограммы.
  2. Полимер электрохимии
    1. После того, как полимерная пленка наносится на рабочем электроде кнопки платины, удалить все электроды из раствора электролита мономера и осторожно промыть раствором электролита мономера свободной (3 мл).
    2. Добавить электроды чистой электрохимической ячейки и добавить достаточно раствора электролита мономера свободной для того, чтобы кончики всех трех электродов погружают в раствор.
    3. Подключите электроды к потенциостата. Цикл приложенный потенциал TWO раз в размере развертки 50 мВ / сек и потенциалов между -1.5 V и +1.0 В.
    4. Повторите эксперимент при 100, 200, 300, и 400 мВ / с. Запишите выходной ток в течение каждого эксперимента, чтобы генерировать циклические вольтамперограммы.
  3. Подготовка Electropolymerized Фильмы для УФ-VIS-NIR спектроскопии и фототермические исследований
    1. Подготовка полимерных пленок, как описано в разделе 2.1 выше, на этот раз с помощью оксида индия и олова (ITO) -покрытие предметное стекло в качестве рабочего электрода. Выращивают полимерных пленок более 5 циклов при скорости сканирования 100 мВ / с.
    2. После осаждения полимера, снять электроды из раствора мономера и промыть ацетонитриле (5 мл).
    3. Храните полимерную пленку в ацетонитриле до спектроскопических исследований.

3. Подготовка НП

Рисунок 2 показывает схему процесса, используемого для приготовления НП через эмульсионной полимеризации.

  1. Прepare раствор 1 мл 2% (вес / объем) поли (4-стиролсульфокислоту и малеиновой кислоты) (PSS-CO-MA) в воде в стеклянный флакон. Добавьте небольшое магнитной мешалкой в ​​ампулу. Это водную фазу.
  2. Подготовьте 100 мкл 16 мг / мл раствора мономера в хлороформе в микроцентрифужных трубки.
  3. Готовят органический раствор путем растворения 0,03 г додецилбензолсульфокислоты (БРЮА) в растворе мономера 100 мкл. Смешайте органический раствор с использованием автоматического миксера вихревую в течение 30-60 мин с целью обеспечить гомогенность раствора.
  4. Добавить органическую фазу по каплям водной фазы в 10 мкл порции при перемешивании магнитной мешалкой до полного объема органического раствора не используется. Разрешить перемешивания в течение 60 сек между ними добавками.
  5. Добавляют 2 мл воды, чтобы растворить смесь. Извлеките мешалкой из флакона.
  6. Разрушать ультразвуком эмульсии с использованием ультразвукового зонда в общей сложности 20 сек в 10-секундными интервалами при амплитуде 30%, тогда как погружениефлакон на бане со льдом.
  7. Снимите флакон образец из ледяной бане, заменить мешалку, и продолжают перемешивание эмульсии.
  8. Добавить 3,8 мкл 100 мг / мл раствора FeCl 3 в воде в мономерной эмульсии. Дайте полимеризации происходит в течение 1 ч при непрерывном перемешивании. Это дает протокола ИГ полимера, стабилизированный PSS-CO-MA.
  9. Снимите подвеску NP от мешалки и передачи в 7 мл центрифужные пробирки. Центрифуга суспензии при 75,600 мкг в течение 3 мин; извлечения супернатанта и отбросить гранул.
  10. Диализировать супернатант в течение 24 часов с использованием 100 кДа молекулярной массой отсечки (MWCO) для диализа.

4. Полимерные пленки и НП характеристика

Примечание: Охарактеризовать полимерных пленок и NPS с помощью УФ-VIS-NIR спектроскопии, и наночастицы, использующие динамического рассеяния света, дзета-потенциал, анализ и электронную микроскопию.

  1. Определение полимеров поглощения в УФ-Vis-NИК-спектр 29
    1. NP суспензии: Перевести суспензии в кварцевой кювете и приобрести спектр от 300 - 1000 нм с интервалом сканирования от 5 нм.
    2. Окисленные полимерные пленки: Перенести ИТО предметное стекло с полимерным покрытием в кварцевой кювете и заполнить кювету с безводного ацетонитрила. Добавьте 2 капли в 100 мг раствора / мл FeCl 3 в CHCl 3 к ацетонитрила и смешать, чтобы полимерная пленка полностью окисляется. Приобретать спектр от 300 - 1000 нм с интервалом сканирования от 5 нм.
    3. Снижение полимерные пленки: Перенести ИТО предметное стекло с полимерным покрытием в кювету и заполнить кювету с безводного ацетонитрила. Добавьте одну каплю гидразина в жидкость и перемешать, чтобы обеспечить полимерная пленка полностью снижена. Приобретать спектр от 300 - 1000 нм с интервалом сканирования от 5 нм.
  2. Определение НП Размер Используя динамический свет рассеяния (DLS) 30
    1. Включите DLS инструмента и позволяютэто прогреться в течение 15 мин.
    2. Разбавления суспензии NP в воде до концентрации 0,01 мг / мл и поместите в одноразовой кювете полистирола.
    3. Поместите кювету в читателя и начать измерение.
  3. Определение НП дзета-потенциал 31
    1. Включите дзета-потенциал инструмента и дайте ему прогреться до 30 мин.
    2. Подготовка образца путем разбавления 200 мкл суспензии NP в 800 мкл 10 мМ раствора KCl.
    3. Заполните одноразовую кювету с полистирольной 700 мкл образца.
    4. Вставка дзета-потенциал электрода клетки в образце гарантируя, что не было пузырей в ловушке между электродами или в пути лазерного луча.
    5. Вставьте кювету в прибор и следуйте инструкциям программного обеспечения для запуска измерения.
  4. Определение НП Размер Использование сканирующей электронной микроскопии (SEM) 32
    1. Оставьте литье 10 мкл суспензии NP на Si пластин идать высохнуть.
    2. Sputter пальто высушенные NPS с 2 нм иридия.
    3. Изображение образцов при рабочем расстоянии 5 мм и на 5 кВ.

5. Исследовать Cytocompatibility в НП

Примечание: Все клеточные манипуляции следует проводить в биозащитой (ламинарном проточном боксе), чтобы предотвратить загрязнение клеток с бактерий, дрожжей, грибов или из окружающей среды, и чтобы защитить пользователя от потенциально инфекционных заболеваний. Все растворы и материалы, используемые с клетками должна быть стерильной. Используйте надлежащие асептических методов культивирования клеток.

  1. Культура SKOV-3 клеток рака яичников в колбах Т75 при 37 ° С в СО 2 инкубатор (5% СО2) при помощи Игла в модификации Дульбекко (DMEM) с добавлением 10% фетальной бычьей сыворотки в качестве ростовой среды.
  2. Семенной клетки при плотности клеток 5000 клеток / лунку в 96-луночный планшет и инкубируют в течение 24 ч при 37 ° С в СО 2 инкубатор.
  3. Непосредственно перед использованием разбавленной суспензии в НП полной среде роста в концентрации 1 мг / мл.
  4. Фильтр суспензий NP пропусканием через стерильный фильтр 0,2 мкм и доводят до требуемой концентрации (2-500 воздействия мкг / мл) со средним полный рост с добавлением 1% пенициллина / стрептомицина.
  5. Выньте носители от каждой из скважин в 96-луночного планшета, осторожно пипеткой и заменить 100 мкл суспензии NP в различных концентрациях воздействия, или 100 мкл НП-свободные средства массовой информации, как для положительных, так и отрицательных контролей cytocompatibility. Используйте 6 повторных скважин за состояния.
  6. Непосредственно перед следующей стадии подготовки 0,5 мг / мл раствора 3- (4,5-диметилтиазол-2-ил) -2,5-дифенилтетразоли (МТТ) в фенолового красного среде DMEM. Стерильный фильтр раствор МТТ через стерильный фильтр 0,2 мкм.
  7. После учета НПС инкубировать с клетками в течение требуемого периода времени (TYpically 24 или 48 ч), удалить NP суспензий тщательно пипетки из.
  8. Сразу заменить средства массовой информации со следующими зависимости от состояния:
    1. Для отрицательного контроля cytocompatibility, добавить 100 мкл метанола в каждом из 6 лунок и позволяют сидеть в течение по крайней мере 5 мин. После обработки метанол, замену метанола с 100 мкл стерилизованного фильтрованием 0,5 мг / мл раствора МТТ в фенолового красного среде DMEM.
    2. Для положительного контроля и NP-обработанных образцов, заменить жидкость с 100 мкл стерилизованного фильтрованием 0,5 мг / мл раствора МТТ в фенолового красного среде DMEM.
  9. Инкубируйте клетки в течение 2 4 ч в инкубаторе. После инкубации клетки изучить под микроскопом, чтобы проверить для формирования кристаллов формазана.
  10. Осторожно снимите МТТ решение с помощью пипетки и заменить его 100 мкл диметилсульфоксид (ДМСО).
  11. Поместите 96-луночного планшета на шейкере и перемешивают в течение нескольких минут, чтобы стимулировать растворение из дляMazan кристаллы.
  12. Измерьте оптическую плотность каждой лунки при 590 нм (пик поглощения из формазана) и 700 нм (базового).
  13. Вычитание образца поглощение при 700 нм (базового) от, что при 590 нм для каждой лунки.
  14. Нормализовать исправленный абсорбцию путем деления его на среднем положительного контроля и конвертировать в процентах путем умножения на 100.
  15. Определить среднюю жизнеспособность процентов и стандартное отклонение для каждого условия.

6. фототермические Transduction Исследования

Примечание:. В данной работе лазерная система описано ранее Паттани и Tunell используется 33

  1. Фототермический Трансдукция НП суспензий
    1. Развести NPS в деионизированной воде с концентрацией интерес.
    2. Добавить 100 мкл суспензии NP лунку 96-луночного планшета в. Место пластины а на горячей плите, поддерживаемой при 25 ° С.
    3. Включите питание на лазера и позволить ему тО согреть в течение нескольких минут. В этом исследовании используют волоконно-сочетании 808 нм лазерный диод мощностью до 1 Вт мощности.
    4. Маршрут лазерный луч по направлению к стадии образца с помощью оптического волокна. Использование выпуклую линзу расходиться лазерный луч до нужного размера пятна.
    5. Измерьте выходную мощность с использованием стандартного измерителя мощности и приспособиться к мощностью 1 Вт / см 2.
    6. Включите ИК-камеры (InSb ИК-камеры (FLIR Systems SC4000)) и установите область интереса (ROI) место, чтобы прочитать температуру 6 мм месте, где фокусируется лазер.
    7. Поместите хорошо интереса в фокальной точки лазерного луча. Запись базовой температуры образца. Включите лазер и облучать хорошо непрерывно в течение 5 мин при записи температуры.
    8. Через 5 мин, выключить лазер и продолжить запись температуру хорошо, пока он не остынет в исходное базовом температуры.
      Примечание: тепло и прохладно каждой суспензии три раза и рассчитатьСредняя температура изменение с течением времени. Использование ДИ воды при 25 ° С вместо суспензии NP в качестве отрицательного контроля для преобразования фототермической.
  2. Фототермический Трансдукция полимерных пленок
    1. Передача ITO предметное стекло с полимерным покрытием в плитке, поддерживаемой при 25 ° С.
    2. Включите питание на лазера и дайте ему прогреться в течение нескольких минут. В этом исследовании используют волоконно-сочетании 808 нм лазерный диод мощностью до 1 Вт мощности.
    3. Маршрут лазерный луч по направлению к стадии образца с помощью оптического волокна. Использование выпуклую линзу расходиться лазерный луч до нужного размера пятна.
    4. Измерьте выходную мощность с использованием стандартного измерителя мощности и приспособиться к мощностью 1 Вт / см 2.
    5. Включите ИК-камеры (InSb ИК-камеры (FLIR Systems SC4000)) и установите область интереса (ROI) место, чтобы прочитать температуру 6 мм месте, где фокусируется лазер.
    6. Поместите пленку в фокальной точки лазерного луча. Запишите бaseline температура образца. Включите лазер и облучать образец непрерывно в течение 5 мин при записи температуры.
    7. Через 5 мин, выключить лазер и продолжить запись температуры образца, пока он остынет в исходное базовом температуры.
      Примечание: Тепло и охладить каждый фильм три раза и рассчитать среднее изменение температуры с течением времени. Использование голой ITO слайд при 25 ° С в качестве отрицательного контроля для преобразования фототермической.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Протокол реакцию с получением M1 и M2 показано на рисунке 1. Мономеры могут быть охарактеризованы с помощью 1 Н и 13 С-ЯМР-спектроскопии, температура плавления, и элементного анализа. ЯМР-спектр 1Н предоставляет информацию о связности атомов и их электронных оболочек; Таким образом, обычно используется для проверки того, что реакции были успешно завершены. Negishi реакции сочетания включают связывание фенильного кольца к Edot, в результат...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В этой работе, электроактивные полимерные наночастицы были синтезированы в качестве потенциальных агентов PTT для лечения рака. Получение наночастиц описан, начиная с синтеза мономеров с последующей эмульсионной полимеризации. В то время как подготовка национальных парков с использованием электроактивные полимеры, такие как Edot и пиррола было описано ранее, этот документ описывает приготовление полимерных наночастиц, начиная с уникальных длительных мономеров сопряжения, демонстрируя, что этот процесс может быть продлен...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта работа была частично финансируется Техас Emerging Technology Fund (Startup ТБ), Государственного университета исследовательской программы Повышение Техас, Техас государственного университета докторской диссертации стипендий (в ТЦ), в NSF партнерства для исследований и образования в области материаловедения (PREM, DMR-1205670), The Уэлш Фонд (АИ-0045), и Национальные институты здравоохранения (R01CA032132).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Платиновый рабочий электрод диаметром 2 ммCH InstrumentsCH102Полированный с использованием очень мелкой наждачной
бумаги 3,4-этилендиокситиофенSigma-Aldrich483028Очищенный вакуумной дистилляцией
3-(4,5-Диметилтиазол-2-ил)-2,5-Дифенилтетразолия бромид (МТТ) 98%Альфа АэсарL11939
505 Звуковой дисмембраторFisher Scientific&Trade;  FB505110наконечник 1/8 дюйма и номинальный рейтинг 500  Ватт,
808 нм лазерный диодThorLabsL808P1WJрассчитанный на 1 Вт
Ацетонитрил безводный 99%Acros61022-0010
Avanti J-26 XPIBeckman Coulter393127
бромогексан 98%MP Биомедицинские 202323
диализ (100,000) MWCOSpectrumLabsG235071
диметилсульфоксид 99% (ДМСО)BDHBDH1115
безводный диметилформамид (ДМФА) 99%Acros326870010
додецилбензолсульфонат (DBSA) TCID0989
Dulbecco' s модифицированный орлиный медиум (DMEM) Corning10-013 CV
EMS 150 TES Распылитель для нанесения покрытийЭлектронная микроскопия Науки
Этанол (EtOH) 100%BDHBDH1156
этил4-бромбутират (98%)Acros173551000
этилацетат 99%FisherUN1173
Фетальная бычья сыворотка (FBS)Corning35-010-CV
Гелиос НаноЛаб 400FEI
ГексанФишерH306-4
Соляная кислота (HCl)ГидрохинонFisher A142-212
99,5%Акрос120915000
Гидрозин безводный 98%Сигма-Олдрич215155
оксид индия олова (ITO) покрытие DeltaTechnologiesCG-41IN-CUV4-8 Ω/sq
Хлорид железа 97% FeCl3Sigma-Aldrich157740
Сульфат магния (MgSO4)Fisher593295высушен при 100 ° C
SKOV-3ATCCHTB-26
МетанолBDHBHD1135
н-бутлитий (2,5 M) Sigma-Aldrich230707пирофорный
поли(стиролсульфонат-ко-яблочная кислота) (PSS-co-MA) 20 000 МВтSigma-Aldrich434566
карбонат калияSigma-Aldrich209619сушка при 100 ° C
Гидроксид калияAlfa AesarA18854
Йодид калияFisherP410-100
RO-5 МешалкаIKA-Werke
SC4000 ИК камераFLIR
Synergy H4 Гибридный считывательBiotek
Перхлорат тетрабутиламмония (TBAP) 99%Sigma-Aldrich3579274Очищен путем рекристаллизации в этилацетат
Тетрагидрофуран безводный (ТГФ) 99%Сигма-Олдрич401757
тетракис(трифенилфосфин) палладий(0)Сигма-Олдрич216666Влагочувствительный
термомиксерEppendorf
USB потенциостат/гальваностатWaveNowAFTP1
Zetasizer Nano ZsMalvernOptical Arrangment 175°
Хлорид цинка (1 мес.) ZnCl2Acros370057000
,

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Irvin, J., Irvin, D., Stenger-Smith, J. Electrically active polymers for use in batteries and supercapacitors. Handbook of Conducting Polymers. , (2007).
  2. Amb, C. M., Dyer, A. L., Reynolds, J. R. Navigating the color palette of solution-processable electrochromic polymers. Chemistry of Materials. 23 (3), 397-415 (2011).
  3. Beaujuge, P. M., Reynolds, J. R. Color control in pi-conjugated organic polymers for use in electrochromic devices. Chemical Reviews. 110 (1), 268-320 (2010).
  4. Ananthakrishnan, N., Padmanaban, G., Ramakrishnan, S., Reynolds, J. R. Tuning polymer light-emitting device emission colors in ternary blends composed of conjugated and nonconjugated polymers. Macromolecules. 38 (18), 7660-7669 (2005).
  5. Zhu, Y., Otley, M. T., et al. Neutral color tuning of polymer electrochromic devices using an organic dye. Chemical Communications, Cambridge, England. 50 (60), 8167-8170 (2014).
  6. Kline, W. M., Lorenzini, R. G., Sotzing, G. A. A review of organic electrochromic fabric devices. Coloration Technology. 130 (2), 73-80 (2014).
  7. Gerard, M., Chaubey, A., Malhotra, B. D. Application of conducting polymer to biosensors. Biosensors & Bioeletronics. 17, 345-359 (2002).
  8. Abidian, M. R., Kim, D. -H., Martin, D. C. Conducting-polymer nanotubes for controlled drug release. Advanced materials. 18 (4), 405-409 (2006).
  9. Ge, D., Qi, R., et al. A self-powered and thermally-responsive drug delivery system based on conducting polymers. Electrochemistry Communications. 12 (8), 1087-1090 (2010).
  10. George, P. M., LaVan, D. A., Burdick, J. A., Chen, C. -Y., Liang, E., Langer, R. Electrically controlled drug delivery from biotin-doped conductive polypyrrole. Advanced Materials. 18 (5), 577-581 (2006).
  11. Li, Y., Neoh, K. G., Kang, E. T. Controlled release of heparin from polypyrrole-poly(vinyl alcohol) assembly by electrical stimulation. Journal of biomedical materials research. Part A. 73 (2), 171-181 (2005).
  12. Svirskis, D., Travas-Sejdic, J., Rodgers, A., Garg, S. Electrochemically controlled drug delivery based on intrinsically conducting polymers. Journal of controlled release: official journal of the Controlled Release Society. 146 (1), 6-15 (2010).
  13. Cheng, L., Yang, K., Chen, Q., Liu, Z. Organic stealth nanoparticles for highly effective in vivo near-infrared photothermal therapy of cancer. ACS Nano. 6 (6), 5605-5613 (2012).
  14. Chougule, M. A. Synthesis and characterization of polypyrrole (PPy) thin films. Soft Nanoscience Letters. 01 (01), 6-10 (2011).
  15. Yang, K., Xu, H., Cheng, L., Sun, C., Wang, J., Liu, Z. In vitro and in vivo near-infrared photothermal therapy of cancer using polypyrrole organic nanoparticles. Advanced materials. 24 (41), 5586-5592 (2012).
  16. Diniz, S. N., Sosnik, A., Mu, H., Valduga, C. J. Nanobiotechnology. BioMed research international. 2013, (2013).
  17. Weissleder, R. A Clearer Vision for in vivo Imaging. Nature Biotechnology. , (2001).
  18. Irvin, J., Reynolds, J. Low-oxidation-potential conducting polymer: alternating substituted para-phenylene and 3,4-ethylenedioxythiophene repeat units. Polymer. 39 (11), 2339-2347 (1998).
  19. Yang, Y., Oldenhius, N., Buchwald, S. Mild and general condition for Negishi cross-coupling enabled by the use of palladacycle percatalysts. Angew Chem. 29 (6), 997-1003 (2012).
  20. Negishi, E., Hu, Q., Huang, Z., Qian, M., Wang, G. The Negishi Coupling: an update: Enantiopure sulfoxides and sulfinamides. New products from Aldrich R & D. Aldrichchimica Acta. 38 (3), (2005).
  21. Bilati, U., Allémann, E., Doelker, E. Development of a nanoprecipitation method intended for the entrapment of hydrophilic drugs into nanoparticles. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 24 (1), 67-75 (2005).
  22. Nagavarma, B. V. N., Yadav, H. K. S., Ayaz, A., Vasudha, L. S., Shivakumar, H. G. Different techniques for preparation of polymeric nanopaticles-A review. Asian Journal of Pharaceutical and Clinical Research. 5 (3), 16-23 (2012).
  23. Vaitkuviene, A., Kaseta, V., et al. Evaluation of cytotoxicity of polypyrrole nanoparticles synthesized by oxidative polymerization. Journal of Hazardous Materials. 250-251, 167-174 (2013).
  24. Han, Y. K., Yih, J. N., et al. Facile synthesis of aqueous-dispersible nano-PEDOT:PSS-co-MA core/shell colloids through spray emulsion polymerization. Macromolecular Chemistry and Physics. 212 (4), 361-366 (2011).
  25. Winkel, K. L., Carberry, J. R., Irvin, J. A. Synthesis and electropolymerization of 3,5-bis-(3,4-ethylenedioxythien-2-yl)-4,4-dimethyl isopyrazole: A donor-acceptor-donor monomer. Journal of the Electrochemical Society. 160 (8), G111-G116 (2013).
  26. Hoye, T., Eklov, B., Voloshin, M. No-D NMR spectroscopy as a convenient method for titering. Organic Letters. 6 (15), 2567-2570 (2004).
  27. Umezawa, K., Oshima, T., Yoshizawa-Fujita, M., Takeoka, Y., Rikukawa, M. Synthesis of hydrophilic-hydrophobic block copolymer ionomers based on polyphenylenes. ACS Macro Letters. 1 (8), 969-972 (2012).
  28. Tao, Z., Fan, H., Zhou, J., Jin, Q. Conjugated polyelectrolyte with pendant caboxylate groups: synthesis, photophysics, and pH responses in the presence of surfactants. Journal of Polymer Science Part A-Polymer Chemistry. 46 (3), 830-843 (2008).
  29. Winkel, K. L., Carberry, J. R., et al. Donor-acceptor-donor polymers utilizing pyrimidine-based acceptors. Reactive & Functional Polymers. 83, 113-122 (2014).
  30. Kròl, E., Scheffers, D. -J. FtsZ polymerization assays: simple protocols and considerations. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (81), e50844(2013).
  31. Zolnik, B., Potter, T. M., Stern, S. T. Zeta potential measurement. Methods in Molecular Biology. 697, 173-179 (2011).
  32. Nogi, K., Naito, M., Yokoyama, T. Nanoparticle technology handbook. , Elsevier. (2012).
  33. Pattani, V. P., Tunnell, J. W. Nanoparticle-mediated photothermal therapy: A comparative study of heating for different particle types. Lasers in Surgery and Medicine. 44 (8), 675-684 (2012).
  34. Subianto, S., Will, G. D., Kokot, S. Templated electropolymerization of pyrrole in a capillary. Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry. 41 (12), 1867-1869 (2003).
  35. Sgouras, D., Duncan, R. Methods for the evaluation of biocompatibility of soluble synthetic polymers which have potential for biomedical use: use of the tetrazolium-based colorimetric assay (MTT) as a preliminary screen for evaluation of in vitro cytotoxicity. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 1 (2), 61-68 (1990).
  36. Ahmadian, S., Barar, J., Saei, A. A., Fakhree, M. A. A., Omidi, Y. Cellular toxicity of nanogenomedicine in MCF-7 cell line: MTT assay. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (26), (2009).
  37. Huang, X., Kang, B., et al. Comparative study of photothermolysis of cancer cells with nuclear-targeted or cytoplasm-targeted gold nanospheres: continuous wave or pulsed lasers. Journal of Biomedical Optics. 15 (5), 058002(2015).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи