Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Facile Синтез червеобразных мицелл с помощью видимого света опосредованного дисперсионной полимеризации с использованием Photoredox Catalyst

9.3K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/54269

⸱

8 июня 2016 г.

 ,  , 
1Centre for Advanced Macromolecular Design (CAMD), The University of New South Wales, 2Australian Centre for NanoMedicine (ACN), The University of New South Wales, 3School of Chemical Engineering, The University of New South Wales

В этой статье

Краткое содержание

В этой статье описывается процесс получения полимерных самоорганизующихся наночастиц с использованием дисперсионной полимеризации, опосредованной видимым светом. Использование видимого света с низкой энергией для управления полимеризацией позволяет воспроизводимо формировать самоорганизующиеся червеобразные мицеллы с высоким содержанием твердых веществ.

Аннотация

Представленный здесь протокол для легкого синтеза червеобразных мицелл путем дисперсионной полимеризации, опосредованной видимым светом. Этот подход начинается с синтеза гидрофильного поли(олиго(этиленгликоль) метилэфирметакрилата) (POEGMA) гомополимера с использованием обратимой полимеризации с добавлением-фрагментацией цепного переноса (RAFT). При слабом облучении видимым светом (λ = 460 нм, 0,7 мВт/см2) этот агент переноса макроцепи (макро-CTA) в присутствии фоторедокс-катализатора на основе рутения, Ru(bpy)3Cl2, может быть удлинен цепью со вторым мономером с образованием четко определенного блок-сополимера в процессе, известном как фотоиндуцированный перенос электронов RAFT (PET-RAFT). Когда PET-RAFT используется для растяжения цепи POEGMA с бензилметакрилатом (BzMA) в этаноле (EtOH), полимерные наночастицы с различной морфологией формируются in situ в соответствии с механизмом самосборки, индуцированной полимеризацией (PISA). Самосборка в наночастицы, представляющие цепи POEGMA в короне и цепях полибензилметакрилата (PBzMA) в ядре, происходит in situ из-за растущей нерастворимости блока PBzMA в этаноле. Интересно, что образование высокочистых червеобразных мицелл можно легко контролировать, наблюдая за появлением высоковязкого геля in situ из-за запутывания наночастиц, происходящих во время полимеризации. Таким образом, этот процесс позволяет осуществлять более воспроизводимый синтез червеобразных мицелл просто за счет контроля вязкости раствора в процессе полимеризации. Кроме того, световой стимул может подаваться прерывисто в режиме ВКЛ/ВЫКЛ, демонстрируя временной контроль над морфологией наночастиц.

Введение

Синтез несферических (и других) наночастицами морфологией традиционно осуществляется с использованием многоэтапную процедуру самосборки, начиная с синтеза и очистки хорошо выраженной амфифильного диблок (или мультиблоком) сополимеров. Одним из наиболее распространенных методов самосборки популяризировал Eisenberg в 1990 - е годы , и включает растворение амфифильного блок - сополимера в общем растворителе для обоих полимерных блоков с последующим медленным добавлением селективного растворителя для одного из блоков 1-3 , По мере добавления селективного растворителя (обычно воды), блок-сополимер подвергается самосборки с образованием полимерных наночастиц. Конечная морфология (или смеси морфологией) наночастиц определяются большим количеством факторов, таких как относительные длины каждого полимерного блока, скорости добавления воды и природы общего растворителя. Тем не менее, этот подход, как правило позволяет только для производства nanoparцами при относительно низком содержании твердых веществ (менее 1% по весу) , и таким образом ограничивает его практическую масштабируемость 4. Кроме того, воспроизводимые формирование "промежуточных" фаз , таких как червеобразных мицелл может быть затруднена из - за узкого диапазона параметров , необходимых для стабилизации этого несфериче- морфологию 5.

(ПИЗА) подход полимеризации индуцированной самосборки частично устраняет недостатки известного подхода Eisenberg путем использования процесса полимеризации себя вести самосборки на месте позволяет синтеза наночастиц при значительно более высоким содержанием твердых веществ ( как правило , 10-30 мас%) 6 -8. В типичном ПМОУ подходе процесс живой полимеризации используется для цепи удлинить растворимый в растворителе макроинициатор (или макро-CTA) с мономером, который первоначально растворима в реакционной среде, но образует нерастворимый полимер. Подход PISA был использован для синтеза червеобразные мицеллы путем систематического тестирования ряд бывших риментальные параметры и используя подробные фазовые диаграммы как синтетический "дорожной карты". 5,9

Несмотря на сложный синтез, есть большой интерес к наночастицами червеобразных из-за их интересных свойств относительно их сферических аналогов. Например, мы показали , что наполненные лекарством короткие и длинные червеобразные мицеллы , синтезированные с использованием подхода ПИЗА имеют значительно выше в пробирке цитотоксичность по сравнению с сферические мицеллы или везикулы 10. Другие показали корреляцию между соотношением сторон и наночастицами время циркуляции крови в моделях естественных условиях 11. Другие показали, что синтез наночастиц червеобразных с использованием соответствующей методики PISA дает макроскопический гель из-за наноразмерного запутыв- наночастицами нитей. Эти гели демонстрируют потенциал как стерилизуемых гелей вследствие их термообратимом поведения золь-гель 12.

ontent "> Этот протокол описывает метод , позволяющий непосредственно в космическом мониторинге формирования червеобразных мицелл путем простого наблюдения вязкости раствора в процессе полимеризации. Предыдущие исследования подобных червеобразных мицеллярных гелей показали , что выше критической температуры, эти наночастицы подвергаются обратимый переход червячный сфера и поэтому образуют сыпучие дисперсии при повышенных температурах. на сегодняшний день эти системы используют термочувствительного азосоединения для инициирования полимеризации контролируемой 13,14 и поэтому гелеобразование не могут быть легко наблюдать в этих системах при термической полимеризации. на основании этих исследований было высказано предположение , что синтез наночастиц , полученных ПИЗА при более низких температурах , может позволить наблюдение такого поведения гелеобразования на месте.

Недавно мы сообщали, использование легкому техники при комнатной температуре фотополимеризации посредничать процесс PISA с получением наночастицразличные морфологию 15. Здесь, визуализируется протокол представлен для воспроизводимого синтеза червеобразных мицелл, наблюдая за поведением вязкости раствора в процессе полимеризации. Полимеризация протекает дисперсия легко , используя коммерчески доступные светодиоды (LED) (λ = 460 нм, 0,7 мВт / см 2).

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

Протокол

1. Синтез и характеристика POEGMA Макро-CTA

  1. Добавить олиго (этиленгликоль) метиловый эфир метакрилата (OEGMA) (12 г, 4 × 10 -2 моль) 4-циано-4- (phenylcarbonothioylthio) пентановой кислоты (CPADB) (0,224 г, 8 × 10 -4 моль), 2,2'-азо-бис- (2-метилпропионитрил) (AIBN) (16,4 мг, 0,1 ммоль) и 50 мл ацетонитрила (MeCN) в 100-мл круглодонную колбу.
  2. Уплотнение колбу с соответствующим размером с резиновой пробкой и стальной проволоки и охлаждают колбу от комнатной температуры до <4 ° С в водяной бане со льдом.
  3. Обескислороживание флаконах в течение 30 мин при пропускании азота непосредственно в реакционную смесь через 21 G иглу (0,8 мм х 120 мм) со вторым 21 G иглой (0,8 мм х 38 мм), действующей в качестве вентиляционного отверстия.
  4. Колбу помещают на масляную баню при температуре 70 ° С в течение 5,5 ч перед гашением полимеризацию путем погружения в водяную баню со льдом, и подвергая его содержимое в воздухе.
  5. Удалите MeCN перемешиванием при переменном токеontinuous поток сжатого воздуха и повторного растворения сырой смеси в ~ 40 мл тетрагидрофурана (ТГФ).
  6. Добавить содержимое колбы по каплям к 400 мл быстро перемешиваемой смеси нефтяных спиртов (п.о. 40-60 ° С) и диэтилового эфира (70:30, об / об) и продолжают перемешивать до тех пор, надосадочную жидкость больше не мутным.
    Примечание: Охлаждение в бане со льдом, могут быть использованы для ускорения процесса осаждения.
  7. Слейте супернатант и повторно растворить остаток полимера в ~ 40 мл ТГФ.
  8. Повторите процесс осаждения (шаги 1.5-1.7) по меньшей мере, еще два раза, чтобы обеспечить полное удаление остаточного мономера OEGMA. Удалите излишки растворителя из очищенного POEGMA макро-CTA во-первых, путем перемешивания в непрерывном потоке сжатого воздуха и сушки в вакуумной печи (20 ° C, 10 мбар) в течение 4 часов.
  9. Определить среднюю молекулярную массу POEGMA макро-CTA методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) (Мn, ЯМР) с использованием ранее описанным способом 15. С помощью гель - проникающей хроматографии (GPC 15) (диметилацетамид в качестве подвижной фазы и соответствующих стандартов калибровки) рассчитать полимерную дисперсность (D).
    Примечание: Используя приведенный выше синтез (шаги 1,1-1,8) должно привести к POEGMA макро-CTA с М п, мр = 9,000 и р <1,15. Если молекулярный вес (и дисперсность) синтезированного POEGMA макро-CTA отличается от синтеза , представленного здесь (между 7000 - 1000 г / моль), образование червеобразных мицелл (как показано на месте гелеобразования в) все еще ​​может происходить с использованием последующая методология PISA представлена ​​в разделе (2) хотя и в слегка измененном времени реакции.

2. Получение POEGMA- б -PBzMA наночастицами Использование PISA

  1. Готовят 1 мг / мл исходного раствора Ru (BPY) 3 Cl 2. 6H 2 O в этаноле (EtOH) а. Хранить исходный раствор в холодильнике, чтобы свести к минимуму испарение растворителя.
  2. Подключите пипетки Пастера с небольшим ватным тампоном, используя второй пипетки, чтобы помочь упаковать его плотно. Налейте основной оксид алюминия в пипетку с ватным пробкой, чтобы дать колонну примерно 5 см. Удалить ингибитор монометиловый эфир гидрохинона в коммерческом BzMA пропусканием ~ 3 мл BzMA через колонку и сбор deinhibited BzMA элюента.
  3. Добавить POEGMA macroCTA (~ 9000 г / моль; 76,9 мг, 8,5 × 10 -6 моль)., Deinhibited BzMA (0,301 г, 1,71 × 10 -3 моль), Ru (BPY) 3 Cl 2 6H 2 O (128 мкг, 1,71 × 10 -7 моль, 128 мкл 1 мг / мл этанольного маточного раствора), 0,383 мл MeCN и 1,402 мл EtOH (1,913 мл общего растворителя, 80% вес, 20 об / об% MeCN) в стеклянную пробирку емкостью 4 мл ,
  4. Выполните процедуру Деоксигенация, как описано в пунктах 1.2-1.3.
  5. Поместите флакон в стеклянный стакан емкостью 2000 мл (рисунок 2) выстроились с синими светодиодными полосками (λ макс = 460нм, 0,7 мВт / см 2) и облучают при комнатной температуре при перемешивании магнитной мешалкой. Монитор флакона реакции обычно после 20 часов и удалить его из реактора , когда раствор с высокой вязкостью образует свободный постоянный гель , когда флакон переворачивают (рисунок 3).
    Примечание: Общее время, в результате чего получали свободно стоящую гель должен быть около 24 ч синего света облучения, используя условия, представленные здесь. Небольшие различия в легководных реакторах облучения (физические размеры, интенсивность и т.д.) может потребоваться несколько измененных условий ( в частности , времени реакции) для достижения на месте образования червеобразных мицелл.
  6. После удаления из реактора, тушат полимеризацию путем воздействия на гель в виде наночастиц на воздухе в течение нескольких минут и хранить в вертикальном положении закрытой ампуле в темноте.

3. просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) Визуализация наночастиц Морфология

  1. Поместите приблизительно 40 мг неочищенного nanopaСтатья гель (из раздела 2) в стеклянную пробирку емкостью 4 мл.
  2. Непрерывно перемешивайте гель в виде наночастиц, используя вихревой смеситель и добавляют 4 мл этанола по каплям в течение периода по меньшей мере 5 мин. Гель должен стать свободно текучий раствор во время добавления растворителя.
    Примечание: Если гель разбавляют EtOH слишком быстро или не перемешивается адекватно, некоторые осаждение наночастиц может произойти. См шаг 3.3.
  3. Удалите любые макроскопические агрегаты из разбавленного наночастиц путем фильтрации через стекловату.
  4. Выполнение ПЭМ (томографию с окрашиванием уранилацетате) разведенного образца в соответствии с ранее сообщаемого процедуры. 15

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

Результаты

В этом исследовании, протокол полимеризации двухступенчатый используется для синтеза червеобразных мицелл с использованием подхода PISA (рисунок 1). На первом этапе, полимеризация OEGMA выполняется получая POEGMA макро-CTA, который можно использовать в качестве стабилизатора в последующей стадии полимеризации. Полимеризация протекает ПЭТ-плота в условиях дисперсии вследствие нерастворимости PBzMA в этаноле, который в конечном итоге приводит к образованию наночастиц. Во в...

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

Обсуждение

Этот протокол визуализированы демонстрирует способность контролировать образование червеобразных мицелл, просто наблюдая начало гелеобразной поведения. Полезность этого подхода заключается в способности контролировать образование червя во время полимеризации по сравнению с другими методами. Эта процедура может быть выполнена с использованием двухэтапного полимеризации двух коммерчески доступных мономеров (OEGMA и BzMA) а для получения самоорганизующихся POEGMA- б -PBzMA амфифильных диблок - сополимеров.

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

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

CB благодарен за свою будущую стипендию от Австралийского исследовательского совета (ARC-FT12010096) и UNSW Australia.

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

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
4-Циано-4-
(фенилкарбонотиоилтио)пентановая кислота (CPADB)		Sigma-Aldrich722995-5G
Олиго(этиленгликоль) метилэфирметакрилат (OEGMA)Sigma-Aldrich447935-500MLСредний Mn 300, содержит 100  ppm MEHQ в качестве ингибитора, 300  ppm BHT в качестве ингибитора
2,2′-Azobis(2-метилпропионитрил) (AIBN)Sigma-Aldrich
Ru(bpy)3Cl2.6H2OSigma-Aldrich544981-1G
Бензилметакрилат (BzMA)Sigma-Aldrich409448-1LСодержит монометиловый эфир гидрохинон в качестве ингибитора
оксида алюминия ( базовый)Chem-Supply Pty Ltd АвстралияAL08371000
95% этанол (EtOH)Сукроген биоэтанол80889
Ацетонитрил (MeCN)Chem-Supply Pty Ltd АвстралияRP1005-G2.5L
Тетрагидрофуран (THF)Chem-Supply Pty Ltd АвстралияTA011-2.5L
Нефтяной спирт (40-60  ° C)Chem-Supply Pty Ltd АвстралияPA044-2.5L
Диэтиловый эфирChem-Supply Pty Ltd АвстралияEA0362.5L
Диметилацетамид (DMAc)VWR International АвстралияALFA22916. M1Для анализа ГПХ
Пастеровские пипетки (230  мм)Labtek355.050.503
Стеклянные стаканыLabtek025.01.902 (2L)/ 2110654 (1L)2  L стакан предназначен для крепления светодиодных лент для формирования круглого реактора
Коммерческая светодиодная лентаEcoLabn/aλ = 460 нм, 4,8 Вт/м
4 мл Стеклянные флаконыLabtekAPC502214B
0,9 мл Кварцевая кюветаStarna Scientific Ltd21/Q/2
Игла (0,8 мм x 38  мм)Бектон Диксон302017Для реакций дезоксигенации
Игла (0,8 мм x 120  мм)B Braun Австралия4665643Для реакций дезоксигенации
Рукавная пробка перегородки (резиновая перегородка)Sigma-Aldrichz564680/z564702
Мешалки с горячими плитамиVWR International Австралия/In Vitro Technologies97018-488/RADRR91200
Вихревой смесительVWR International Австралия412-0098
Вакуумная печьIn Vitro ТехнологииMEMVO200

Ссылки

  1. Yu, Y., Eisenberg, A. Control of Morphology through Polymer−Solvent Interactions in Crew-Cut Aggregates of Amphiphilic Block Copolymers. J. Am. Chem. Soc. 119 (35), 8383-8384 (1997).
  2. Zhang, L., Eisenberg, A. Thermodynamic vs Kinetic Aspects in the Formation and Morphological Transitions of Crew-Cut Aggregates Produced by Self-Assembly of Polystyrene-b-poly(acrylic acid) Block Copolymers in Dilute Solution. Macromolecules. 32 (7), 2239-2249 (1999).
  3. Zhang, L., Eisenberg, A. Multiple Morphologies of 'Crew-Cut' Aggregates of Polystyrene-b-poly(acrylic acid) Block Copolymers. Science. 268 (5218), 1728-1731 (1995).
  4. Yu, K., Zhang, L., Eisenberg, A. Novel Morphologies of "Crew-Cut" Aggregates of Amphiphilic Diblock Copolymers in Dilute Solution. Langmuir. 12 (25), 5980-5984 (1996).
  5. Blanazs, A., Ryan, A. J., Armes, S. P. Predictive Phase Diagrams for RAFT Aqueous Dispersion Polymerization: Effect of Block Copolymer Composition, Molecular Weight, and Copolymer Concentration. Macromolecules. 45 (12), 5099-5107 (2012).
  6. Ladmiral, V., Semsarilar, M., Canton, I., Armes, S. P. Polymerization-induced self-assembly of galactose-functionalized biocompatible diblock copolymers for intracellular delivery. J. Am. Chem. Soc. 135 (36), 13574-13581 (2013).
  7. Sugihara, S., Blanazs, A., Armes, S. P., Ryan, A. J., Lewis, A. L. Aqueous Dispersion Polymerization: A New Paradigm for in Situ Block Copolymer Self-Assembly in Concentrated Solution. J. Am. Chem. Soc. 133 (39), 15707-15713 (2011).
  8. Wan, W. M., Hong, C. Y., Pan, C. Y. One-pot synthesis of nanomaterials via RAFT polymerization induced self-assembly and morphology transition. Chem. Comm. (39), 5883-5885 (2009).
  9. Semsarilar, M., Jones, E. R., Blanazs, A., Armes, S. P. Efficient Synthesis of Sterically-Stabilized Nano-Objects via RAFT Dispersion Polymerization of Benzyl Methacrylate in Alcoholic Media. Adv. Mater. 24 (25), 3378-3382 (2012).
  10. Karagoz, B., et al. Polymerization-Induced Self-Assembly (PISA) - control over the morphology of nanoparticles for drug delivery applications. Polym. Chem. 5 (2), 350-355 (2014).
  11. Geng, Y., et al. Shape effects of filaments versus spherical particles in flow and drug delivery. Nat Nano. 2 (4), 249-255 (2007).
  12. Blanazs, A., et al. Sterilizable gels from thermoresponsive block copolymer worms. J. Am. Chem. Soc. 134 (23), 9741-9748 (2012).
  13. Pei, Y., Thurairajah, L., Sugita, O. R., Lowe, A. B. RAFT Dispersion Polymerization in Nonpolar Media: Polymerization of 3-Phenylpropyl Methacrylate in n-Tetradecane with Poly(stearyl methacrylate) Homopolymers as Macro Chain Transfer Agents. Macromolecules. 48 (1), 236-244 (2015).
  14. Fielding, L. A., Lane, J. A., Derry, M. J., Mykhaylyk, O. O., Armes, S. P. Thermo-responsive Diblock Copolymer Worm Gels in Non-polar Solvents. J. Am. Chem. Soc. 136 (15), 5790-5798 (2014).
  15. Yeow, J., Xu, J., Boyer, C. Polymerization-Induced Self-Assembly Using Visible Light Mediated Photoinduced Electron Transfer-Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization. ACS Macro Lett. 4 (9), 984-990 (2015).
  16. Xu, J., Jung, K., Corrigan, N. A., Boyer, C. Aqueous photoinduced living/controlled polymerization: tailoring for bioconjugation. Chem. Sci. 5 (9), 3568-3575 (2014).
  17. Pei, Y., et al. RAFT dispersion polymerization of 3-phenylpropyl methacrylate with poly[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate] macro-CTAs in ethanol and associated thermoreversible polymorphism. Soft Matter. 10 (31), 5787-5796 (2014).

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

Перепечатки и разрешения

Теги

PET RAFT
Facile Синтез червеобразных мицелл с помощью видимого света опосредованного дисперсионной полимеризации с использованием Photoredox Catalyst
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.