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Chemistry

एक बॉक्स के बिना कण: परिवेश की स्थिति के तहत Photodegradable खूंटी स्टार पॉलिमर का ब्रश पहले संश्लेषण

Published: October 10, 2013 doi: 10.3791/50874
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Chemistry, Massachusetts Institute of Technology

Summary

पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) (खूंटी) ब्रश हाथ के स्टार पॉलिमर संकीर्ण जन वितरण और tunable नैनोस्कोपिक आकार के साथ (BASPs) जिसके परिणामस्वरूप रहने के कुछ भागों के स्थानांतरण के बाद खूंटी norbornene macromonomer की अंगूठी खोलने वर्णव्यत्यय polymerization (कोलाहल करते हुए खेलना) के माध्यम में संश्लेषित कर रहे हैं एक कठोर, फोटो cleavable बीआईएस norbornene crosslinker के विभिन्न मात्रा युक्त शीशियों को ब्रश सर्जक.

Abstract

तरह - तरह से क्रियाशील नैनोकणों की तेजी, समानांतर संश्लेषण के लिए सुविधाजनक तरीके दवा वितरण, जैविक इमेजिंग, और समर्थित कटैलिसीस के लिए उपन्यास योगों की खोज के लिए सक्षम हो जाएगा. इस रिपोर्ट में, हम "ब्रश पहले" विधि द्वारा ब्रश हाथ सितारा बहुलक (BASP) नैनोकणों के समानांतर संश्लेषण प्रदर्शित करता है. इस विधि में, एक norbornene समाप्त पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) (खूंटी) macromonomer (खूंटी एम एम) प्रथम रहने वाले एक ब्रश macroinitiator उत्पन्न करने के लिए रिंग खोलने वर्णव्यत्यय polymerization (कोलाहल करते हुए खेलना) के माध्यम से polymerized है. इस सर्जक शेयर समाधान के aliquots एक photodegradable बीआईएस norbornene crosslinker के विभिन्न मात्रा में होते हैं कि शीशियों में जुड़ जाते हैं. Crosslinker को एक्सपोजर अंततः खूंटी के शामिल crosslinker और Coronas के शामिल कोर के साथ BASPs कि पैदावार kinetically नियंत्रित ब्रश + ब्रश और सितारा + स्टार युग्मन प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला शुरू की. अंतिम BASP आकार गयी crosslinker की मात्रा पर निर्भर करता है. हम syn बाहर लेहवा और नमी को दूर करने के लिए कोई विशेष सावधानियों के साथ benchtop पर तीन BASPs की थीसिस. नमूने जेल पारगमन क्रोमैटोग्राफी (जीपीसी) की विशेषता है, परिणाम अक्रिय (glovebox) शर्तों का उपयोग किया है कि हमारी पिछली रिपोर्ट के साथ मिलकर सहमत हुए. प्रमुख व्यावहारिक सुविधाओं, लाभ, और ब्रश पहली विधि के संभावित नुकसान पर चर्चा कर रहे हैं.

Introduction

Polymeric नैनोकणों व्यापक रूप से दवा वितरण के लिए प्लेटफार्म, समर्थित कटैलिसीस, जैविक इमेजिंग, और आत्म विधानसभा 1-3 के रूप में अपनी क्षमता के उपयोग के लिए अध्ययन किया गया है. आधुनिक अनुप्रयोगों nanoparticle syntheses, सुगम प्रतिलिपि प्रस्तुत करने, रासायनिक functionalities के साथ संगत, और विविधीकरण 4,5 करने के लिए उत्तरदायी होना आवश्यक है. तनावपूर्ण olefins की अंगूठी खोलने वर्णव्यत्यय polymerization (कोलाहल करते हुए खेलना) नियंत्रित आकार और संकीर्ण जन वितरण 1,6-8 साथ कार्यात्मक polymeric nanostructures के संश्लेषण के लिए एक शक्तिशाली पद्धति है. उदाहरण के लिए, norbornene-क्रियाशील पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) (खूंटी) macromonomers (एमएमएस) कुशलता से पानी में घुलनशील बोतल ब्रश पॉलिमर उत्पन्न करने के लिए कोलाहल करते हुए खेलना माध्यम polymerized किया जा सकता है. इस दृष्टिकोण का प्रयोग, कई प्रकाशित करने योग्य दवा अणुओं, fluorophores, और स्पिन विपरीत एजेंटों ले nanostructures कि तेजी से और समानांतर 6, 9, 10 में तैयार किया जा सकता है.

रॉमपी भी सितारा पॉलिमर के "हाथ पहले" संश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया गया है. एआरएम पहली विधि में, रैखिक पॉलिमर polymeric हथियारों के साथ गोलाकार nanostructures के लिए देने के लिए एक बहुआयामी crosslinker साथ Crosslinked रहे हैं. Schrock और सह कार्यकर्ता norbornene, dicarbomethoxynorbornadiene, और एक bifunctional norbornene crosslinker साथ trimethylsilyl संरक्षित dicarboxynorbornene रैखिक पॉलिमर के crosslinking के माध्यम से स्टार पॉलिमर की पहली शाखा पहला कोलाहल करते हुए खेलना संश्लेषण की सूचना दी. 11, 12 Buchmeiser एक साथ सामग्री के संश्लेषण के लिए इस पद्धति को बढ़ा दिया गया है समर्थित कटैलिसीस, ऊतक इंजीनियरिंग, और क्रोमैटोग्राफी 13-17 शामिल है कि आवेदनों की सीमा. Otani और सहकर्मियों से संबंधित एक "में आउट" polymerization रणनीति 18, 19 के माध्यम से कार्यात्मक सतहों के साथ सितारा बहुलक नैनोकणों बना दिया है.

अधिकांश एआरएम पहले polymerizations monomer, बहुलक, और सितारा युग्मन प्रतिक्रियाओं का एक जटिल परस्पर क्रिया शामिल है. गुआम तौर पर व्यापक आणविक वजन (मेगावाट) के वितरण के लिए जाता है कि एक कदम विकास तंत्र के माध्यम से ई उत्तरार्द्ध आय. संबंधित एआरएम पहले परमाणु हस्तांतरण कट्टरपंथी polymerization प्रतिक्रियाओं में इस सीमा को पार करने के लिए, Matyjaszewski और सहकर्मियों बहुत संकीर्ण मेगावाट वितरण 20 के साथ स्टार पॉलिमर प्रदान करने के लिए preformed polymeric एमएमएस के एआरएम पहले crosslinking प्रदर्शन किया. इस मामले में, एमएमएस की steric थोक, और साइटों दीक्षा के लिए सितारा हथियारों की वृद्धि अनुपात, खराब नियंत्रित सितारा + स्टार युग्मन प्रक्रियाओं हिचकते हैं, और एक जीवित, चेन विकास तंत्र के लिए नेतृत्व किया.

हम एक norbornene समाप्त खूंटी मिमी और एक बीआईएस norbornene crosslinker साथ कोलाहल करते हुए खेलना के संदर्भ में एक ही रणनीति का प्रयास करते हैं, बहुत व्यापक, मल्टी मॉडल मेगावाट वितरण के साथ स्टार पॉलिमर प्राप्त किया गया. इस परिणाम में इस प्रणाली में अकेले एम.एम. सितारा + स्टार युग्मन बाधित करने के लिए पर्याप्त रूप से भारी नहीं था कि सुझाव दिया. सितारा हथियारों की steric थोक में वृद्धि, और संभवतः इस uncontro सीमित करने के लिएयुग्मन lled, हम पहले crosslinker के अभाव में बोतल ब्रश पॉलिमर फार्म मिमी भाजन और फिर crosslinker जोड़ने का प्रयास किया. हम कुछ शर्तों के तहत, इस "ब्रश पहले" विधि संकीर्ण मेगावाट वितरण और tunable कोर और कोरोना functionalities के साथ "ब्रश हाथ के स्टार पॉलिमर" (BASPs) के लिए सीधा पहुँच प्रदान की है कि खोजने के लिए खुश थे.

हमने हाल ही में Grubbs 3 पीढ़ी उत्प्रेरक (चित्रा 1) 21 का उपयोग कर खूंटी BASPs का ब्रश पहले कोलाहल करते हुए खेलना संश्लेषण की सूचना दी. इस काम में, उत्प्रेरक को खूंटी एम एम बी के संपर्क में परिभाषित रीढ़ की हड्डी की लंबाई के साथ एक बैठक ब्रश macroinitiator (बी 1, चित्रा 1) उत्पन्न. Crosslinker सी के विभिन्न मात्रा में निहित है कि शीशियों को बी 1 की aliquots के स्थानांतरण BASP शुरू कीगठन. मेगावाट, और BASPs की इसलिए आकार, सी की मात्रा के साथ ज्यामितीय वृद्धि की गयी. हम इस ज्यामितीय विकास प्रक्रिया के लिए एक यंत्रवत परिकल्पना प्रदान की है और कार्यात्मक, nitroxide कोर और कोरोना लेबल BASPs तत्काल बाद polymerization संशोधन कदम या अनुक्रमिक मोनोमर परिवर्धन के लिए आवश्यकता के बिना तैयार किया जा सकता है कि प्रदर्शन किया. हालांकि, रिपोर्ट उदाहरणों के सभी में, हम उत्प्रेरक क्रियाशीलता छोड़ना के बारे में चिंतित थे, हम एक glovebox अंदर 2 एन वातावरण के तहत सभी प्रतिक्रियाओं को अंजाम दिया.

हमारी प्रारंभिक रिपोर्ट के बाद से, हम ब्रश पहली विधि norbornene समाप्त एमएमएस और कार्यात्मक crosslinkers की एक विस्तृत श्रृंखला से BASPs के गठन के लिए बहुत प्रभावी है कि मिल गया है. हम भी विधि हवा या नमी को दूर करने के लिए कोई विशेष सावधानियों के साथ benchtop पर प्रदर्शन किया जा सकता है की खोज की है.

इस के साथ साथ, भिन्न मेगावाट की तीन BASPs की एक श्रृंखला एसवाई किया जाएगापरिवेश परिस्थितियों में ब्रश पहली विधि द्वारा nthesized. संक्षेप में, बी के 10 समकक्ष 10 के polymerization के एक औसत डिग्री (डीपी) के साथ एक द्विपक्षीय उपज के लिए 15 मिनट के लिए उत्प्रेरक (चित्रा 1 ए) के 1.0 समकक्ष से अवगत कराया जाएगा. बीआई के इस बैच के तीन aliquots 10, 15 होते हैं कि अलग शीशियों को हस्तांतरित, और 20 समकक्ष (एन, चित्रा 1 बी) सी का हो जाएगा. 4 घंटा बाद, polymerizations एथिल vinyl ईथर के अलावा के माध्यम से बुझती किया जाएगा. सितारा बहुलक मेगावाट और मेगावाट वितरण एक बहु कोण लेजर प्रकाश बिखरने डिटेक्टर (जीपीसी मॉल) के साथ सुसज्जित एक जेल पारगमन क्रोमैटोग्राफी साधन का उपयोग कर विशेषता होगी.

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Protocol

हम पहले 3 केडीए हे (2 aminoethyl) polyethylene glycol (खूंटी राष्ट्रीय राजमार्ग 2) और norbornene एन hydroxysuccinimidyl (एनएचएस) एस्टर से खूंटी एम एम बी के संश्लेषण और शुद्धि का वर्णन. पूर्व मिश्रित सिग्मा Aldrich इंक से खरीदा, या साहित्य प्रक्रियाओं 22,23 के अनुसार anionic polymerization के माध्यम से तैयार किया जा सकता है. बाद परिसर प्रकाशित एक प्रक्रिया 21 के अनुसार दो चरणों में तैयार किया जा सकता है. अगला हम व्यावसायिक रूप से उपलब्ध Grubbs 2 एन डी पीढ़ी उत्प्रेरक से उत्प्रेरक का एक संश्लेषण का वर्णन. हम तो ब्रश पहले BASP संश्लेषण के लिए इस परिसर के उपयोग के प्रदर्शन. इस प्रयोग = 10 डी पी के साथ एक द्विपक्षीय से = 10 एन, 15, और 20 के साथ BASPs बनाने के लिए प्रक्रिया का विवरण. सभी प्रतिक्रियाओं मानक जगमगाहट शीशियों का उपयोग कर एक धूआं हुड में प्रदर्शन किया गया.

चेतावनी: हमेशा दस्ताने, एक प्रयोगशाला कोट, और प्रयोगशाला पहननेखतरनाक रसायनों के साथ काम कर जब चश्मा, और आम प्रयोगशाला सुरक्षा प्रथाओं का पालन करें. किसी भी कार्बनिक विलायक एक धूआं हुड में नियंत्रित किया जाना चाहिए. एसएनएफ धूआं हुड के बाहर एक संतुलन पर बाहर तौला जा सकता है. रसायन त्वचा, आंखों, या मुंह के संपर्क में नहीं आना चाहिए. यह जोरदार शुरुआत से पहले इस प्रक्रिया में हर विलायक और ठोस खेतों के लिए एमएसडीएस पढ़ने के लिए सिफारिश की है.

1. खूंटी एम एम बी की तैयारी

  1. हलचल पट्टी के साथ सुसज्जित एक 40 मिलीलीटर जगमगाहट शीशी को खूंटी एनएच 2 (300 मिलीग्राम, 0.0001 मोल, 1.0 EQ) जोड़ें.
  2. निर्जल एन एन dimethylformamide (DMF) की खूंटी एनएच 2 3 एमएल भंग.
  3. Norbornene एनएचएस एस्टर (0.000105 मोल, 1.05 EQ) 21 से 36 मिलीग्राम जोड़ें.
  4. शीशी टोपी और कमरे के तापमान पर रातोंरात प्रतिक्रिया मिश्रण हलचल.
  5. हलचल पट्टी निकालें और खूंटी एम एम बी वेग प्रतिक्रिया समाधान के लिए Diethyl ईथर जोड़ें.
  6. सफेद फ्लू फ़िल्टरffy वेग और Diethyl ईथर के साथ बड़े पैमाने पर धो लें. वैकल्पिक रूप से, एक 50 मीटर अपकेंद्रित्र ट्यूब, अपकेंद्रित्र कमरे के तापमान पर 5 मिनट के लिए 4000 rpm पर करने के लिए निलंबन हस्तांतरण, और फिर सतह पर तैरनेवाला छानना. फिर से ताजा Diethyl ईथर, अपकेंद्रित्र, और निथारना जोड़ें. हम 5x की कुल के लिए इस प्रक्रिया 3x दोहरा सलाह देते हैं.
  7. अवशिष्ट Diethyl ईथर दूर करने के लिए 24 घंटे के लिए शून्य के नीचे वेग से सूखी.

2. खूंटी एमएम का शोधन

हमारी पिछली रिपोर्ट में, खूंटी एम एम बी व्यावसायिक रूप से उपलब्ध खूंटी राष्ट्रीय राजमार्ग 2 से तैयार किया गया था और (1.7 कदम के बाद, यानी) सुखाने के बाद आगे की शुद्धि के बिना BASP संश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया गया था. इस अध्ययन में, हम (घर बनाम वाणिज्यिक) खूंटी एनएच 2 स्रोत भिन्नता है, और हम अधिक कठोर प्रारंभिक उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (तैयार करने HPLC) एम एम शुद्धि से पहले और बाद BASP गठन परिणामों की तुलना. इस अध्ययन, डॉ. के शेष में1.7 कदम के बाद प्राप्त IED मिमी के रूप में बी 1 में जाना जाता है. तैयार करने का HPLC B2 देने के लिए बी 1 शुद्ध करने के लिए इस्तेमाल किया गया था. Anionic polymerization के माध्यम से हमारी प्रयोगशाला में संश्लेषित एक अनुरूप तैयार करने का HPLC शुद्ध एम एम बी 3 के रूप में जाना जाता है. तैयार करने का HPLC एक 1 एमएल नमूना पाश और कमरे के तापमान पर एक Agilent Zorbax 300SB-C18 PrepHT रिवर्स चरण स्तंभ के साथ एक बेकमैन कल्टर HPLC (127p विलायक मॉड्यूल और 166p डिटेक्टर मॉड्यूल) का उपयोग किया गया था.

  1. सेट अप HPLC विलायक एक साथ: विआयनीकृत पानी (Millipore शोधन प्रणाली, 18.2 Ω) 1% एसिटिक एसिड के साथ, विलायक बी: acetonitrile.
  2. प्रधानमंत्री पंप और 95% और 5% बी के साथ स्तंभ संतुलित करना
  3. Acetonitrile में खूंटी मिमी या MeOH (150 मिलीग्राम / एमएल) भंग.
  4. एक 13 मिमी 0.45 माइक्रोन नायलॉन सिरिंज फिल्टर के माध्यम से फिल्टर.
  5. सेट HPLC विधि:
    - प्रवाह दर: 20 मिलीग्राम / मिनट
    - 0-1 मिनट: 10% बी और 90% एक रैखिक ढाल
    - 1-10 मिनट: LINEA90% बी और 10% एक को आर ढाल
    - 10-13 मिनट: प्रारंभिक स्थितियों (5% बी और 95%) करने के लिए स्विच और फिर से संतुलित करना स्तंभ
    - 256 एनएम पर absorbance पता लगाने के लिए सेट यूवी डिटेक्टर
  6. नमूना पाश पर नमूना की 0.8 मिलीलीटर लोड करें.
  7. नमूना इंजेक्षन.
  8. प्रमुख absorbance शिखर (निर्दिष्ट शर्तों के तहत, उत्पाद 5-7 मिनट के बीच elutes) लीजिए.
  9. आवश्यक के रूप में दोहराएँ. एक दौर नीचे कुप्पी में एक साथ शुद्ध भिन्न जुडा है.
  10. रोटरी वाष्पीकरण के माध्यम से सभी विलायक निकालें.
  11. Dichloromethane में उत्पाद redissolve और सोडियम सल्फेट जोड़ें. धीरे से मिलाने या ≅ 1 घंटे के लिए समय - समय कुप्पी हलचल.
  12. एक fritted ग्लास फिल्टर का उपयोग कर मिश्रण तक.
  13. रोटरी वाष्पीकरण के माध्यम से ध्यान लगाओ. रातोंरात शून्य के नीचे सूखी.
  14. खूंटी एम.एम. सीडी 2 में 1 एच एनएमआर द्वारा होती जा सकता सीएल 2 (15-20 mg/0.7 मिलीलीटर सीडी 2 सीएल 2, 500 मेगाहर्ट्ज या उच्चतर 128 से अधिक स्कैन और विश्राम देरी से सिफारिश की है, डी 1= सकारात्मक आयनीकरण मोड और 2 का उपयोग कर 2.0 सेकंड), और MALDI-TOF - MALDI मैट्रिक्स के रूप में (4 hydroxyphenylazo) benzoic एसिड.
  15. खूंटी मिमी 4 डिग्री सेल्सियस पर एक जगमगाहट शीशी में महीनों के लिए भंडारित किया जा सकता है

3. उत्प्रेरक की तैयारी

  1. एक 20 मिलीलीटर शीशी हलचल पट्टी के साथ सुसज्जित करने के लिए Grubbs 2 एन डी पीढ़ी उत्प्रेरक (500 मिलीग्राम, 0.589 mmol) जोड़ें.
  2. शीशी pyridine (लगभग 0.474 मिलीग्राम, 5.89 mmol, 10 EQ) जोड़ें. समाधान रंग तुरंत लाल से हरे रंग को बदलना चाहिए. लाल रंग के सभी गायब हो गया है और समाधान (15-30 मिनट) चिपचिपा हो गया है जब तक प्रतिक्रिया हलचल करने की अनुमति दें.
  3. परिसर में एक वेग को ठंड पैंटेन साथ प्रतिक्रिया शीशी भरें.
  4. हरी वेग (उत्प्रेरक) इकट्ठा करने के लिए निलंबन तक. ठंड पैंटेन की 15 मिलीलीटर के साथ धो 4x.
  5. रातोंरात शून्य के नीचे हरे रंग की ठोस सूखी.
  6. परिसर में एक हो सकता हैगतिविधि की महत्वपूर्ण नुकसान के बिना एक benchtop desiccator में कमरे के तापमान पर महीनों के लिए भंडारित. अतिरिक्त सावधानी के लिए, हम आम तौर पर एक glovebox अंदर एक -20 डिग्री सेल्सियस फ्रीजर में जटिल दुकान. एक 4 मिलीलीटर जगमगाहट शीशियों में तुरंत (3.5 कदम) सुखाने के बाद की सुविधा के लिए, हम पूर्व तौलना जाना जाता मात्रा. हम तो glovebox फ्रीजर में इन शीशियों की दुकान. जब एक कोलाहल करते हुए खेलना प्रतिक्रिया चलाने के लिए तैयार है, हम बस glovebox के बाहर एक शीशी ले और (4.4 कदम) नीचे वर्णित के रूप में इस्तेमाल करते हैं.

4. साथ रहने का ब्रश पॉलिमर के स्टॉक समाधान (बीआई) की तैयारी डीपी = 10

  1. एक 3 एमएल, एक हलचल पट्टी से लैस एक गैस तंग पेंच टोपी के साथ शीशी एम एम बी के 65 मिलीग्राम (0.020 mmol, 10 EQ) बाहर तौलना. यह राशि BASPs के 3 विभिन्न आकारों में से प्रत्येक के लिए एम एम के 20 मिलीग्राम, और बीआई के जीपीसी विश्लेषण के लिए 5 मिलीग्राम बचे हुए से मेल खाती है. शीशी के नीचे करने के लिए सीधे एम.एम. जोड़ने के लिए एक रंग का प्रयोग करें. ट्रेडफिनइस परिदृश्य के रूप शीशी के पक्ष का पालन करने से सामग्री को रोकने के लिए y के अंतिम BASP उत्पाद में एम.एम. संदूषण के लिए ले जा सकता है.
  2. THF के 158 μl में एम एम बी भंग. तुरंत विलायक वाष्पीकरण से बचने के लिए THF जोड़ने के बाद शीशी टोपी. नोट: polymerization के दौरान मुरली के अंतिम एकाग्रता 0.05 एम. THF के 158 μl यहाँ जोड़ा जाता है, तो उत्प्रेरक समाधान के 243 μl, 4.4 कदम होना चाहिए, [मिमी से मेल खाती है THF कुल 401 μl, देने के लिए जोड़ दिया जाएगा ] = 0.05 एम. इस कदम के दौरान विलायक की राशि के रूप में लंबे कदम 4.4 दौरान विलायक की राशि भी [मिमी] 0.05 देने के लिए विभिन्न है, के रूप में अलग किया जा सकता है. हम polymerizations 0.05 <कभी कभी रूपांतरण पूरा करने के लिए आगे बढ़ना नहीं है [मिमी] के साथ बाहर ले पाया है.
  3. एम.एम. के सभी भंग कर रहा है जब तक समाधान हलचल करते हैं. यदि आवश्यक हो तो हल्के से गरम करें. पक्षों पर चिपचिपा समाधान या शीशी की टोपी splattering से बचें.
  4. इसके बाद, एक ज्ञात राशि (2.8 जोड़नाएक 3 मिलीग्राम शीशी (या पूर्व तौला उत्प्रेरक एक साथ एक शीशी प्राप्त) के लिए उत्प्रेरक के इस उदाहरण के लिए मिलीग्राम). एक 6 मिलीग्राम / एमएल उत्प्रेरक समाधान देने के लिए निर्जल THF (इस उदाहरण में 466 μl) जोड़ें. तुरंत शीशी टोपी. उत्प्रेरक पूरी तरह से भंग करने की अनुमति;. अगर जरूरत धीरे शीशी हिला यह उत्प्रेरक समाधान कोलाहल करते हुए खेलना के लिए तुरंत इस्तेमाल किया जाना चाहिए. नोट 1: उत्प्रेरक समाधान एक जंगल हरे रंग होना चाहिए. यह काला या हरा भूरा है, तो यह संभावना विघटित हो गया है, और यह शायद संतोषजनक कोलाहल करते हुए खेलना परिणाम नहीं होगा. अपघटन होता है, तो हम (ऊपर धारा 3 के अनुसार) ताजा उत्प्रेरक की तैयारी, या हौसले से आसुत THF का उपयोग कर सुझाव देते हैं. नोट 2: THF की राशि को एक करने के लिए जोड़ा अंतिम [मिमी] ~ 0.05 है कि यह सुनिश्चित करने के लिए चुना है. इस राशि के रूप में लंबे समय के प्रतिपूरक समायोजन 4.2 कदम में मिमी समाधान के लिए किया जाता है, के रूप में समायोजित किया जा सकता है.
  5. बी के लिए 1 EQ, 243 μl (1.46 मिलीग्राम जोड़ें द्विपक्षीय अशुद्धता को जन्म दे सकते हैं, पक्षों और शीशी की टोपी पर प्रतिक्रिया मिश्रण splashing से बचें.
  6. तुरंत शीशी टोपी और ब्रश macroinitiator (बीआई) के रूप में 15 मिनट के लिए प्रतिक्रिया मिश्रण हलचल करते हैं.

5. BASPs का गठन

  1. 3.6 ± 0.1 मिलीग्राम (कदम 5.2 में स्थानांतरित किया जा बीआई की राशि के लिए 6.18 μmol, 10 EQ), 5.5 ± 0.1 मिलीग्राम (9.28μmol, कदम 5.2 में स्थानांतरित किया जा द्विपक्षीय की राशि को 15 EQ) जोड़ें, और 7.3 ± 0.1 मिलीग्राम (12.4μmol, कदम 5.2 में स्थानांतरित किया जा द्विपक्षीय की राशि को 20 EQ) हलचल सलाखों से लैस तीन अलग 3 मिलीलीटर की शीशियों को crosslinker सी की. शीशी के पक्ष का पालन करने से सामग्री को रोकने के लिए शीशी के तल पर सीधे crosslinker वजन करने के लिए प्रयास करें. नोट: crosslinker सी THF में अत्यधिक घुलनशील नहीं है. इस कारण से, ठोस इस चरण में सीधे प्रयोग किया जाता है. Crosslinker घुलनशील है जहां मामलों में, तो crosslinker का एक केंद्रित शेयर समाधान किया जा सकता है और इस समाधान के विभिन्न मात्रा में शीशियों को हस्तांतरित किया जा सकता है. फिर, अंतिम polymerizations की एकाग्रता> 0.05 एम होना चाहिए, विलायक crosslinker को जोड़ा जाता है तो विलायक के एक प्रतिपूरक कमी कहीं और किया जाना चाहिए.
  2. सी युक्त तीन शीशियों में से प्रत्येक के लिए द्विपक्षीय समाधान के 123 μl (0.618 μmol) जोड़ें. शीशी को जोड़ने जब बस ठोस crosslinker ऊपर सुई टिप रखने की कोशिश करें. सभी को एक बार नहीं बल्कि dropwise से द्विपक्षीय समाधान जोड़ें.
  3. शीशियों कैप और जब तक के लिए आरटी पर प्रतिक्रियाओं हलचलसमापन. BASP विकास पर कोई प्रत्यक्ष प्रभाव पड़ता है अप करने के लिए 24 घंटे के लिए सरगर्मी जारी रखा, जो इस विशिष्ट एमएम और crosslinker संयोजन के साथ, प्रतिक्रिया ~ 4 घंटा में पूरा हो गया है. बीआई के पूर्ण रूपांतरण करने के लिए सुनिश्चित जीपीसी द्वारा मॉनिटर.
  4. एक शेष द्विपक्षीय समाधान के लिए एथिल vinyl ईथर के ड्रॉप और एन के प्रत्येक 10, 15 =, और 20 BASP प्रतिक्रिया मिश्रण जोड़कर प्रतिक्रियाओं बुझाने. पूरा शमन सुनिश्चित करने के लिए 10 मिनट के लिए हलचल.

6. जीपीसी नमूना तैयार

जीपीसी मॉल परिणाम एक Shodex जीपीसी केडी-806M स्तंभ, एक व्याट डॉन Heleos द्वितीय मॉल डिटेक्टर, और कमरे के तापमान पर एक व्याट Optilab टी रेक्स अपवर्तनांक डिटेक्टर से लैस एक Agilent 1260 नियंत्रण रेखा प्रणाली पर प्राप्त किया गया. 1.0 मिलीलीटर की एक प्रवाह दर पर 0.025 एम LiBr साथ DMF / मिनट eluent के रूप में इस्तेमाल किया गया था. परिणाम व्याट द्वारा प्रदान एस्ट्रा 6 सॉफ्टवेयर का उपयोग कर विश्लेषण किया गया.

  1. प्रत्येक प्रतिक्रिया शीशी के लिए एक नया कांच विंदुक का प्रयोग, प्रतिक्रिया का एक छोटा सा नमूना तैयार करने के लिए प्रतिक्रिया समाधान में पिपेट टिप डुबकी. मोटे तौर पर 3 मिलीग्राम / एमएल के एक अंतिम एकाग्रता देने के लिए DMF में 0.025 एम LiBr के 250 μl के साथ विंदुक के अंदर नीचे धो लें.
  2. एक जीपीसी शीशी में नमूना जमा करने से पहले एक 0.45 माइक्रोन polytetrafluoroethylene फिल्टर के माध्यम से पतला नमूना तक.
  3. जीपीसी मॉल रन की स्थापना और रन पूरा होने के परिणाम का विश्लेषण.

लघुरूप की सूची:

एक: Grubbs 3 पीढ़ी बीआईएस pyridine उत्प्रेरक

बी: पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) (खूंटी) macromonomer (एम एम)

बी 1: खूंटी एम.एम. व्यावसायिक रूप से (Aldrich) खूंटी एनएच 2 उपलब्ध और HPLC शोधन के बिना इस्तेमाल का उपयोग कर तैयार.

बी 2: खूंटी एम.एम. व्यावसायिक रूप से उपलब्ध (Aldrich) खूंटी राष्ट्रीय राजमार्ग का उपयोग कर तैयार

बी 3: खूंटी एमएम का उपयोग कर तैयार नव खूंटी एनएच 2 संश्लेषित और HPLC शोधन के बाद इस्तेमाल किया.

BASP: ब्रश हाथ सितारा बहुलक

बीआई: रहने वाले ब्रश सर्जक

सी: photodegradable crosslinker

डी: दाढ़ जन dispersity सूचकांक

DMF: एन, एन dimethylformamide

डी पी: संख्या औसत डिग्री polymerization

जीपीसी: जेल पारगमन क्रोमैटोग्राफी

तैयार करने का HPLC: प्रारंभिक उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी

मॉल: बहु कोण लेजर प्रकाश बिखरने

एम.एम.: macromonomer

मेगावाट: आणविक वजन

एम डब्ल्यू: वजन औसत मोLAR जन

उत्तर: crosslinker समकक्ष की संख्या (ए सी का अनुपात)

एनएचएस: एन hydroxysuccinimidyl

खूंटी: पॉलीथीन ग्लाइकोल

खूंटी एम.एम.: norbornene खूंटी macromonomer (भी यौगिक बी के रूप में)

कोलाहल करते हुए खेलना: रिंग खोलने वर्णव्यत्यय polymerization

THF: tetrahydrofuran

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Representative Results

चित्रा 2 जीपीसी बी 1, बी 2, और बी 3 से तैयार BASPs की एक किस्म के लिए निशान से पता चलता. सभी मामलों में, डेटा crosslinker (एन) के समकक्ष बढ़ती BASP के आकार में वृद्धि हो जाती है कि उदाहरण देकर स्पष्ट करना. हमारी पिछली रिपोर्ट में मनाया गया था, crosslinker के 10 समकक्ष वर्दी BASPs प्राप्त करने के लिए पर्याप्त नहीं है, n = 10 नमूना खासकर unpurified एम एम बी 1 के मामले में अवशिष्ट ब्रश बहुलक की एक बड़ी राशि के साथ एक स्पष्ट रूप से मल्टी मॉडल जीपीसी ट्रेस पता चलता है ( चित्रा 2A). Crosslinker का अधिक से अधिक मात्रा बहुत कम अवशिष्ट ब्रश और एम एम के साथ वर्दी मेगावाट वितरण में परिणाम. 20 - वजन औसत दाढ़ द्रव्यमान (एम डब्ल्यू) लगभग एन से 15 = जाने में डबल्स. बी 3, कोई अवशिष्ट एमएम और कम से कम 1% के मामले में अवशिष्ट द्विपक्षीय = 15 एन के लिए बनी हुई है और एन 20 मामलों =.

चित्रा 1
चित्रा 1. ब्रश हाथ के स्टार पॉलिमर (BASP) संश्लेषण. पैनल (एक) 2 एन डी पीढ़ी उत्प्रेरक Grubbs 'व्यावसायिक रूप से उपलब्ध Grubbs से 3 पीढ़ी bispyridine उत्प्रेरक (ए)' के संश्लेषण दिखाता के लिए योजनाबद्ध. इसके अलावा इस काम में इस्तेमाल खूंटी एम.एम. (बी) और crosslinker (सी) की संरचनाओं हैं दिखाया. पैनल (ख) ब्रश पहले प्रक्रिया का एक योजनाबद्ध आरेख दिखाता है. उत्प्रेरक (ए) के साथ खूंटी एम.एम. (बी) के polymerization एक BASP के गठन में जिसके परिणामस्वरूप तो crosslinker (सी) के लिए जोड़ा है जो एक 10 यूनिट रहने वाले ब्रश सर्जक (बीआई), उत्पन्न करता है. ig1highres.jpg "लक्ष्य =" _blank "> बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 2
विभिन्न खूंटी एमएमएस से तैयार = 10 एन, 15, और 20 BASPs की चित्रा 2. प्रतिनिधि जीपीसी परिणाम. पैनलों (क), (ख), (ग) क्रमशः, एमएमएस बी 1, बी 2, और बी 3 के लिए डेटा को दर्शाती है. वाणिज्यिक खूंटी एनएच 2, unreacted मिमी, और अवशिष्ट बीआई से अशुद्धियों को तारों के साथ लेबल रहे हैं. एम डब्ल्यू और dispersity सूचकांक (डी) मान इनसेट टेबल में प्रदान की जाती हैं. अत्यधिक branched nanostructures के लिए जीपीसी द्वारा प्राप्त Ð मूल्यों ध्यान से 24,25 विचार किया जाना चाहिए कि ध्यान दें. monomodal, वर्दी चोटियों के अवलोकन के कण त्रिज्या के एक संकीर्ण वितरण से पता चलता है.tp_upload/50874/50874fig2highres.jpg "लक्ष्य =" _blank "> बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

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Discussion

ब्रश पहले BASP संश्लेषण का प्रमुख लाभ तेजी से विशेष उपकरणों की आवश्यकता के बिना समानांतर में विविध आकार और संरचना nanostructures के synthesize करने की अद्भुत क्षमता है. इस अध्ययन में, हम एक norbornene क्रियाशील खूंटी macromonomer (बी, चित्रा 1) और एक बीआईएस norbornene nitrobenzyl एस्टर crosslinker (सी, चित्रा 1) का उपयोग ब्रश पहला कृत्रिम विधि प्रदर्शित करता है. बी से खूंटी चेन अंतिम BASP संरचना करने के लिए पानी की घुलनशीलता प्रदान. nitrobenzyl आधारित crosslinker photodegradable है.

यह सामान्य प्रक्रिया अन्य Exo-norbornene आधारित एमएमएस और crosslinkers के लिए संशोधित किया जा सकता है. हम दोनों के कई संयोजनों से BASPs तैयार किया है. उदाहरण के लिए, हम विभिन्न कैंसर रोधी दवाओं, nitroxides, और चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग विपरीत एजेंटों 27 ले कि norbornene खूंटी आधारित एमएमएस का इस्तेमाल किया है. हम भी खूंटी के अलावा अन्य पॉलिमर के शामिल एमएमएस का इस्तेमाल किया है. हमारे अनुभव में, ब्रश पहली विधि के लगभग किसी भी कार्य Exo-norbornene imide एम.एम. समाप्त करने के लिए लागू किया जा सकता है. (उत्प्रेरक गतिविधि के खिलाफ) बीआई मिमी (> 95%) की उच्च रूपांतरणों हासिल नहीं कर रहे हैं मामलों में जहां, एक एमएम अशुद्धता की संभावना सबसे अधिक दोषी है. इस रिपोर्ट (तैयार करने HPLC) में उल्लिखित के रूप में और अधिक कठोर शुद्धि आम तौर पर सफल कोलाहल करते हुए खेलना के लिए जाता है. हम उत्प्रेरक (जैसे मुक्त amines, olefins, azides, आदि) के साथ हस्तक्षेप करने के लिए जाना जाता है कि असुरक्षित कार्य समूहों सहन कि एमएमएस के साथ कोलाहल करते हुए खेलना polymerizations का प्रयास नहीं किया है कि ध्यान दें. इन समूहों के बाद polymerization संशोधन 27 के माध्यम से ब्रश पहले संश्लेषण के बाद पेश किया जा सकता है. उदाहरण के लिए, हम BASP गठन के बाद azides को बदल रहे थे कि alkyl halide एमएमएस से azide-BASPs तैयार किया है. ये azides घन उत्प्रेरित azide-alkyne cycloaddition "क्लिक करें और के लिए इस्तेमाल किया गया# 34; प्रतिक्रियाओं.

हम और अधिक विस्तार में एम.एम. पवित्रता के प्रभाव का अध्ययन करने की मांग की. अवशिष्ट एमएम और द्विपक्षीय हमेशा जीपीसी में मनाया गया की थोड़ी मात्रा ब्रश पहली प्रतिक्रिया एम.एम. व्यावसायिक रूप से उपलब्ध खूंटी एनएच 2 (बी 1, चित्रा 2A) से तैयार का उपयोग किया गया जब बताते हैं. हम पूरी तरह से शुद्ध एमएमएस आम तौर पर मात्रात्मक एम.एम. रूपांतरण दे कि अनुभव से सीखा था. इसके अलावा, हम अवशिष्ट एमएम की राशि वाणिज्यिक खूंटी राष्ट्रीय राजमार्ग 2 का बैच नंबर के आधार पर विविध देखा था कि. हम एक गैर कार्यात्मक खूंटी एनएच 2 अशुद्धता, शायद बस खूंटी diol, स्पष्ट अवशिष्ट एम.एम. अशुद्धता के लिए जिम्मेदार था कि संदिग्ध. इसलिए, हम शुद्ध एम एम बी 2 देने के लिए बी 1 शुद्ध करने के लिए तैयार करने का HPLC उपयोग 2b इस शुद्धिकरण की प्रक्रिया वास्तव में अवशिष्ट एमएम की राशि (नारंगी सितारा) लगभग दो गुना कमी की थी कि पता चलता है;. यह रेमो नहीं थायह पूरी तरह से किया है. दिलचस्प है, बी 2 के रूप में अच्छी तरह से BASPs को द्विपक्षीय की उच्च रूपांतरण दिया था, शायद उत्प्रेरक क्रियाशीलता छोड़ना के लिए नेतृत्व कि एक अशुद्धता तैयार करने का HPLC के माध्यम से हटा दिया गया था. अवशिष्ट एमएम की राशि के साथ अभी भी असंतुष्ट हैं, हम ethanolamine से ethylene ऑक्साइड (की anionic polymerization के माध्यम से खूंटी एनएच 2 के संश्लेषण के लिए साहित्य तरीकों का पालन चेतावनी: ईथीलीन ऑक्साइड प्रशिक्षित, अनुभवी केमिस्टों द्वारा नियंत्रित किया जाना चाहिए, यह एक अत्यधिक ज्वलनशील, विस्फोटक है , और विषाक्त गैस!). इस घर का बना खूंटी एनएच 2 (बी 3 से तैयार 22,23 एम एम) वाणिज्यिक एमएमएस की तुलना में बेहतर परिणाम सामने आए. इसी BASPs की जीपीसी विश्लेषण नहीं detectable अवशिष्ट एम.एम. दिखाया और बहुत कम (<1%) अवशिष्ट बीआई (चित्रा 2C). उच्च शुद्धता BASPs आवश्यक हैं इस प्रकार, यदि हम शुद्धतम संभव एमएम का उपयोग करना चाहिये. अवशिष्ट एमएम और द्विपक्षीय आसानी से हटाया जा सकता है कि नोटब्रश पहले संश्लेषण के बाद डायलिसिस के माध्यम से बड़ा BASPs.

हम भी सी के अलावा अन्य crosslinkers का इस्तेमाल किया है. उदाहरण के लिए, हम bisnorbornene धातु परिसरों, polymerization initiators, एसिड cleavable linkers, और supramolecular मेजबान से BASPs तैयार किया है. हम norbornenes के बीच कठोर spacers के साथ crosslinkers सबसे वर्दी BASPs प्रदान करते हैं कि लगता है, जैसे crosslinkers norbornenes उपभोग कि intramolecular चक्रगति प्रतिक्रियाओं से गुजरना की संभावना है लेकिन BASP विकास में योगदान नहीं है.

भले ही मुरली और crosslinker संयोजन से, हम निम्नलिखित सामान्य व्यवहार ब्रश पहली सफलता के उच्चतम मौका होगा नेतृत्व करने लगता है. पहला, नए संश्लेषित monomers के साथ ब्रश पहले संश्लेषण प्रयास करने से पहले, हम डीपी = 25 और 50 के साथ लंबे समय तक ब्रश पॉलिमर अकेले और संभवतः डीपी = 10 ब्रश बहुलक बनाने की सिफारिश. इन परीक्षणों सफल रहे हैं, एक शानदार मौका है कि वहाँ ब्रश पहलेविधि भी सफल हो जाएगा. दूसरा, ब्रश पहले polymerization के लिए आदर्श एकाग्रता मोनोमर रासायनिक संरचना और घटकों की संरचना पर निर्भर है. हम BASP का एक बड़ा बैच बनाने से पहले छोटे पैमाने पर कुछ सांद्रता जांच की सिफारिश. तीसरा, polymerizations सबसे अच्छा परिणाम देने के लिए प्रकट dichloromethane या tetrahydrofuran में किए गए, इन सॉल्वैंट्स में घुलनशील हैं कि monomers आदर्श होते हैं. जैसा कि ऊपर चर्चा crosslinker इन सॉल्वैंट्स में घुलनशील खराब है, तो हम एक ठोस रूप में जोड़ने के बजाय अतिरिक्त विलायक जोड़ने की सिफारिश. जब तक एम.एम. घुलनशील है, जैसा कि हम crosslinking मिनट के भीतर समाधान में पूरी तरह से crosslinker लाता हैं. Polymerization निष्क्रिय स्थितियों की आवश्यकता नहीं है, हालांकि चौथा, हम अपने जीवनकाल बढ़ाने के लिए अक्रिय वातावरण के तहत उत्प्रेरक का भंडारण की सलाह देते हैं. महत्वपूर्ण बात है, उत्प्रेरक समाधान में समय के साथ घुलना होगा; उत्प्रेरक समाधान Grubbs तीसरी पीढ़ी सीए से नए सिरे से तैयार किया जाना चाहिएtalyst हर समय कोलाहल करते हुए खेलना प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला का प्रदर्शन किया है. अंत में, वर्दी BASPs के लिए आवश्यक crosslinker की राशि crosslinker और एम.एम. संरचना के साथ व्यापक रूप से भिन्न होगा. चित्रा 2 में दिखाया गया है, crosslinker सी की 10 equiv पूरा द्विपक्षीय रूपांतरणों प्रदान करने के लिए पर्याप्त नहीं है. अन्य मामलों में, हम crosslinker का 1 equiv की कि इसके अलावा लगता है, और यहां तक ​​कि 40 equiv अप करने के लिए, अच्छे परिणाम प्रदान करता है. एक नए crosslinker इस्तेमाल किया जा रहा है, जब भी हम इष्टतम crosslinker मात्रा की पहचान करने के लिए विभिन्न एन मूल्यों के साथ छोटे पैमाने पर प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला चलाने का सुझाव देंगे.

एक अंतिम ध्यान दें के रूप में, यह कई वैकल्पिक तरीकों (कोर पहला, हाथ प्रथम, आदि) 25, 26 स्टार की आकृति वाले पॉलिमर बनाने के लिए मौजूद समझते हैं कि महत्वपूर्ण है. प्रत्येक विधि इस तरह के आकार की सीमा, शुद्धि आवश्यकताओं, और कार्यात्मक समूह अनुकूलता के रूप में नुकसान और फायदे हैं. हम, कोलाहल करते हुए खेलना के व्यापक कार्यात्मक समूह सहिष्णुता का तर्क है किnorbornene आधारित कार्यात्मक monomers के संश्लेषण में आसानी, और समानांतर में, तेजी से benchtop पर कोलाहल करते हुए खेलना प्रतिक्रियाओं प्रदर्शन, और कमरे के तापमान पर, आवेदनों की एक किस्म के लिए विचार ब्रश पहले कोलाहल करते हुए खेलना दृष्टिकोण के लायक बनाने की क्षमता. भविष्य में, हम इस पद्धति का विकास जारी रहेगा और BASP दवा और जीन डिलीवरी, सेलुलर इमेजिंग, और आत्म विधानसभा सहित विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए nanoarchitectures. इन उपन्यास कणों, और मिश्रित संश्लेषण के लिए अपनी क्षमता की पूरी क्षमता है, अभी तक पता लगाया जा चुका है.

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

हम रसायन विज्ञान के एमआईटी विभाग और इस काम के समर्थन के लिए एमआईटी लिंकन लैब्स उन्नत अवधारणाओं समिति धन्यवाद.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Grubbs Second Generation Catalyst Materia (or Sigma Aldrich) C848 (Sigma Aldrich: 569747) Used as purchased from manufacturer.
*Provided as a generous gift.
Pyridine Sigma Aldrich 270970 Used as purchased from manufacturer
O-(2-aminoethyl)polyethylene glycol 3000 Sigma Aldrich 07969 Used as purchased from manufacturer
PEG-MM N/A N/A Synthesized following reported procedures (Ref. 21, protocol 1)
norbornene-N-hydroxysuccinimidyl (NHS) ester N/A N/A Synthesized following reported procedures (Ref. 21)
Bis-norb-NBOC Crosslinker N/A N/A Synthesized following reported procedures (Ref. 21)
Pentane Sigma Aldrich 158941 Used as purchased from manufacturer
Tetrahydrofuran (HPLC grade) Sigma Aldrich 34865 Dried and purified over a solvent purification columns
Dichloromethane VWR BDH1113-4LG Used as purchased from manufacturer
Acetonitrile (HPLC grade) Sigma Aldrich 34998 Used as purchased from manufacturer
Acetic Acid Sigma Aldrich A6283 Used as purchased from manufacturer
Sodium sulfate Sigma Aldrich 239313 Used as purchased from manufacturer
Diethyl ether Sigma Aldrich 673811 Used as purchased from manufacturer
Dimethylformamide (HPLC grade) Sigma Aldrich 270547 Used as purchased from manufacturer
Lithium Bromide Sigma Aldrich 213225 Used as purchased from manufacturer
MillQ Biocel A10 Millipore
Beckmann Coulter HPLC (127p solvent module, 166p detector) Beckmann Coulter
Zorbax 300SB-C18 PrepHT reverse phase column Agilent
1260 Infinity Liquid Chromatography Agilent
GPC KD-806M column Shodex
Dawn Heleos II Light Scatterer Wyatt
Optilab T-rEX Refractive Index Detector Wyatt
Glass Scintillation Vials - 40 ml Chemglass CG-4909-05
Glass Scintillation Vials - 4 ml Chemglass CG-4904-06
Glass Scintillation Vials (PTFE-lined cap) - 2 ml Agilent 5183-4518
Stir-bars VWR 5894x various sizes
13 mm 0.45 µm Nylon Syringe filter PerkinElmer 02542903
13 mm 0.45 µm polytetrafluoroethylene syringe filter PerkinElmer 02542909
1 ml disposable syringes VWR 53548-001
Swing bucket centrifuge or similar Should be able to reach approximately 4,000 rpm
Round bottom flask
Fritted glass filter assembly
Rotary Evaporator
Balance

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References

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Liu, J., Gao, A. X., Johnson, J. A. Particles without a Box: Brush-first Synthesis of Photodegradable PEG Star Polymers under Ambient Conditions. J. Vis. Exp. (80), e50874, doi:10.3791/50874 (2013).

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