Particelle senza scatola: Brush-first Sintesi di fotodegradabili PEG Stelle Polymers in condizioni ambientali
Summary
Poli (glicole etilenico) (PEG) polimeri pennello braccio stella (BASPs) con distribuzione della massa strette e dimensioni nanoscopiche accordabili sono sintetizzati in via di apertura anello metatesi polimerizzazione (ROMP) di un macromonomero PEG-norbornene seguita da trasferimento di porzioni di vita risultanti spazzola iniziatore di flaconi contenenti diverse quantità di una rigida, foto-scindibile bis-norbornene crosslinker.
Abstract
Metodi suggeriti per la rapida sintesi parallela di nanoparticelle funzionalizzate diversamente consentiranno scoperta di nuove formulazioni per la somministrazione di farmaci, imaging biologico, e catalisi supportato. In questo rapporto, dimostriamo sintesi parallela di pennello-braccio polimero star (BASP) nanoparticelle dal "pennello-first" metodo. In questo metodo, un poli-norbornene terminato (etilene glicole) (PEG) macromonomero (PEG-MM) è polimerizzata prima via metatesi polimerizzazione per apertura di anello (ROMP) per generare un macroiniziatore pennello vivente. Aliquote di questa soluzione madre iniziatore vengono aggiunti fiale che contengono diverse quantità di una fotodegradabili bis-norbornene crosslinker. L'esposizione a reticolante avvia una serie di pennello cineticamente controllata + pennello e reazioni di accoppiamento stella + stella che produce alla fine BASPs con nuclei composti da reticolante e corone composto da PEG. La dimensione finale BASP dipende dalla quantità di reticolante aggiunto. Svolgiamo il syntesi di tre BASPs sul banco senza particolari accorgimenti per rimuovere aria e umidità. I campioni sono caratterizzati mediante cromatografia a permeazione di gel (GPC), risultati concordati a stretto contatto con la nostra precedente relazione che utilizzava (vano portaoggetti) condizioni inerti. Caratteristiche principali pratiche, vantaggi e potenziali svantaggi del metodo pennello prima sono discussi.
Introduction
Nanoparticelle polimeriche sono stati ampiamente studiati per il loro potenziale utilizzo come piattaforme per la consegna della droga, catalisi supportati, imaging biologico e self-assembly 1-3. Le moderne applicazioni richiedono che siano sintesi di nanoparticelle facile, riproducibile, compatibile con la funzionalità chimiche, e suscettibili di diversificazione 4,5. Apertura dell'anello metatesi polimerizzazione (ROMP) di olefine tese è un potente metodologia per la sintesi di nanostrutture polimeriche funzionali con dimensioni controllate e distribuzione della massa strette 1,6-8. Ad esempio, norbornene funzionalizzati poli (etilene glicole) (PEG) macromonomeri (MMS) può essere efficientemente polimerizzato tramite ROMP per generare polimeri idrosolubili bottiglia-pennello. Usando questo approccio, nanostrutture che trasportano molecole multiple rilasciabili farmacologiche, fluorofori, agenti spin-contrasto possono essere preparati rapidamente e in parallelo 6, 9, 10.
ROMP è stato utilizzato anche per la sintesi "arm-first" di polimeri a stella. Nel metodo braccio prima, polimeri lineari sono reticolati con un agente reticolante polifunzionale che invia nanostrutture sferiche con le braccia polimerici. Schrock e colleghi hanno riportato il primo braccio-ROMP prima sintesi di polimeri a stella mediante reticolazione di norbornene, dicarbomethoxynorbornadiene, e trimetilsilil protetto dicarboxynorbornene polimeri lineari con norbornene reticolante bifunzionale. 11, 12 Buchmeiser ha esteso tale metodologia per la sintesi di materiali con un gamma di applicazioni che includono catalisi sostenuto, ingegneria tessutale, e la cromatografia 13-17. Otani e collaboratori hanno fatto di nanoparticelle polimeriche stelle con superfici funzionali attraverso una strategia correlate "in-out" polimerizzazione 18, 19.
La maggior parte delle polimerizzazioni braccio-first implicano una complessa interazione di monomero, polimero, e accoppiamento stella reazioni. The quest'ultimo procede attraverso un meccanismo di step-crescita che porta normalmente a larga peso molecolare (MW) distribuzioni. Per superare questa limitazione in trasferimento atomo reazioni di polimerizzazione radicali braccio-first correlate, Matyjaszewski e collaboratori eseguito braccio prima reticolazione di MM polimeriche preformate per fornire polimeri a stella con le distribuzioni MW molto strette 20. In questo caso, la maggior parte sterico dei MM, e la maggiore rapporto di armi stella all'iniziazione siti, inibiti i processi di accoppiamento stella + stella scarsamente controllato, e ha portato a una vita, meccanismo di crescita della catena.
Quando abbiamo tentato la stessa strategia nel contesto di ROMP con un norbornene terminazione PEG-MM e un reticolante bis-norbornene, sono stati ottenuti polimeri a stella con molto ampi, MW distribuzioni multimodali. Questo risultato suggerisce che in questo sistema solo il MM non era sufficientemente ingombrante per inibire stella + accoppiamento stella. Per aumentare la sterico dei bracci a stella, e potenzialmente limitare questo uncontroLLED accoppiamento, abbiamo tentato di polimerizzare prima il MM per formare polimeri bottiglia-pennello in assenza di reticolante e quindi aggiungere il reticolante. Siamo stati lieti di constatare che, in determinate condizioni, il "pennello-first" metodo fornito l'accesso diretto ai "polimeri a stella pennello a braccio" (BASPs) con distribuzioni MW strette e nucleo sintonizzabile e funzionalità corona.
Recentemente abbiamo riportato la spazzola prima sintesi ROMP di BASPs PEG utilizzando Grubbs 3a generazione catalizzatore A (Figura 1) 21. In questo lavoro, l'esposizione di PEG-MM B di catalizzatore A generato un pennello macroiniziatore giorno con lunghezza backbone definito (B1, Figura 1). Trasferimento delle aliquote della B 1 di fiale che contengono diverse quantità di reticolante C ha avviato BASPFormazione. L'MW, e quindi la dimensione, delle BASPs aumentavano esponenzialmente con la quantità di C aggiunte. Abbiamo fornito una ipotesi meccanicistica di questo processo di crescita geometrica e dimostrato che funzionali, core-e BASPs corona marcato nitrossido potrebbero essere facilmente preparati, senza la necessità di misure di modifica post-polimerizzazione di monomeri o aggiunte sequenziali. Tuttavia, in tutti gli esempi riportati, eravamo preoccupati per la disattivazione del catalizzatore, abbiamo effettuato tutte le reazioni sotto N 2 atmosfera all'interno di un cassetto portaoggetti.
Poiché il nostro rapporto iniziale, abbiamo trovato che il metodo spazzola prima è molto efficace per la formazione di BASPs da una vasta gamma di MM norbornene-terminato e reticolanti funzionali. Abbiamo inoltre scoperto che il metodo può essere eseguito sul bancone senza particolari accorgimenti per rimuovere l'aria o umidità.
Qui, sarà Sy una serie di tre BASPs di MWs differentinthesized dal metodo spazzola prima sotto condizioni ambientali. In breve, 10 equivalenti di B saranno esposti a 1.0 equivalenti di catalizzatore A (Figura 1a) per 15 min per ottenere un BI con un grado medio di polimerizzazione (DP) di 10. Tre aliquote di questo lotto di BI saranno trasferiti alla flaconcini separati contenenti 10, 15, e 20 equivalenti (N, figura 1b) C. Dopo 4 ore, le polimerizzazioni saranno spente mediante aggiunta di etil vinil etere. Le MWs polimero stelle e distribuzioni MW saranno caratterizzati utilizzando uno strumento cromatografia a permeazione di gel equipaggiato con un rivelatore laser light scattering multi-angolo (GPC-MALLS).
Protocol
Representative Results
Discussion
Il vantaggio principale di spazzola prima sintesi BASP è la capacità unica di sintetizzare rapidamente nanostrutture di dimensioni diverse e la composizione in parallelo senza necessità di attrezzature specializzate. In questo studio, dimostriamo il metodo sintetico pennello prima utilizzando un norbornene funzionalizzato macromonomero PEG (B, Figura 1) e una bis-norbornene estere nitrobenzil reticolante (C, Figura 1). Le catene di PEG da B…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo il Dipartimento di Chimica del MIT e del Comitato Concepts MIT Lincoln Labs avanzata per il supporto di questo lavoro.
Materials
| 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 |
References
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