Partículas sem Box: Brush-primeiro Síntese de fotodegradáveis PEG Estrelas Polímeros em condições ambientais
Summary
Poli (etileno-glicol) (PEG) escova do braço estrela polímeros (BASPs) com distribuições estreitas de massas e tamanhos nanoscopic sintonizáveis são sintetizados através de abertura de anel na polimerização de metátese (ROMP) de um macromonómero de PEG-norborneno seguido por transferência de porções da vida, resultando escova iniciador para frascos contendo quantidades variadas de uma superfície rígida, foto-cliváveis bis-norborneno reticulador.
Abstract
Métodos convenientes para a síntese rápida, paralelo de nanopartículas diversamente funcionalizadas vai permitir a descoberta de novas formulações para a entrega da droga, imagiologia biológica, e catálise suportado. Neste relatório, nós demonstramos a síntese paralela de estrela escova braço-polímero (BASP) nanopartículas pelo método de "escova em primeiro lugar". Neste método, um poli terminada-norborneno (etileno glicol) (PEG) macromonómero (PEG-MM) é polimerizada em primeiro lugar, através de polimerização metátese de abertura de anel (ROMP) para gerar um macroiniciador escova vivo. Alíquotas desta solução de reserva de iniciador são adicionados aos tubos de ensaio que contêm quantidades variadas de um agente de reticulação de bis-fotodegradável norborneno. A exposição ao agente de reticulação inicia uma série de escovas controlado cineticamente + escova e as reacções de acoplamento estrela + estrela que acaba por produzir BASPs com núcleos constituídos por o agente de reticulação e coronas composto de PEG. O tamanho final BASP depende da quantidade de agente de reticulação adicionado. Realizamos o syntese de três BASPs na bancada, sem precauções especiais para remover o ar e umidade. As amostras são caracterizadas por cromatografia de permeação em gel (GPC); resultados concordam estreitamente com o nosso relatório anterior que utilizou (glovebox) condições inertes. Principais características práticas, vantagens e possíveis desvantagens do método da escova-primeiro são discutidos.
Introduction
Nanopartículas poliméricas têm sido amplamente estudados para seu uso potencial como plataformas para a entrega da droga, catálise suportado, imagiologia biológica e auto-montagem 1-3. As aplicações modernas exigem que sínteses de nanopartículas ser fácil, reprodutível, compatível com todas as funcionalidades químicas, e passíveis de diversificação 4,5. De abertura do anel de polimerização metátese (ROMP) de olefinas tensas é uma poderosa metodologia para a síntese de nanoestruturas poliméricos funcionais com tamanhos controladas e estreitas distribuições de massa 1,6-8. Por exemplo, funcionalizada-norborneno poli (etileno glicol) (PEG) macromonómeros (MMS) pode ser eficientemente polimerizado através ROMP para gerar polímeros de garrafa escova solúveis em água. Usando esta abordagem, nanoestruturas que transportam moléculas múltiplas drogas libertáveis, fluoróforos, e agentes de rotação contraste podem ser preparados rapidamente e em paralelo 6, 9, 10.
ROMP também tem sido utilizado para a síntese de "bra-primeira" de polímeros em estrela. No método, primeiro braço, os polímeros lineares são reticulados com um agente de reticulação multifuncional para dar nanoestruturas esféricas com os braços poliméricos. Schrock e colaboradores relataram a síntese da primeira ROMP braço e um de polímeros em estrela, por meio de reticulação de norborneno, dicarbomethoxynorbornadiene, e trimetilsililo protegido dicarboxynorbornene polímeros lineares com um agente de reticulação bifuncional norborneno. 11, 12 Buchmeiser alargou esta metodologia para a síntese de materiais com um gama de aplicações que incluem catálise suportado, engenharia de tecidos, e cromatografia de 13-17. Otani e colegas de trabalho fizeram nanopartículas poliméricas estrela com superfícies funcionais por meio de uma estratégia relacionada com "in-out" de polimerização 18, 19.
A maioria das polimerizações braço-primeira envolve uma complexa interação de monômeros, polímeros, e estrela de acoplamento reações. The este último produto, através de um mecanismo de passo no crescimento que normalmente leva a ampla peso molecular (MW) distribuições. Para superar essa limitação em transferência de átomo de reações de polimerização por radicais relacionados braço-primeiro, Matyjaszewski e colegas de trabalho realizado braço-primeiro crosslinking de polímeros pré-formados MMs para fornecer polímeros estrela com distribuições muito estreitas MW 20. Neste caso, o volume estérico dos MMs, eo aumento da proporção de estrelas braços à iniciação locais, inibiu processos estrela + estrela de acoplamento mal controlados, e levou a uma vida, mecanismo de crescimento da cadeia.
Quando se tentou a mesma estratégia, no contexto de ROMP com um terminada-norborneno PEG-MM e um agente de reticulação de bis-norborneno, foram obtidos polímeros em estrela, com muito amplas distribuições MW, multi-modais. Este resultado sugere que, neste sistema, o MM sozinho não foi suficientemente volumoso para inibir estrela + estrela de acoplamento. Para aumentar o volume estérico dos braços da estrela, e, potencialmente, limitar este uncontroencheram de acoplamento, buscou-se primeiro polimerizar o MM para formar polímeros de garrafa escova na ausência de agente de reticulação e, em seguida, adicione o crosslinking. Ficamos satisfeitos ao descobrir que, sob certas condições, este método "escova-primeiro", desde o acesso direto a "estrela polímeros escova-braço" (BASPs) com distribuições MW estreitas e núcleo ajustável e funcionalidades corona.
Recentemente, relatou a síntese ROMP escova antes de BASPs PEG utilizando Grubbs 3 ª geração catalisador A (Figura 1) 21. Neste trabalho, a exposição de PEG-MM B para o catalisador A gerado um pincel macroiniciador estar com comprimento da cadeia principal definido (B1, Figura 1). Transferência de alíquotas de 1 a B para frascos que continham diferentes quantidades de agente de reticulação C iniciou BASPformação. O MW, e, por conseguinte, o tamanho, das BASPs aumentado geometricamente com a quantidade de C adicionado. Fornecemos uma hipótese mecanística para este processo de crescimento geométrico e demonstrou que, funcionais e-núcleo BASPs marcada com nitróxido de corona pode ser prontamente preparado, sem a necessidade de passos de modificação pós-polimerização de monómeros ou adições sequenciais. No entanto, em todos os exemplos relatados, estávamos preocupados com a desativação do catalisador, realizamos todas as reações sob atmosfera de N 2 dentro de um porta-luvas.
Uma vez que o nosso relatório inicial, verificou-se que o método da escova, primeiro é muito eficaz para a formação de BASPs a partir de uma vasta gama de MMs terminada-norborneno e reticuladores funcionais. Também descobrimos que o método pode ser realizado sobre a bancada, sem precauções especiais para remover o ar ou humidade.
Nisto, uma série de três BASPs de diferentes SM será synthesized pelo método escova primeiro em condições ambientais. Em resumo, 10 equivalentes de B irá ser exposto a 1,0 equivalentes de catalisador A (Figura 1-A) durante 15 min para se obter um de BI, com um grau médio de polimerização (DP) de 10. Três alíquotas de este lote de BI irá ser transferido para frascos separados que contêm 10, 15 e 20 equivalentes (N, Figura 1b) de C. Após 4 h, as polimerizações será extinguida através de adição de éter etil vinílico. Os PMs polímero estrela e distribuições MW irá ser caracterizado utilizando um instrumento de cromatografia de permeação em gel equipado com um detector de espalhamento de luz laser multi-ângulo (GPC-MALLS).
Protocol
Representative Results
Discussion
A principal vantagem da síntese BASP escova-primeiro é a capacidade única de sintetizar nanoestruturas rapidamente de tamanho e composição diversificada em paralelo, sem necessidade de equipamentos especializados. Neste estudo, foi demonstrado o método sintético escova primeiro usando um norborneno funcionalizado macromonómero PEG (B, Figura 1) e um composto bis-éster de norborneno nitrobenzilo reticulador (C, Figura 1). As cadeias de PEG de B</str…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos ao Departamento de Química do MIT e aos conceitos do Comitê MIT Lincoln Labs avançada para apoiar este trabalho.
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 |
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