Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Egenskaper elektro Polymer Nanopartikler Exhibiting Photothermal

Published: January 8, 2016 doi: 10.3791/53631
Automatic Translation
1, 2, 2, 2, 3, 2, 2, 3, 1,2, 1,2
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

Introduction

Elektroaktive polymerer som endrer sine egenskaper (farge, konduktivitet, reaktivitet, volum, etc.) i nærvær av et elektrisk felt. Den raske koblingstider, tunability, holdbarhet og lette karakteristikker av electro polymerer har ført til mange forslag til programmer, inkludert alternativ energi, sensorer, electrochromics, og biomedisinske enheter. Electro polymerer er potensielt nyttige som fleksible, lette batteri og kondensatorelektrodene. 1 Anvendelser av electro polymerer i elektrokromatiske enheter inkluderer reduksjon av gjenskinn systemer for bygninger og biler, solbriller, beskyttelsesbriller, optiske lagringsenheter og smarte tekstiler. På 2-5 Smarte vinduer kan redusere energibehovet ved å blokkere bestemte bølgelengder av lys on-demand og beskytte interiøret av boliger og biler. Smarte tekstiler kan brukes i klær for å beskytte mot UV-stråling. 6 elektro polymerer har also begynt å bli brukt i medisinske innretninger. Blant elektroaktive polymerer som anvendes i biomedisinske anordninger, polypyrrol (PpY), polyanilin (PANI), og poly (3,4-etylendioksytiofen) (PEDOT) er blant de mest vanlige. Eksempelvis er disse typer av polymerer som vanligvis anvendes som transdusere i biosensor anordninger 7-applikasjoner i terapeutisk levering har også vist seg lovende.; studier har vist at frigjøring av medikamenter og terapeutiske proteiner fra enheter fremstilt fra elektroaktive polymerer. 8-12 Mer nylig er elektroaktive polymerer vært anvendt som terapeutiske midler i fototermiske behandling. 13-15 I fototermiske behandling, må fototermiske midler absorberer lys i nær -infrared (NIR) region (~ 700-900 nm), også kjent som det terapeutiske vinduet, hvor lyset har den maksimale inntrengningsdybde i vev, typisk opp til 1 cm. 16,17 I dette området biologiske kromoforer som for eksempel hemoglobin , oksygenert hemoglobin, lipider, og vann har liten til ingenabsorbans, som gjør det mulig for lys å trenge lett. Når fototermiske midler absorberer lys i dette terapeutiske vinduet, blir photoenergy omdannes til fototermiske energi.

Irvin og medarbeidere har tidligere rapportert alkoksy-substituert bis-EDOT benzen monomerer som ble syntetisert ved hjelp av Negishi kobling. 18 Negishi kopling er en foretrukket metode karbon-karbon-binding for dannelse. Denne fremgangsmåte har mange fordeler, blant annet bruk av organosink- mellomprodukter, noe som er mindre giftige og har en tendens til å ha høyere reaktivitet enn andre organometallics anvendes. 19,20 organosinkforbindelser er også kompatible med et bredt spekter av funksjonelle grupper på organohalider. 20 I Negishi koblingsreaksjonen, er et organohalogenid og organometall koplet ved bruk av en palladium (0) katalysator. 20 I det arbeidet som presenteres her, er dette krysskoblingsmetoden anvendt i syntesen av 1,4-dialkoksy-2,5-bis ( 3,4-ethylenedioxythienyl) benzene (bedot-B (OR) 2) monomerer. Disse monomerer kan da lett polymeriseres elektrokjemisk eller kjemisk for å gi polymerer som er lovende kandidater for bruk i biomedisinske anvendelser.

Konvensjonelle fremgangsmåter for fremstilling av kolloidale polymersuspensjoner i vandige oppløsninger for biomedisinske applikasjoner involverer typisk oppløsning av bulk-polymerer, etterfulgt av nanoprecipitation eller emulsjons-oppløsningsmiddel fordampningsteknikker. 21,22 For å produsere NPS av poly (bedot-B (OR) 2) er en bottom-up tilnærming demonstrert her hvor NPs syntetiseres via in situ emulsjonspolymerisasjon. Emulsjonspolymerisasjon er en prosess som er lett skalerbar og er en relativt rask metode for NP forberedelse. 22 Studier ved hjelp emulsjonspolymerisasjonen å produsere NPs andre elektroaktive polymerer er rapportert for ppy og PEDOT. 15,23,24 PEDOT NPs, for eksempel, er utarbeidet med spray emulsjon polymerization. 24 Denne metoden er vanskelig å reprodusere, og vanligvis gir større, mikron-størrelse partikler. Protokollen er beskrevet i denne artikkelen utforsker bruken av en drop-ultralydmetode til reproduserbart forberede 100 nm-polymer NPs.

I denne protokollen, elektroaktive polymerer som er skreddersydd til å absorbere lys i NIR region som ligner tidligere rapportert poly (bedot-B (OR) 2) syntetiseres og preget til å demonstrere sitt potensial i elektrokromatiske enheter og som TOS agenter. Først blir protokoll for syntese av monomerene via Negishi kobling rives. Monomerene er karakterisert ved hjelp av NMR og UV-Vis-NIR-spektroskopi. Fremstillingen av NP kolloide suspensjoner via oksidativ emulsjonspolymerisering i vandige media er også beskrevet. Fremgangsmåten er basert på en to-trinns emulsjonspolymerisasjon prosess som tidligere er beskrevet av Han et al., Som tilføres til de forskjellige monomerene. En to-overflateaktivt system erbrukes til å styre NP monodispersitet. En cellelevedyktighet assay brukes til å evaluere cytocompatibility av NPS. Til slutt, er potensialet i disse NPs til å opptre som TOS transdusere demonstrert ved bestråling med en NIR laser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Forsiktig: Sjå alle relevante HMS-datablad (SDS) før bruk. Flere av de reagenser som anvendes i disse syntesene er potensielt farlig. Vennligst bruk alle nødvendige sikkerhetsrutiner inkludert personlig verneutstyr (vernebriller, hansker, frakk, lange bukser og lukket-toe sko), og utføre synteser i avtrekkskap. Litiering er spesielt farlig og bør kun utføres av godt utdannede personer med tilsyn.

1. Monomer Synthesis

NB: Figur 1 viser den kjemiske reaksjonsvei for fremstilling av forløpere og monomerer hvis syntese er beskrevet i avsnitt 1.2 - 1.5.

  1. Materialer
    1. Rens EDOT som tidligere beskrevet. 25
    2. Omkrystalliser tetrabutyl-ammonium-perklorat (TBAP) fra etylacetat og tørk under vakuum i 24 timer. Titrere n-butyllitium (nBuLi, 2,5 M i heksaner) som beskrevet av Hoye et al.
    3. Tørt magnesiumsulfat og kaliumkarbonat ved 100 ° C i 24 timer før bruk. Bruk alle andre kjemikalier som brukes i denne protokollen som mottatt.
  2. Syntese av 1,4-Dialkoxybenzenes
    Merk: Figur 1A viser fremstilling av 1,4-dihexyloxybenzene ved bruk av 1-bromheksan.
    1. Utstyre en ovn-tørket tre-halset, rundbunnet kolbe med et septum, et argoninntak adapter og en kjøler utstyrt med et gassutløp adapter forbundet til en bobler. Legg oppsikt bar til kolben før tetting.
    2. Koble innløpet adapteren til en Schlenk-linjen ved hjelp av poly (vinylklorid) (PVC) rør og rense rundkolbe med argon.
    3. Legg 12,5 g (113,5 mmol) av hydrokinon til rundbunnet flaske og oppløse den i 20 ml vannfritt tetrahydrofuran (THF) under omrøring.
    4. Separat oppløses 14 g (250 mmol) KOH i 30 ml etanol i en enkelt-halsetrundkolbe og omrøres inntil oppløsning.
    5. Når oppløst, tilsett langsomt den KOH-oppløsning til det tre-halset, rundbunnet kolbe ved hjelp av en sprøyte. Tillat blandingen å omrøres i 1 time.
    6. Etter 1 time, tilsett 250 mmol 1-bromoalkane til reaksjonsblandingen.
    7. Varm reaksjonsblandingen til refluks i 24 timer med omrøring under argon.
    8. Etter 24 timer lar reaksjonsblandingen avkjøles til romtemperatur og tilsett 15 ml avionisert vann og 10 ml diklormetan.
    9. Overfør blandingen til en skilletrakt. Isolere det organiske lag og vask det tre ganger med 10 ml DI-vann.
    10. Tørk det organiske lag over 15 g MgSO4 i 15 min.
    11. Fjerne MgSO4 via vakuumfiltrering gjennom filterpapir.
    12. Fjern løsningsmidlet fra den filtrerte oppløsning ved anvendelse av en rotasjonsfordamper ved 50 ° C og 21 kPa for å gi 1,4-dialkoxybenzene som et urent hvitt fast stoff.
    13. Omkrystalliser det urene produkt ved tilsetning av akkurat nok varme til å etanoloppløse produktet. Når oppløst, plassere i et isbad for å indusere krystallisering.
    14. Samle krystaller via vakuumfiltrering gjennom filterpapir og vask med kald etanol.
    15. Tørk krystallene under vakuum i 24 timer ved RT, og lagre dem under argon inntil videre anvendelse. Denne prosedyren produserer 1,4-dihexyloxybenzene.
    16. Karakterisere produktet ved hjelp av smeltepunkt og 1H og 13C NMR-spektroskopi. 27
  3. Syntese av 1,4-Dialkoxybenzenes inneholdende estergrupper
    Merk: Figur 1B viser den kjemiske rute for fremstilling av et 1,4-dialkoxybenzene anvendelse av etyl-4-bromobutanoate.
    1. Utstyre en ovn-tørket tre-halset, rundbunnet kolbe med et septum, et argoninntak adapter og en kjøler utstyrt med et glassutløp adapter forbundet til en bobler. Legg oppsikt bar til kolben før tetting.
    2. Koble innløpsadapteren til Schlenk linje ved hjelp av PVC slange og rense med argon.
    3. Veie 1,88 g (93,5 mmol) av KI og 15,69 g (93,3 mmol) av K 2 CO 3 og legge til rundkolbe.
    4. Legg 25 ml vannfritt N, N-dimetylformamid (DMF) og omrør inntil saltene oppløses.
    5. Når oppløst, tilsett 2,5 g (18,7 mmol) av hydrokinon til reaksjonsblandingen, og at reaksjonen kunne røre inntil oppløsning.
    6. Når alle faste stoffer blir oppløst, tilsett 46,8 mmol av alkyl bromoalkanoate; oppvarme reaksjonsblandingen ved tilbakeløp i 24 timer under argon under kontinuerlig omrøring.
    7. Fjern reaksjonsblandingen fra varmen og la den avkjøles til romtemperatur.
    8. Overfør reaksjonsblandingen til en skilletrakt og tilsett vann (20 ml) og etylacetat (20 ml) for å ekstrahere det organiske lag. Isolere det organiske lag og vask det tre ganger med vann (20 ml porsjoner).
    9. Tørk det organiske lag over 15 g MgSO4 i 15 min. Når tørket, fjern MgSO4 fra blandingen via vakuumfiltrering gjennom filter papir.
    10. Fjern løsningsmidlet ved bruk av en rotasjonsfordamper ved 100 ° C og 21 kPa. Tørk det urene produkt under vakuum ved RT O / N.
    11. Omkrystalliser produktet ved tilsetning av akkurat nok varme etanol for å oppløse alt faststoff. Når oppløst, avkjøles kolben i is, og tillate krystallene å danne. Samle produktet via vakuumfiltrering og vaskes med kald etanol.
    12. Tørk krystallene i vakuum ved RT i 24 timer og oppbevares under argon inntil videre anvendelse. Denne fremgangsmåten gir 1,4-bis (etyl-butanoyloksy) benzen.
    13. Karakterisere produktet ved hjelp av smeltepunkt og 1H og 13C NMR-spektroskopi. 28
  4. Syntese av 1,4-dialkoksy-2,5-dibromobenzenes
    Merk: Den kjemiske rute for fremstilling av 1,4-dialkoksy-2,5-dibromobenzenes er vist i figur 1A og 1B.
    1. Monter et tørt, tre-halset, rundbunnet kolbe med et argoninntak, en konstant-trykktilsetningstrakt avkortet med englasskork eller septum, og et utløp som er koblet til et plastrør forsynt med en omvendt glasstrakt, suspenderes i løpet av en 1 M NaOH-løsning.
    2. I denne rundkolbe oppløses 218 mmol 1,4-dialkoxybenzene i diklormetan (15 ml).
    3. Separat, tilsett 12 ml (598 mmol) Br2 til en 250 ml kolbe og fortynnet med diklormetan (12 ml).
    4. Overfør Br2 / diklormetan-løsning av konstant-trykktilsetningstrakt. Tilsett Br 2-løsning dråpevis inn i det tre-halset, rundbunnet kolbe med omrøring under argon i løpet av en periode på 2 timer.
    5. Etter fullstendig tilsetning, tillat reaksjonsblandingen å omrøres O / N under kontinuerlig argonstrøm.
    6. Stans reaksjonen ved tilsetning av avionisert vann (20 ml), og hell blandingen over i en skilletrakt.
    7. Isolere det organiske lag og vask tre ganger med DI-vann (20 ml porsjoner). Tørk det organiske lag over 15 g MgSO4 i 15 min.
    8. Fjern MgSO4 avvakuumfiltrering gjennom filterpapir, og fjerne løsningsmidlet ved bruk av en rotasjonsfordamper ved 75 ° C og 21 kPa.
    9. Rens rå 1,4-dialkoksy-2,5-dibrombenzen ved tilsetning av akkurat nok varme etanol for å oppløse alt faststoff. Når oppløst, avkjøles kolben i is, og tillate krystallene å danne. Samle produktet via vakuumfiltrering og vaskes med kald etanol.
    10. Tørk det rensede produkt under vakuum ved RT O / N; lagre under argon.
    11. Karakterisere produktet ved hjelp av smeltepunkt og 1H og 13C NMR-spektroskopi. 27,28
  5. Negishi Kobling av 1,4-dialkoksy-2,5-dibromobenzenes med 3,4-etylendioksytiofen (EDOT)
    Merk: Figur 1C viser Negishi kobling av 1,4-dialkoksy-2,5-dibromobenzenes med EDOT å danne monomerene M1 og M2.
    1. Monter en ren tre-halset, rundbunnet kolbe med et septum, en kondensator utstyrt med en innløpsstrømningskontroll-kort er koblet til argon, og en gassutløpsstrømnings control adapter forbundet til en bobler.
    2. Koble innløpsadapteren til Schlenk linje ved hjelp av tykke vegger PVC-rør. Begynner å strømme argon inn i reaksjonskolben i flere minutter.
    3. Ved hjelp av en Bunsen-brenner, flamme-tørke apparatur under vakuum og spyle med argon tre ganger for å sikre et lufttomme miljø.
    4. Veie 1,07 g (10 mmol) av renset EDOT og tilsett til reaksjonskolben ved hjelp av en sprøyte satt inn gjennom septum. Fortynn EDOT med vannfri THF (20 ml) og omrørt under argon.
    5. Chill flasken inneholdende EDOT løsning ved hjelp av et tørris / aceton-bad i 15 minutter ved -78 ° C.
    6. Etter 15 minutter, tilsett langsomt 11 mmol nBuLi-løsning i heksaner dråpevis mens temperaturen ble holdt ved -78 ° C. Omrør reaksjonsblandingen ved -78 ° C i 1 time.
      Merk: Den nøyaktige konsentrasjonen av nBuLi bør bestemmes ved titrering før bruk i henhold til § 1.1.
    7. Etter 1 time med omrøring, fjerne tørris / acetonbad bath.
    8. Umiddelbart etter fjerning fra badet, tilsett 14.13 ml 1,0 M ZnCl2-løsning dråpevis. La reaksjonen forløpe i en time under omrøring ved RT.
    9. Etter 1 time med omrøring, tilsett 4 mmol av 1,4-dialkoksy-2,5-dibrombenzen og 0,08 mmol tetrakis (trifenylfosfin) palladium (0) til reaksjonsblandingen.
    10. Oppvarm reaksjonsblandingen til tilbakeløpskokning (70 ° C) i et oljebad.
    11. Spor reaksjonsforløpet ved hjelp av tynnsjiktkromatografi (TLC): Ta små (0,2 ml) alikvoter av reaksjonsblandingen daglig ved hjelp av en sprøyte og utfelles i 2 ml 1 M HCl. Ekstraher med 2 ml CHCI3 og flekk ekstraktet på en silika-TLC-plate ved siden av flekker av oppløsninger av EDOT og appropriate1,4-dialkoksy-2,5-dibrombenzen. Elueres med 60:40 etylacetat: heksan.
    12. Når reaksjonen er fullført, tillat reaksjonsblandingen å avkjøles til RT. Stans reaksjonen ved tilsetning av 10 ml 1 M HCl, etterfulgt av tilsetning av diklormetan (20 ml).
    13. Transfer til en skilletrakt og isolere det organiske lag.
    14. Vask det organiske lag med DI-vann inntil vaskevannet ikke lenger er surt. Test surheten i vaskevann med pH-papir.
    15. Tørk det organiske lag over 15 g MgSO4, filtrer og fjern løsningsmidlet ved hjelp av en rotasjonsfordamper ved 50 ° C og 21 kPa for å gi det urene utvidet konjugasjon monomer (M1 eller M2) som et gul-orange fast stoff.
    16. Omkrystalliser det urene produktet ved anvendelse av en varm løsning av 3: 1 etanol: benzenoppløsning for M1 eller 7: 2 heksan: benzen for M2. Legg akkurat nok varme løsningsmiddelblanding for å oppløse det faste stoff. Når oppløst, avkjøles kolben i is, og tillate krystallene å danne. Samle produktet via vakuumfiltrering og vaskes med kald etanol.
    17. Produktet ble tørket under vakuum i 24 timer ved RT. Oppbevar i mørket under argon.
    18. Karakterisere produktet ved hjelp av smeltepunkt og 1H og 13C NMR-spektroskopi. 18

  1. Elektropolymerisasjon
    1. I en 50 ml målekolbe fremstille en 100 mM tetrabutylammonium-perklorat (TBAP) elektrolyttoppløsningen i vannfritt acetonitril (CH3CN).
    2. I en 10 mL målekolbe fremstille en 10 mM monomer (M1 eller M2) løsning ved å bruke 100 mM TBAP / CH3CN løsning som fortynningsmiddel.
    3. Legg til en sølvtråd (pseudo-referanseelektrode) og en platina-flagg (motelektrode) til en ovn-tørket elektrokjemisk celle.
    4. Sett en fersk polert platina-knappen (2 mm 2 diameter) for anvendelse som arbeidselektrode. Sørge for at bunnen av platina knappen elektrode ikke er i kontakt med bunnen av den elektrokjemiske celle.
    5. Fyll den elektrokjemiske celle med nok monomer elektrolytt-løsning for å sikre at spissene på alle tre elektroder er nedsenket i løsningen.
    6. Å av-lufte den oppløsningen i 5 minutter ved forsiktig bobling av argon gjennom en nål nedsenket i the oppløsning.
    7. Hev nålen 2 mm over oppløsningen og fortsette argonstrøm gjennom hele forsøket for å opprettholde en argon-teppe over oppløsningen.
    8. Koble elektrodene til potensiostaten og begynne polymerisasjonen ved å sykle det påtrykte potensiale fem ganger med en sveipehastighet på 100 mV / sek, og et potensial på mellom -1,5 V og 1,0 V.
    9. Spill dagens produksjon i løpet av denne prosessen for å generere sykliske voltammograms.
  2. Polymer Elektro
    1. Etter at polymerfilmen er avsatt på platina-knappen arbeidselektrode, fjerne alle elektrodene fra monomer elektrolyttoppløsningen og forsiktig skyll med monomer-fri elektrolytt-løsning (3 ml).
    2. Legg elektrodene til en ren elektrokjemisk celle og legger nok monomer-fri elektrolytt-løsning for å sikre at spissene på alle tre elektroder er nedsenket i løsningen.
    3. Koble elektrodene til potentiostat. Sykle brukt potensialet two ganger på et sveip på 50 mV / sek og en potensiell rekkevidde mellom -1,5 V og 1,0 V.
    4. Gjenta eksperimentet ved 100, 200, 300 og 400 mV / sek. Spill dagens produksjon under hvert eksperiment for å generere sykliske voltammograms.
  3. Utarbeidelse av elektropolymerisert Films for UV-Vis-NIR spektroskopi og Photothermal Studies
    1. Forbered polymerfilmer som beskrevet i punkt 2.1 ovenfor, denne gangen med en indiumtinnoksid (ITO) belagte glass lysbilde som arbeidselektrode. Grow polymerfilmer enn 5 sykluser på en skanning hastighet på 100 mV / sek.
    2. Etter polymeravsetning fjernes elektrodene fra monomeren og skyll med acetonitril (5 ml).
    3. Oppbevar polymerfilm i acetonitril før spektroskopiske studier.

3. NP Forberedelse

Figur 2 viser en skjematisk fremstilling av fremgangsmåten som brukes for fremstillingen NP via emulsjonspolymerisasjon.

  1. Prepare en 1 ml oppløsning av 2% (vekt / volum) av poly (4-styrensulfonsyre-ko-maleinsyre) (PSS-ko-MA) i vann i et hetteglass. Legg en liten magnetisk rørepinne til hetteglasset. Dette er den vandige fase.
  2. Forbered 100 ul 16 mg / ml oppløsning i kloroform monomer i et mikrosentrifugerør.
  3. Fremstille den organiske oppløsning ved å oppløse 0,03 g dodecylbenzensulfonsyre (DBSA) i 100 ul monomer løsning. Bland den organiske oppløsning ved hjelp av en automatisk vortex-blander i 30-60 min for å sikre homogeniteten av oppløsningen.
  4. Legge til den organiske fase til den vandige fase dråpevis i løpet av 10 pl porsjoner under omrøring med en magnetisk rørestav inntil fullstendig volumet av den organiske løsningen brukes. Tillat omrøring i 60 sekunder i mellom tilsetningene.
  5. Tilsett 2 ml vann for å fortynne blandingen. Fjern oppstuss bar fra hetteglasset.
  6. Sonikere emulsjonen ved anvendelse av en probe-sonikator for totalt 20 sek i 10-sek intervaller ved en amplitude på 30%, mens nedsenkemedisinglass i et isbad.
  7. Fjerne prøveglass fra isbadet, erstatter rørestav, og fortsett omrøring av emulsjonen.
  8. Legg 3,8 ul av 100 mg / ml oppløsning av FeCl3 i vann til monomeremulsjonen. Tillat polymerisering til å oppstå i 1 time under kontinuerlig omrøring. Denne protokollen utbytter NPs av polymer stabilisert med PSS-co-MA.
  9. Fjern NP suspensjon fra oppstuss plate og overføre inn i 7 ml sentrifugerør. Sentrifuger suspensjon på 75 600 xg i 3 min; gjenvinne supernatanten og kasser pellet.
  10. Dialyser supernatanten i 24 timer ved anvendelse av 100 kDa molekylvektsperre (MWCO) dialyserør.

4. Polymer filmer og NP Karakterisering

Merk: Karakterpolymerfilmer og NPs via UV-Vis-NIR-spektroskopi, og NPs bruker dynamisk lysspredning, zetapotensial analyse, og elektronmikroskopi.

  1. Bestemmelse av Polymer absorpsjon i UV-Vis-NIR 29
    1. NP suspensjoner: Overfør suspensjonen til en kvartskuvette og skaffe et spekter fra 300 - 1000 nm på en skanning intervall på 5 nm.
    2. Oksiderte polymerfilmer: Overfør polymer-belagt ITO glass lysbilde til et kvartskuvette og fylle kyvetten med vannfri acetonitril. Tilsett 2 dråper av en 100 mg / ml oppløsning av FeCl3 i CHCI3 til acetonitril og blandes for å sikre at polymerfilmen er fullstendig oksidert. Tilegne seg et spekter fra 300 - 1000 nm på en skanning intervall på 5 nm.
    3. Reduserte polymerfilmer: Overfør polymer-belagt ITO glass lysbilde til en kyvette og fylle kyvetten med vannfri acetonitril. Tilsett en dråpe av hydrazin til væsken og blandes for å sikre at polymerfilmen er fullstendig redusert. Tilegne seg et spekter fra 300 - 1000 nm på en skanning intervall på 5 nm.
  2. Fastsettelse av NP Size Med Dynamisk lysspredning (DLS) 30
    1. Slå på DLS instrument og tillatedet å varme opp i 15 min.
    2. Fortynn NP suspensjonen i vann til en konsentrasjon på 0,01 mg / ml, og plasser i en engangs polystyren kyvette.
    3. Plasser kyvette i leseren og begynne måling.
  3. Fastsettelse av NP Zeta Potential 31
    1. Slå på zeta potensialet instrumentet og la den varmes opp i 30 min.
    2. Preparere prøven ved å fortynne 200 ul NP suspensjon i 800 ul 10 mM KCl-oppløsning.
    3. Fyll en engangs polystyren kyvette med 700 ul av prøven.
    4. Sett zeta-potensialet elektrodecelle i prøven slik at ingen bobler er fanget mellom elektrodene, eller ved laser lysbanen.
    5. Sett kyvetten i instrumentet og følg bruksanvisningen for programvaren for å kjøre målingen.
  4. Fastsettelse av NP formatet med Scanning elektronmikroskopi (SEM) 32
    1. Drop-cast 10 mL av NP suspensjoner på Si wafere ogla den tørke.
    2. Frese frakk de tørkede NPs med 2 nm av iridium.
    3. Bilde prøvene ved en arbeidsavstand på 5 mm og ved 5 kV.

5. Undersøke Cytocompatibility av NPs

Merk: Alle celle manipulasjoner bør utføres i en biosikkerhet kabinett (laminar flow hood) for å hindre forurensning av cellene med bakterier, gjær eller sopp fra omgivelsene, og for å beskytte brukeren mot potensielt infeksjonssykdommer. Alle løsninger og utstyr som benyttes sammen med cellene bør være sterile. Bruk riktige aseptiske cellekulturteknikker.

  1. Culture de SKOV-3 eggstokkreft celler i T75-kolber ved 37 ° C i en CO2-inkubator (5% CO2) ved hjelp av Dulbeccos modifiserte Eagle-medium (DMEM) supplert med 10% føtalt bovint serum som vekstmedium.
  2. Seed celler ved en celletetthet på 5.000 celler / brønn i en 96-brønns plate og inkuberes i 24 timer ved 37 ° C i en CO 2
  3. Umiddelbart før anvendelse, fortynnes NP suspensjon i fullstendig vekstmedium ved en konsentrasjon på 1 mg / ml.
  4. Filtrere NP suspensjonene ved å passere gjennom et sterilt 0,2 pm filter og fortynnet til konsentrasjoner av de ønskede eksponerings (2-500 pg / ml) med fullstendig vekstmedium supplert med 1% penicillin / streptomycin.
  5. Fjern materialet fra hver av brønnene i 96-brønns plate ved forsiktig pipettering og erstatt med 100 ul av NP suspensjoner ved forskjellige konsentrasjoner eksponerings, eller med 100 ul av NP-fritt medium for både positive og negative cytocompatibility kontroller. Utnytte 6 replikatmålinger brønner per tilstand.
  6. Umiddelbart før neste trinn, fremstille en 0,5 mg / ml oppløsning av 3- (4,5-dimetyltiazol-2-yl) -2,5-difenyltetrazoliumbromid (MTT) i fenolrødt-fritt DMEM. Sterilt filter MTT-løsning gjennom et sterilt 0,2 pm filter.
  7. Etter at NPS å inkubere med cellene i den ønskede tidsperiode (typically 24 eller 48 timer), fjerne NP suspensjoner ved forsiktig pipettering ut.
  8. Erstatte umiddelbart media med følgende avhengig av tilstanden:
    1. For den negative cytocompatibility kontroll, tilsett 100 mL metanol til hver av 6 brønner og la den sitte i minst 5 min. Etter behandling metanol, erstatte metanol med 100 ul sterilfiltrert 0,5 mg / ml MTT-oppløsning i fenolrødt-fritt DMEM.
    2. For den positive kontrollen, og NP-behandlede prøver, erstatte mediet med 100 ul sterilfiltrert 0,5 mg / ml MTT-oppløsning i fenolrødt-fritt DMEM.
  9. Cellene inkuberes i 2 timer for å fire i inkubatoren. Etter inkubering undersøke cellene under mikroskopet for å se etter dannelsen av formazankrystaller.
  10. Fjern forsiktig MTT løsningen ved pipettering og erstatte den med 100 ul dimethylsulfoxyd (DMSO).
  11. Plasser 96-brønners plate på en ristemaskin og blandes i flere minutter for å fremme oppløsning av forMazan krystaller.
  12. Mål absorbansen av hver brønn ved 590 nm (maksimal absorpsjon av formazanprodukt) og 700 nm (grunnlinje).
  13. Trekk fra prøven absorbans ved 700 nm (baseline) fra at ved 590 nm for hver brønn.
  14. Normaliser den korrigerte absorbansen ved å dele det ved gjennomsnittet av den positive kontrollen og konvertere til en prosentandel ved å multiplisere med 100.
  15. Bestemme den gjennomsnittlige prosent levedyktighet og standardavvik for hver tilstand.

6. Photothermal Transduction Studies

Merk:. I dette arbeidet et lasersystem som tidligere beskrevet av Pattani og Tunell er utnyttet 33

  1. Photothermal Transduksjon av NP utestengelse
    1. Fortynn NPs i DI vann til konsentrasjonen av interesse.
    2. Tilsett 100 ul av NP suspensjon til en brønn i en 96-brønns plate. Sett brønn plate på en varm plate holdt ved 25 ° C.
    3. Slå på strømmen til laseren og la den to oppvarmes i flere minutter. I denne studien ble en fiber-koplede 808-nm laser diode vurdert opp til 1 W strøm benyttes.
    4. Route laserstrålen mot prøven trinnet via en optisk fiber. Bruk en konveks linse for å divergere laserstrålen til stedet ønsket størrelse.
    5. Mål effekt med en standard strømmåleren og tilpasse seg en effekt på 1 W / cm 2.
    6. Slå på IR-kamera (InSb infrarødt kamera (FLIR Systems SC4000)) og sette regionen av interesse (ROI) sted å lese av temperaturen på 6 mm stedet hvor laser er fokusert.
    7. Plasser godt av interesse på det sentrale punktet i laserstrålen. Ta opp den grunnlinjen temperaturen av prøven. Slå på laseren og bestråle godt sammenhengende i 5 min mens du tar opp temperaturen.
    8. Etter 5 min, slå av laser og fortsette innspillingen temperaturen av brønnen til den er avkjølt tilbake til start baseline temperatur.
      Merk: Varme og kjøle hver suspensjon tre ganger og beregneGjennomsnittstemperaturen endrer seg over tid. DI vann ved 25 ° C i stedet for en NP suspensjon som en negativ kontroll for fototermiske omdannelsen.
  2. Photothermal Transduksjon av Polymer Films
    1. Overfør den polymerbelagt ITO glassplate til en varm plate holdt ved 25 ° C.
    2. Slå på strømmen til laseren og la den varmes i flere minutter. I denne studien ble en fiber-koplede 808-nm laser diode vurdert opp til 1 W strøm benyttes.
    3. Route laserstrålen mot prøven trinnet via en optisk fiber. Bruk en konveks linse for å divergere laserstrålen til stedet ønsket størrelse.
    4. Mål effekt med en standard strømmåleren og tilpasse seg en effekt på 1 W / cm 2.
    5. Slå på IR-kamera (InSb infrarødt kamera (FLIR Systems SC4000)) og sette regionen av interesse (ROI) sted å lese av temperaturen på 6 mm stedet hvor laser er fokusert.
    6. Plasser filmen på det sentrale punktet i laserstrålen. Spill den baseline temperaturen av prøven. Slå på laseren og bestråle prøven kontinuerlig i 5 minutter mens du tar opp temperaturen.
    7. Etter 5 min, slå av laseren, og fortsette å registrere temperaturen i prøven til den er avkjølt tilbake til utgangslinjen temperatur.
      Merk: Varme og kjøle hver film tre ganger og beregner gjennomsnittstemperaturen endrer seg over tid. Bruk en naken ITO lysbilde ved 25 ° C som en negativ kontroll for fototermiske konvertering.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Reaksjons protokoll givende M1 og M2 er vist i figur 1. Monomerene kan karakteriseres ved 1H og 13C NMR-spektroskopi, smeltepunkt og elementæranalyse. 1 H NMR-spekteret gir opplysninger om tilkobling av atomer og deres elektroniske miljøer; Dermed er det rutinemessig brukes til å bekrefte at reaksjoner er fullført. Negishi koblingsreaksjoner involverer kobling av fenylringen til EDOT, forårsaker fenyl proton peak å skifte fra 7,1 ppm til 7,8 ppm. Den tienvl proton vil også skifte upfield til 6,5 ppm. De fire protoner på etylendioksysubstituent broen karboner blir delt i to sett av multipletter ved 4,3 ppm. Protoner på alifatiske karbonatomer vil ikke endres vesentlig. Den 13C-NMR spekteret vil utvise topper ved 170, 145, 140, og 113 for den tienyl karbonatomer, og 150, 120 og 112 for de fenylen karbonatomer. Posisjoner av aliphatic karboner vil ikke endres vesentlig. Den kjemiske struktur, 1H NMR og 13C NMR for M2 er vist i figur 3.

Electropolymerizations av M2 som ga polymer (P2) og syklisk voltametri for P2 er vist i figur 4, 4A, i første omgang, er det ingen strøm respons.; som potensielle øker, begynnende oksydasjon av M1 monomer (E on, m) kan ses på + 0,25 V, med toppen oksydasjon av monomeren (e p, M) ved + 0,61 V. I løpet av det første søket i initiale topp observert er indikativ for irreversibel monomer oksydasjon, noe som resulterer i dannelsen P2 på overflaten av arbeidselektroden. Under den andre scan to oksidasjonsprosesser er observert: monomer oksidasjon fortsatt blir sett på 0,25 V, og polymer oksidasjon er sett ved 0 V. Cyclic voltammetry av P2 (4B) ble utført ved skanne priser som spenner 50-400 mV / sek. Polymerfilmen er mørk blå i oksidert tilstand og rødt i nøytral tilstand. Sykling polymeren på en rekke skannefrekvenser viser et lineært forhold mellom skannehastighet og toppstrømmen, noe som indikerer at polymeren er elektro og klebet til elektroden. 18 Polymer oksidasjon (E a, p) blir observert ved -0,02 V for P2, og polymer reduksjon (E c, p) blir observert ved -0,3 V når syklet på 100 mV / sek.

NPS ble syntetisert som vist i figur 2 og karakterisert ved hjelp av UV-Vis-NIR-spektroskopi, elektronmikroskopi, og DLS. UV-Vis-NIR-spektra av oksyderte og reduserte P2 filmer, og av oksidert P2 NPS, er vist i figur 5. Den oksyderte polymer filmer og NPS oppviser en topp absorbans λ maks ved 1,56 eV (795 nm). Når redusert i hydrazin, skifter filmen peak absorbans til en λ max på 2,3 eV (540 nm). Polymeren bandet gap (E g) blir bestemt fra starten av det π- π * overgang i den nøytrale polymer, som indikert ved det sorte pil i figur 5.

Det SEM-bilde av P2 NPS i figur 6A viser at NPS er sfærisk og sub-100 nm i diameter. DLS data i figur 6B viser et Z-gjennomsnitt av suspensjonene til å være 104 nm i diameter med en polydispersitetsindeks (PDI) på 0,13, noe som indikerer at prøven er moderat monodispergert. Zeta-potensialet av P2 NPs ble funnet å være -30,5 mV. Endring i temperatur når NPs er utsatt for NIR stråling demonstrerer fototermiske konvertering. Sammenlignet med vannkontroll, som undergår mindre enn 1 ° C økning i temperatur, NP suspensjoner i vann er i stand til å omdanne den absorberte laserenergi til varme som demonstrert ved 30 ° C økning i temperaturen i NP suspensjoner (figur6C). En tilsvarende temperaturøkning (28 ° C) er observert når polymerfilmer på ITO glass blir bestrålt ved 808 nm (figur 6C).

Den cytocompatibility av polymer NPs fastsettes ved bruk av MTT celle levedyktighet analyser. Resultater av cytocompatibility studier for PEDOT:. PSS-ko-MA NPS er vist i figur 7. Som vist i NP konsentrasjonsområdet fra 0,23 til 56 ug / ml, gjør NPS ikke redusere cellenes levedyktighet til mindre enn 90% av kontrollen. Vanligvis er en reduksjon i cellelevedyktighet på mindre enn 20% (dvs. opp til 80% levedyktighet) anses som akseptabelt for bestemmelse av NP cytocompatibility.

Figur 1
Figur 1. Generell monomer-syntese som starter med den forløper syntesen. (A) Syntese av 1,4-dialkoksy-2,5-dibrombenzen. (B) Syntese av 1,4-dialkoksy-2,5-dibrombenzen inneholdende estergruppe. (C) Cross-koblingsreaksjon av 1,4-dialkoksy-2,5-dibrombenzen med EDOT, givende monomerer M1 og M2. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2. Polymerisering fremgangsmåte hvor den organiske oppløsning tilsettes dråpevis til en vandig løsning som skaper en emulsjon. Monomeren og det organiske oppløsningsmiddel kan variere. Oksydativ polymerisasjon oppstår når FeCl3 tilsettes til emulsjonen. Etter rensing av kolloidale suspensjonen blir NPs suspendert i vandig medium. Klikk her for å se en større versjon av dennefigur.

Figur 3
Figur 3. NMR-spektra av monomer M2. (A) 1 H-NMR-spektroskopi av M2 hvor splitting av etylendioksysubstituent protoner ved 4,32 ppm, en upfield forskyvning av tienyl-protoner, og upfield forskyvning av fenylprotoner er en indikasjon på vellykket kobling . (B) 13 C NMR-spektroskopi av M2 viser tienyl og fenyl karbon topper. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4. (A) elektrokjemisk polymerisasjon av M2 til P2; fem sykluser ved 100 mV / sek med 0,01 M M2 i 0,1 M TBAP / CH3CN. (B) Cyclic voltammetry av polymerfilm i 0,1 M TBAP / CH3CN syklet på 50, 100, 200, 300, og 400 mV / sek. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figur 5. UV-Vis-NIR-spektrene til både P2 som en film og som en suspensjon av NPS. Spektret av den oksyderte film er vist i blått, blir spekteret for det reduserte film er vist i rødt, og spekteret av den oksyderte NP suspensjon vises i grønt. Den svarte pilen svarer til tangentlinjen som brukes for bestemmelse av polymeren bandgap. Peak absorpsjon bølgelengder for polymerene er gitt. Klikk her for å se en større versjon av dennefigur.

Figur 6
Figur 6. (A) SEM-bilde som viser morfologien og størrelsen av P2 NPs. (B) Størrelsesfordeling av P2: PSS-co-MA NP suspensjon hvor Z-gjennomsnittsverdien er 104 nm og den PDI er 0,13. (C) Temperaturendring av en P2.: PSS-co-MA NP suspensjon på 1 mg / ml (blå) og filmen (grønn) når de bestråles med NIR-lys for 300 sekunder, etterfulgt av passiv kjøling ved gjennomføring av laserbestråling Vennligst trykk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 7
Figur 7. Cytocompatibility av PEDOT: PSS-ko-MA NP suspensjoner som bestemmes av MTT analysen Livskraftig er.vist for celler som er utsatt for varierende konsentrasjoner av NPS som den gjennomsnittlige prosentvise forhold til den for celler inkubert med NP-fritt medium (positiv kontroll). Negative kontroll består av celler drept ved eksponering til metanol før MTT-assayet. Feilfelt representerer standardavviket mellom replikater (n = 6). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I dette arbeidet har electropolymer NPs blitt syntetisert som potensielle TOS midler for kreftbehandling. Fremstillingen av NPS beskrives, med utgangspunkt i syntesen av monomerene etterfulgt av emulsjonspolymerisasjon. Mens fremstillingen av NPS ved hjelp av elektroaktive polymerer som EDOT og pyrrol har blitt beskrevet før, beskriver dette papiret fremstilling av polymere NPS starter med unike utvidede konjugeringsformål monomerer, noe som viser at denne fremgangsmåten kan utvides til større og mer komplekse monomerer.

To forskjellige ruter er nødvendige for å syntetisere dialkoxybenzene monomerer. Mens 1,4-dihexyloxybenzene kan syntetiseres ved hjelp av KOH / EtOH, er at tilnærmingen mislykket i syntesen av 1,4-bis (etyl-butanoyloksy) benzen, mest sannsynlig på grunn av bunnen-aktiverte esterhydrolyse. Når en KI / K 2 CO 3 blanding anvendes, er hydrolyse unngås, og produktet ble oppnådd vellykket. Bromering av both dialkoxybenzenes gjøres ved hjelp Br 2. Det er nødvendig å utføre dette forsøket under strømmende argon til å fortrenge HBr som dannes under reaksjonen. Gassuttaket bør lufte over en nøytraliser NaOH løsning for å hindre HBr korroderer hette inventar; Merk at HBr kan føre plastrøret til å herde over tid.

Bedot-B (OR) 2 monomerene M1 og M2 ble syntetisert ved anvendelse Negishi kobling. Dette er en effektiv metode for karbon-karbon kobling av EDOT med 1,4-dialkoksy-2,5-dibromobenzenes å gi bedot-B (OR) 2 monomerer. Det er viktig å kjøle den EDOT til -78 ° C før tilsetning av nBuLi, for å minimalisere uønskede bireaksjoner. Når all 1,4-dialkoksy-2,5-dibrombenzen er utarmet fra reaksjonsblandingen (bestemt ved hjelp av TLC, og dette tar vanligvis 3-5 dager), er reaksjonen fullført. Reaksjonen er ekstremt følsom luft, og eksponering mot luft vil påvirke utbyttet av reaksjonen. Når således introducing faste forbindelser (som katalysator) i en forseglet flaske, bør lufteksponering bli redusert ved å øke argonstrøm.

Elektroaktive monomerer og polymerer er rutinemessig karakterisert ved anvendelse av syklisk voltametri for å bestemme monomer og polymer oksidasjonspotensialer og polymer reduksjonspotensialer, og filmer fremstilt via elektrokjemiske polymerisasjonen er benyttet for å bestemme polymer absorpsjon i UV-Vis-NIR-spektrum i både den oksyderte og reduserte tilstander. I dette arbeidet ble polymer filmer deponert på både en platina knapp og ITO belagt glass av elektropolymerisasjon. Noen av fordelene ved elektropolymerisering er reproduserbarhet og evne til å kontrollere filmtykkelsen ved å overvåke strømmen av den polymeriserte film og stoppe elektropolymerisering når en bestemt respons oppnås 34 Elektrokjemiske eksperimenter må utføres under en inert atmosfære slik som argon.; argon strømmen bør være så langsom at den ikke forstyrre løsningens overflate for å sikre en diffusjons-kontrollert prosess. Alternativt kan de elektrokjemiske eksperimenter utføres i en inert atmosfære tørr boks utstyrt med elektrokjemiske gjennomføringer. Det er viktig at ingen av de tre elektroder berører hverandre under elektropolymerisering. Før polymer cykliske voltametri undersøkelser, må de avsatte polymerfilmer vaskes med monomer-frie elektrolyttløsning for å fjerne ureagert monomer fra filmene. For alle elektrokjemiske undersøkelser potensialet rekke nødvendige vil avhenge av strukturen av monomer / polymer; så denne serien kan variere med alternative monomerer og polymerer. Avhengig av strukturen av de alkoksysubstituenter, det løsningsmiddel som anvendes for å fremstille monomeren elektrolyttoppløsningen kan også oppløse polymeren. I så fall vil polymer avsetning på elektroden under elektropolymerisering være langsom eller ikke-eksisterende, og det anvendte løsningsmiddel for polymeriseringen må endres.

e_content "> Emulsjonspolymerisering for fremstilling av NPS sammensatt av elektroaktive polymerer er en effektiv metode som gir NPS med en uniform morfologi I dette arbeidet benytter emulsjonspolymerisasjonsprosessen den samme oksyderende polymerisasjon mekanisme anvendes under elektrokjemisk polymerisasjon;. den store forskjellen er at et kjemisk oksydasjonsmiddel (ferriklorid) brukes i stedet for en påført elektrokjemisk potensial. Denne emulsjonspolymerisasjon, og derfor frembringer NPs identiske i kjemiske sammensetningen til filmene fremstilt via elektrokjemisk polymerisasjon. Selv om elektrokjemisk polymerisasjon gir en lettvinte måte å karakterisere de redoks egenskapene til monomerer og polymerer, er emulsjonspolymerisasjon en rask, billig og reproduserbar prosess som er lett skalerbar og kan potensielt brukes sammen med en rekke forskjellige elektroaktive polymerer. Emulsjonspolymerisering muliggjør også fremstilling av NPS fra polymerer som har lav oppløselighet i organiskeog vandige oppløsninger som ikke kunne bli emulgert effektivt fra den polymere tilstand. I våre emulsjon polymerisasjoner ble den organiske fasen består av monomer, organisk løsningsmiddel (heksan), og dodecylbenzensulfonsyre (overflateaktivt middel). Den vandige fasen besto av vann, jern-III-klorid (oksidant), og PSS-co-MA (overflateaktivt middel). Emulsjonspolymerisasjonsprosessen forutgås av et sonikeringstrinn for å sikre at den organiske fase er godt dispergert i den vandige fase. Under ultralydbehandling, er det nødvendig å dyppe den emulsjon i et isbad for å hindre bulkoppvarming. De overflateaktive midler PSS-ko-MA og DBSA muliggjøre spredning av den syntetiserte NPS i vandige løsninger ved inter-partikkelelektrostatiske frastøtende krefter. Disse overflateaktive midler virker også som ytterligere ladningsbalanserende dopingsmidler, og har vist seg å gi sfærisk geometri NP 24 De polymere NPS forbli i oksidert tilstand, (som vist ved den toppen absorpsjon ved 795 nm, figur 4). Som er kritikkal for biomedisinske anvendelser hvor absorpsjon i NIR område er nødvendig. 24

Zeta potensial analyse er vanligvis utført for å vurdere stabiliteten av NP suspensjoner. Zeta potensial er potensialet på grensen mellom det Stern laget der ioner er sterkt forbundet med NP overflaten, og det diffuse lag hvor ioner ikke lenger samvirke med NP overflaten. 31 Zeta-potensial målingene er avhengig av bevegelsen av ladede NPS når et elektrisk felt påføres på suspensjonen. Nærmere bestemt, er negativt ladet NPS tiltrekkes mot den positive elektrode, og vice versa. Kolloidale suspensjoner kan stabiliseres via elektro repulsions. Spesielt er suspensjoner anses stabil når deres zeta potensialet er større enn +/- 30 mV. I våre NP formuleringer, tilstedeværelse av sulfonatgrupper og karboksylatgrupper fra DBSA og PSS-co-MA gir en negativ overflateladning på NPS.

Rensing av the NPs er et viktig skritt for å fjerne eventuelt overskudd av overflateaktivt middel og eventuelt ikke-reagert utgangsmateriale forut for in vitro-cellestudier. Ineffektiv surfaktant fjerning kan føre til betydelig celledød. Som for andre in vitro-celleanalyse, er det viktig å arbeide i en laminær strømningshette og å arbeide under sterile betingelser. NPs bør også steriliseres før bruk ved å føre suspensjonen gjennom et sterilt 0,2 pm filter. Det er også viktig å kontrollere konsentrasjonen av NP suspensjoner etter steril filtrering. For dette formålet, kan en fraksjon av den filtrerte NP suspensjon av kjent volum blir frysetørket for å oppnå den tørre masse. MTT-cellelevedyktighet assay blir typisk brukt for å studere effekten av biomaterialer, inkludert NPS, på dyrkede celler. Denne enkle analysen kan tilpasses til undersøkelse av cytocompatibility av NP suspensjoner med en hvilken som helst pattedyrcellelinje. MTT kolorimetrisk analyse er basert på omdannelsen av en gul tetrazolium fargestoff til purpur, InsolÜble formazankrystaller som deretter kan oppløses i DMSO eller sure alkoholløsninger. 35,36 Når det utføres in vitro-celleanalyser så som MTT-assay celleviabilitet i multi-brønnplater, er konsistens i celle såing og manipulasjon avgjørende for å oppnå minimale forskjeller replikere prøver. Før og under forsøket, bør seeded celler undersøkes under et mikroskop for å sikre konsistent såing og vekst, og også for å utelukke enhver forurensning. Endelig kan mikros også benyttes for å bekrefte fullstendig oppløsning av formazankrystaller etter tilsetning av DMSO.

Photothermal studier ble utført ved hjelp av en kontinuerlig laser på 808 nm. Bruken av kontinuerlige vs pulset lasere kan varme materialer annerledes. Tidligere studier har sammenlignet fototermiske konvertering og fototermiske ablasjon med gullnanostrukturer som TOS agenter, 37, men mer forskning trengs for å undersøke fototermiske konvertering fra polymeric NPs som de som er beskrevet her. I dette arbeidet ble laseren divergerte til en konveks linse og fokusert på et 6 mm flekk størrelser. Det er viktig å være forsiktig for ikke å forstyrre den optiske systemet når du kjører eksperimenter for å forhindre utilsiktede endringer i fokusplanet som ville føre til forskjeller i fototermiske konvertering resultater. En varm plate ble anvendt for å varme og opprettholde en konstant utgangstemperatur for studien.

Som konklusjon, er en protokoll for fremstilling av NP elektroaktive polymerer suspendert i vandig medium er beskrevet. Negishi kopling er en effektiv metode for kobling av 1,4-dialkoksy-2,5-dibromobenzenes med 3,4-etylendioksytiofen (EDOT). Elektropolymerisering av monomerene er detaljert i denne protokollen. Dette viser seg å være en effektiv måte til raskt å produsere polymerfilmer og studere deres elektroniske egenskaper. Polymer filmer er videre kjennetegnet ved hjelp av UV-Vis-NIR-spektroskopi for å bestemme bandet hullene av de nøytrale polymerer. Electrochemical emulsjonspolymeriserings utbytter under 100 nm NPs med ensartede sfæriske morfologi. I tillegg til fototermiske ablasjon terapi, disse NPs har mange potensielle bruksområder i electro enheter, inkludert energilagring og sensorer. De termiske og cytocompatibility studier utført indikerer at disse NPs kan være potensielle kandidater i biomedisinske applikasjoner som Photothermal agenter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble finansiert delvis av Texas Emerging Technology Fund (Oppstart til TB), Texas State University Research Enhancement Program, Texas State University doktorgradsstipend (til TC), NSF Partnerskap for forskning og utdanning i Materials (PREM, DMR-1205670), Welch Foundation (AI-0045), og National Institutes of Health (R01CA032132).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2 mm diameter platinum working electrode CH Instruments CH102 Polished using very fine sandpaper
3,4-ethylenedioxythiophene Sigma-Aldrich 483028 Purified by vacuum distillation
3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromide (MTT) 98% Alfa Aesar L11939
505 Sonic Dismembrator Fisher Scientific™  FB505110 1/8“ tip and rated at 500 watts
808 nm laser diode ThorLabs L808P1WJ Rated at 1 W
Acetonitrile anhydrous 99% Acros 61022-0010
Avanti J-26 XPI Beckman Coulter 393127
Bromohexane 98% MP Biomedicals 202323
Dialysis (100,000) MWCO SpectrumLabs G235071
Dimethyl sulfoxide 99% (DMSO) BDH BDH1115
Dimethylformamide anhydrous (DMF) 99% Acros 326870010
Dodecyl benzenesulfonate (DBSA)  TCI D0989
Dulbecco’s modified eagle medium (DMEM)  Corning 10-013 CV
EMS 150 TES sputter coater Electron Microscopy Sciences
Ethanol (EtOH) 100% BDH BDH1156
ethyl 4-bromobutyrate (98%) Acros 173551000
Ethyl acetate 99% Fisher UN1173
Fetal bovine serum (FBS) Corning 35-010-CV
Helios NanoLab 400 FEI
Hexane Fisher H306-4
Hydrochloric acid (HCl) Fisher A142-212
Hydroquinone 99.5% Acros 120915000
Hydrozine anhydrous 98% Sigma-Aldrich 215155
Indium tin oxide (ITO) coated galss Delta Technologies CG-41IN-CUV 4-8 Ω/sq
Iron chloride 97% FeCl3 Sigma-Aldrich 157740
Magnesium sulfate (MgSO4) Fisher 593295 Dried at 100 °C
SKOV-3 ATCC HTB-26
Methanol BDH BHD1135
n-Butlithium (2.5 M)  Sigma-Aldrich 230707 Pyrophoric
Poly(styrenesulfonate-co-malic acid) (PSS-co-MA) 20,000 MW Sigma-Aldrich 434566
Potassium carbonate Sigma-Aldrich 209619 Dried at 100 °C
Potassium hydroxide Alfa Aesar A18854
Potassium iodide Fisher P410-100
RO-5 stirplate IKA-Werke
SC4000 IR camera FLIR
Synergy H4 Hybrid Reader Biotek
Tetrabutylammonium perchlorate (TBAP) 99% Sigma-Aldrich 3579274 Purified by recrystallization in ethyl acetate
Tetrahydrofuran anhydrous (THF) 99% Sigma-Aldrich 401757
tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0) Sigma-Aldrich 216666 Moisture sensitive
Thermomixer Eppendorf
USB potentiostat/galvanostat WaveNow AFTP1
Zetasizer Nano Zs Malvern Optical Arrangment 175°
Zinc chloride (1 M) ZnCl2 Acros 370057000

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Engineering electro polymerer ledende polymerer Negishi kopling elektrokjemi nanopartikler emulsjonspolymerisasjonen fototermiske terapi
Egenskaper elektro Polymer Nanopartikler Exhibiting Photothermal
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Cantu, T., Rodier, B., Iszard, Z.,… More

Cantu, T., Rodier, B., Iszard, Z., Kilian, A., Pattani, V., Walsh, K., Weber, K., Tunnell, J., Betancourt, T., Irvin, J. Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties. J. Vis. Exp. (107), e53631, doi:10.3791/53631 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter