Waiting
Login processing...

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

Engineering

Elektroaktiv Polymer Nanopartikler udstiller fototermisk Properties

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 ændre deres egenskaber (farve, ledningsevne, reaktivitet, volumen, etc.) i nærvær af et elektrisk felt. De hurtige skift gange, justerbarhed, holdbarhed og letvægts karakteristika af elektroaktive polymerer har ført til mange foreslåede programmer, herunder alternativ energi, sensorer, electrochromics og biomedicinsk udstyr. Elektroaktive polymerer er potentielt anvendelige som fleksible, letvægts batteri og kondensator elektroder. 1 Anvendelser af elektroaktive polymerer i elektrochrome enheder omfatter systemer til bygninger og biler, solbriller, beskyttelsesbriller, optiske lagringsenheder og intelligente tekstiler blænding reduktion. 2-5 Smart vinduer kan reducere energibehovet ved at blokere bestemte bølgelængder af lys on-demand og beskytte interiører af boliger og biler. Intelligente tekstiler kan bruges i tøj for at hjælpe med at beskytte mod UV-stråling. 6 Elektroaktive polymerer har also begyndt at blive anvendt i medicinsk udstyr. Blandt elektroaktive polymerer, der anvendes i biomedicinske indretninger, polypyrrol (PPy), polyanilin (PANI) og poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) er blandt de mest almindelige. For eksempel er disse typer af polymerer almindeligvis anvendes som transducere i biosensor enheder 7 Anvendelser i terapeutisk levering har også vist sig lovende.; undersøgelser har vist frigivelse af lægemidler og terapeutiske proteiner fra enheder fremstillet ud fra elektroaktive polymerer. 8-12 For nylig har elektroaktive polymerer blevet anvendt som terapeutiske midler i fototermisk terapi. 13-15 I fototermisk behandling, skal fototermisk midler absorberer lys i den nærmeste -Infrarød (NIR) område (~ 700-900 nm), også kendt som det terapeutiske vindue, hvor lyset har den maksimale indtrængningsdybde i væv, typisk op til 1 cm. 16,17 I dette område, biologiske kromoforer, såsom hæmoglobin , iltet hæmoglobin, lipider og vand har ringe-til-noabsorbans, som gør det muligt let at trænge let. Når fototermisk agenter absorberer lys i denne terapeutiske vindue er photoenergy konverteret til fototermisk energi.

Irvin og medarbejdere har tidligere rapporteret alkoxysubstitueret bis-EDOT benzen monomerer, blev syntetiseret under anvendelse Negishi kobling. 18 Negishi kobling er en foretrukken fremgangsmåde til carbon-carbonbinding formation. Denne fremgangsmåde har mange fordele, herunder brugen af organozinkreagenser mellemprodukter, som er mindre toksiske og har tendens til at have højere reaktivitet end andre organometalliske anvendes. 19,20 organozinkforbindelser er også kompatible med en lang række funktionelle grupper på de organohalogenider. 20 I Negishi koblingsreaktion er en organohalide og organometallisk koblet ved anvendelse af en palladium (0) katalysator. 20 I arbejdet præsenteret heri, er denne krydskobling fremgangsmåde anvendes i syntesen af 1,4-dialkoxy-2,5-bis ( 3,4-ethylenedioxythienyl) benzene (BEDOT-B (OR) 2) monomerer. Disse monomerer kan derefter let polymeriseres elektrokemisk eller kemisk til dannelse af polymerer, der er lovende kandidater til anvendelse i biomedicinske anvendelser.

Konventionelle fremgangsmåder til fremstilling af kolloide suspensioner polymere i vandige opløsninger til biomedicinske anvendelser omfatter typisk opløsning af bulk polymerer efterfulgt af nanoprecipitation eller emulsion-opløsningsmiddelafdampning teknikker. 21,22 For at fremstille NPs af poly (BEDOT-B (OR) 2) , en bottom-up-tilgang demonstreres her, hvor de nationale parlamenter syntetiseres via in situ emulsionspolymerisering. Emulsionspolymerisation er en proces, der er let skalerbar og er en relativt hurtig metode til fremstilling NP. 22 Undersøgelser med emulsionspolymerisation at producere NPs andre elektroaktive polymerer er blevet rapporteret for PPv og PEDOT. 15,23,24 PEDOT NP, f.eks er udarbejdet efter spray emulsion polymerization. 24 Denne fremgangsmåde er vanskelig at reproducere og giver typisk større, mikrometerstore partikler. Den beskrives i denne artikel protokol udforsker brugen af ​​en drop-lydbehandling metode til reproducerbart forberede 100-nm polymer NP'er.

I denne protokol, elektroaktive polymerer skræddersyet til at absorbere lys i NIR-området svarende til tidligere rapporterede poly (BEDOT-B (OR) 2) syntetiseres og karakteriseres til at demonstrere deres potentiale i elektrokrome indretninger og som TOT agenter. For det første er protokollen for syntese af monomerer via Negishi kobling beskrevet. Monomererne karakteriseres ved NMR og UV-Vis-NIR-spektroskopi. Fremstillingen af ​​kolloide suspensioner NP via oxidativ emulsionspolymerisation i vandige medier er også beskrevet. Proceduren er baseret på tidligere beskrevet af Han et al., Der anvendes på de forskellige monomerer en totrins emulsionspolymerisationsproces. En to-overfladeaktive system erbruges til at styre NP monodispersitet. En celleviabilitetstest anvendes til at vurdere cytocompatibility af NPS. Endelig er potentialet i disse nationale parlamenter til at fungere som TOT transducere demonstreret ved bestråling med en NIR laser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Forsigtig: Se venligst alle relevante sikkerhedsdatablade (SDS) før brug. Flere af de anvendte reagenser i disse synteser er potentielt farligt. Brug venligst alle passende sikkerhedsforanstaltninger, herunder personlige værnemidler (sikkerhedsbriller, handsker, kittel, lange bukser og lukkede toe sko), og udfører synteser i stinkskabe. Lithiering er særligt farligt og bør kun udføres af uddannet personer med tilsyn.

1. Monomer Synthesis

Bemærk: Figur 1 viser den kemiske vej til fremstilling af prækursorer og monomerer, hvis syntese er beskrevet i afsnit 1.2 - 1.5.

  1. Materialer
    1. Oprense EDOT som tidligere beskrevet. 25
    2. Omkrystallisation tetrabutylammonium perchlorat (TBAP) fra ethylacetat og tørres under vakuum i 24 timer. N-butyllithium (BuLi, 2,5 M i hexaner) som beskrevet af Høye et al titrere.
    3. Tør magnesiumsulfat og kaliumcarbonat ved 100 ° C i 24 timer før brug. Brug alle andre kemikalier, der anvendes i denne protokol som modtaget.
  2. Syntese af 1,4-Dialkoxybenzenes
    Bemærk: Figur 1A viser fremstillingen af 1,4-dihexyloxybenzene anvendelse af 1-bromhexan.
    1. Udstyre en ovntørret trehalset rundbundet kolbe med en skillevæg, en argontilledningsadapter og en kondensator udstyret med et gasudløb adapter forbundet til en bobler. Tilføj en omrører til kolben inden forsegling.
    2. Slut indløbet adapteren til en Schlenk linie under anvendelse af poly (vinylchlorid) (PVC) rør og rense rundbundet kolbe med argon.
    3. Tilføj 12,5 g (113,5 mmol) hydroquinon til rundbundet kolbe og opløse den i 20 ml vandfri tetrahydrofuran (THF) under omrøring.
    4. Separat opløses 14 g (250 mmol) KOH i 30 ml ethanol i en enkelt-halsetrundbundet kolbe og omrøres indtil opløsning.
    5. Når opløst, tilsæt langsomt KOH-opløsning til tre-halset rundbundet kolbe under anvendelse af en sprøjte. Lad blandingen omrøres i 1 time.
    6. Efter 1 time tilsættes 250 mmol 1-bromalkan til reaktionsblandingen.
    7. Opvarm reaktionsblandingen ved tilbagesvaling i 24 timer under omrøring under argon.
    8. Efter 24 timer, tillade reaktionsblandingen at afkøle til stuetemperatur, og der tilsættes 15 ml deioniseret vand og 10 ml dichlormethan.
    9. Overfør blandingen til en skilletragt. Isoler det organiske lag og vask det tre gange med 10 ml deioniseret vand.
    10. Tør det organiske lag over 15 g MgSO4 i 15 min.
    11. Fjern MgSO4 via vakuumfiltrering gennem filtrerpapir.
    12. Opløsningsmidlet fjernes fra den filtrerede opløsning ved anvendelse af en rotationsfordamper ved 50 ° C og 21 kPa, hvilket gav 1,4-dialkoxybenzene som et råt hvidt fast stof.
    13. Omkrystalliser råproduktet ved blot at tilsætte nok varmt ethanol tilopløse produktet. Når opløst, anbringes i et isbåd for at inducere krystallisation.
    14. Saml krystaller via vakuum filtrering gennem filtrerpapir og vaskes med kold ethanol.
    15. Tør krystallerne under vakuum i 24 timer ved stuetemperatur og gemme dem under argon indtil videre anvendelse. Denne fremgangsmåde producerer 1,4-dihexyloxybenzene.
    16. Karakteriseringen af produktet ved hjælp af smeltepunkt og 1H og 13C NMR-spektroskopi. 27
  3. Syntese af 1,4-Dialkoxybenzenes indeholder esterdele
    Bemærk: Figur 1B viser den kemiske vej til fremstilling af en 1,4-dialkoxybenzene anvendelse af ethyl-4-brombutanoat.
    1. Udstyre en ovntørret trehalset rundbundet kolbe med en skillevæg, en argontilledningsadapter og en kondensator udstyret med et glas stikkontaktadapter forbundet til en bobler. Tilføj en omrører til kolben inden forsegling.
    2. Slut indløb adapteren til Schlenk linje ved hjælp af PVC slanger og rense med argon.
    3. 1,88 g (93,5 mmol) KI og 15,69 g (93,3 mmol) K 2 CO 3 afvejes og føje til den rundbundede kolbe.
    4. Tilsæt 25 ml vandfrit N, N-dimethylformamid (DMF) og omrør indtil saltene opløses.
    5. Når opløst, tilsættes 2,5 g (18,7 mmol) hydroquinon til reaktionsblandingen, og reaktionen omrøre indtil opløsning.
    6. Når alle faste stoffer opløses, tilsættes 46,8 mmol af alkyl bromoalkanoate; opvarme reaktionsblandingen ved tilbagesvaling i 24 timer under argon under kontinuerlig omrøring.
    7. Fjern reaktionsblandingen fra varmen og lad den afkøle til stuetemperatur.
    8. Overfør reaktionsblandingen til en skilletragt, og der tilsættes vand (20 ml) og ethylacetat (20 ml) for at ekstrahere det organiske lag. Isoler det organiske lag og vask det tre gange med vand (20 ml portioner).
    9. Tør det organiske lag over 15 g MgSO4 i 15 min. Når tørret, fjernes MgSO4 fra blandingen via vakuumfiltrering gennem filter papir.
    10. Opløsningsmidlet fjernes under anvendelse af en rotationsinddamper ved 100 ° C og 21 kPa. Tør råproduktet under vakuum ved stuetemperatur O / N.
    11. Omkrystalliser produktet ved at tilsætte lige nok varm ethanol for at opløse alt fast stof. Når opløst, kolben afkøles i is og tillade dannelse af krystaller. Opsaml produktet via vakuumfiltrering og vaskes med kold ethanol.
    12. Tør krystallerne under vakuum ved stuetemperatur i 24 timer og opbevares under argon indtil videre anvendelse. Denne fremgangsmåde producerer 1,4-bis (ethyl butanoyloxy) benzen.
    13. Karakteriseringen af produktet ved hjælp af smeltepunkt og 1H og 13C NMR-spektroskopi. 28
  4. Syntese af 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzenes
    Bemærk: Den kemiske vej til fremstilling af 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzenes er vist i figur 1A og 1B.
    1. Monter en tør, trehalset rundbundet kolbe med et argonindløb, en tilledningstragt med konstant tryk udjævnet med englasprop eller septum, og et udløb forbundet til plastrør forsynet med en omvendt glastragt ophængt over en 1 M NaOH-opløsning.
    2. I denne rundbundet kolbe opløses 218 mmol 1,4-dialkoxybenzene i dichlormethan (15 ml).
    3. Separat tilsættes 12 ml (598 mmol) Br2 til en 250 ml kolbe og fortyndes med dichlormethan (12 ml).
    4. Overfør Br2 / dichlormethanopløsning til tilledningstragt med konstant tryk. Opløsning dråbevis Br2 Tilføj til trehalset rundbundet kolbe med omrøring under argon i løbet af et tidsrum på 2 timer.
    5. Efter fuldstændig tilsætning får reaktionsblandingen lov til at omrøre O / N under kontinuerlig argon flow.
    6. Stands reaktionen ved tilsætning af deioniseret vand (20 ml), og hæld blandingen i en skilletragt.
    7. Isoler det organiske lag og vask tre gange med DI-vand (20 ml portioner). Tør det organiske lag over 15 g MgSO4 i 15 min.
    8. Fjern MgSO4 afvakuumfiltrering gennem filtrerpapir, og opløsningsmidlet fjernes under anvendelse af en rotationsfordamper ved 75 ° C og 21 kPa.
    9. Renses rå 1,4-dialkoxy-2,5-dibrombenzen ved tilsætning lige nok varm ethanol for at opløse alt fast stof. Når opløst, kolben afkøles i is og tillade dannelse af krystaller. Opsaml produktet via vakuumfiltrering og vaskes med kold ethanol.
    10. Tør det rensede produkt under vakuum ved stuetemperatur O / N; lagre under argon.
    11. Karakteriseringen af produktet ved hjælp af smeltepunkt og 1H og 13C NMR-spektroskopi. 27,28
  5. Negishi Kobling af 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzenes med 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT)
    Bemærk: Figur 1C viser Negishi-kobling af 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzenes med EDOT at danne monomerer M1 og M2.
    1. Monter en ren trehalset rundbundet kolbe med en skillevæg, en kondensator udstyret med et indløb flowkontrol adapter forbundet til argon og et gasudløb flow control adapter tilsluttet en gennemboblingsrør.
    2. Slut indløb adapteren til Schlenk linje ved hjælp af tyk-walled PVC-slanger. Begynd strømmende argon i reaktionskolben i flere minutter.
    3. Anvendelse af en bunsenbrænder, flamme-tørre apparatet under vakuum og rense med argon tre gange med henblik på at sikre et airless miljø.
    4. 1,07 g (10 mmol) renset EDOT afvejes og tilføj til reaktionskolben anvendelse af en sprøjte indsat gennem skillevæggen. Fortynd EDOT med vandfrit THF (20 ml) og omrør under argon.
    5. Chill kolben med EDOT opløsning under anvendelse af et tøris / acetone-bad i 15 minutter ved -78 ° C.
    6. Efter 15 min, tilsæt langsomt 11 mmol nBuLi i hexaner dråbevis, idet temperaturen holdes ved -78 ° C. Reaktionen ved -78 ° C i 1 time omrør.
      Bemærk: Den nøjagtige koncentration af nBuLi bør bestemmes ved titrering før brug i henhold til § 1.1.
    7. Efter 1 time af omrøring, fjern tøris / acetone bath.
    8. Umiddelbart efter fjernelse af badet, tilsæt 14.13 ml 1,0 M ZnCl2 opløsning dråbevis. Tillad reaktionen at forløbe i 1 time under omrøring ved stuetemperatur.
    9. Efter 1 time omrøring tilsættes 4 mmol af 1,4-dialkoxy-2,5-dibrombenzen og 0,08 mmol tetrakis (triphenylphosphin) palladium (0) til reaktionsblandingen.
    10. Opvarm reaktionsblandingen ved tilbagesvaling (70 ° C) i et oliebad.
    11. Spor Reaktionsforløbet ved anvendelse af tyndtlagskromatografi (TLC): Tag små (0,2 ml) portioner af reaktionsblandingen dagligt ved hjælp af en sprøjte og udfældes i 2 ml 1 M HCI. Uddrag med 2 ml CHCl3 og spot ekstraktet på en silica TLC-plade sammen pletter af opløsninger af EDOT og appropriate1,4-dialkoxy-2,5-dibrombenzen. Eluering med 60:40 ethylacetat: hexan.
    12. Når reaktionen er fuldstændig, tillad reaktionsblandingen at afkøle til stuetemperatur. Stands reaktionen ved tilsætning af 10 ml 1 M HCl efterfulgt af tilsætning af dichlormethan (20 ml).
    13. Transfer til en skilletragt og isolere det organiske lag.
    14. Det organiske lag vaskes med deioniseret vand, indtil vaskevandet ikke længere er surt. Test surhedsgrad vaskevandet med pH-papir.
    15. Tør det organiske lag over 15 g MgSO4, filtrer og fjern opløsningsmidlet under anvendelse af en rotationsinddamper ved 50 ° C og 21 kPa til opnåelse af det rå udvidet konjugation monomer (M1 eller M2) som et gul-orange faststof.
    16. Omkrystalliser råproduktet under anvendelse af en varm opløsning af 3: 1 ethanol: benzen løsning for M1 eller 7: 2 hexan: benzen for M2. Tilføj lige nok varme blanding opløsningsmiddel til at opløse det faste stof. Når opløst, kolben afkøles i is og tillade dannelse af krystaller. Opsaml produktet via vakuumfiltrering og vaskes med kold ethanol.
    17. Tør produktet under vakuum i 24 timer ved stuetemperatur. Opbevar i mørke under argon.
    18. Karakteriseringen af produktet ved hjælp af smeltepunkt og 1H og 13C NMR-spektroskopi. 18

  1. Elektropolymerisation
    1. I en 50 ml målekolbe udarbejde en 100 mM tetrabutyl- perchlorat (TBAP) elektrolytopløsning i vandfri acetonitril (CH3CN).
    2. I en 10 ml målekolbe udarbejde en 10 mM monomer (M1 eller M2) opløsning under anvendelse af 100 mM TBAP / CH3CN-opløsning som fortyndingsmiddel.
    3. Tilføj en sølvtråd (pseudo-referenceelektrode) og en platin flag (modelektrode) til en ovntørret elektrokemisk celle.
    4. Indsæt en frisk poleret platin-knap (2 mm 2 diameter) til brug som den arbejdende elektrode. Sikre, at bunden af ​​platin knappen elektroden ikke rører bunden af ​​den elektrokemiske celle.
    5. Fyld den elektrokemiske celle med tilstrækkelig monomer elektrolyt løsning for at sikre, at spidserne af alle tre elektroder nedsænkes i opløsningen.
    6. Afluft opløsningen i 5 minutter ved forsigtigt at boble argon gennem en nål nedsænket i the-opløsning.
    7. Hæv nålen 2 mm over opløsningen og fortsætte argon flow under hele forsøget for at opretholde en argon tæppe over opløsningen.
    8. Elektroderne tilsluttes potentiostaten og begynde polymeriseringen ved at cykle de anvendte potentielle fem gange på en sweep på 100 mV / sek og en potentiel område mellem -1,5 V og 1,0 V.
    9. Optag nuværende produktion i løbet af denne proces for at generere cykliske voltammogrammer.
  2. Polymer Elektrokemi
    1. Efter polymerfilmen er deponeret på platin knappen arbejdselektroden, fjerne alle elektroderne fra monomer elektrolytopløsning og forsigtigt skylle med monomerfri elektrolytopløsning (3 ml).
    2. Tilføj elektroderne til en ren elektrokemisk celle og tilføj nok monomerfri elektrolytopløsning at sikre, at spidserne af alle tre elektroder nedsænkes i opløsningen.
    3. Elektroderne tilsluttes potentiostaten. Cyklus den anvendte potentielle two gange på en sweep på 50 mV / sek og en potentiel område mellem -1,5 V og 1,0 V.
    4. Gentag forsøget ved 100, 200, 300 og 400 mV / sek. Optag den aktuelle produktion i hvert forsøg for at generere cykliske voltammogrammer.
  3. Udarbejdelse af elektropolymeriseret Film for UV-Vis-NIR spektroskopi og fototermisk Studies
    1. Forbered polymer film som beskrevet i afsnit 2.1 ovenfor, denne gang ved hjælp af en indiumtinoxid (ITO) overtrukne glasplade som arbejdssprog elektrode. Grow polymerfilmene over 5 cykler ved en scanningshastighed på 100 mV / sek.
    2. Efter polymer deposition, fjern elektroderne fra monomeropløsningen og skyl med acetonitril (5 ml).
    3. Opbevar polymerfilmen i acetonitril før spektroskopiske undersøgelser.

3. NP Forberedelse

Figur 2 viser en skematisk afbildning af fremgangsmåden anvendt til fremstilling NP via emulsionspolymerisation.

  1. Prepare en opløsning af 2% 1 ml (w / v) poly (4-styrensulfonsyre-co-maleinsyre) (PSS-co-MA) i vand i et hætteglas. Tilføj en lille magnetisk omrører til hætteglasset. Dette er den vandige fase.
  2. Fremstilling af 100 pi 16 mg / ml monomeropløsning i chloroform i et mikrocentrifugerør.
  3. Forbered organiske opløsning ved at opløse 0,03 g dodecylbenzensulfonsyre (DBSA) i 100 pi monomeropløsningen. Bland den organiske opløsning under anvendelse af en automatisk vortex-blander i 30-60 minutter for at sikre homogenitet af opløsningen.
  4. Den organiske fase Tilføj dråbevis til vandfasen i 10 pi portioner under omrøring med en magnetisk omrører, indtil hele volumenet af den organiske opløsning anvendes. Tillad omrøring i 60 sek i mellem tilføjelser.
  5. Tilsæt 2 ml vand for at fortynde blandingen. Fjern omrører fra hætteglasset.
  6. Sonikeres emulsionen under anvendelse af en probesonikator for i alt 20 sekunder i 10 sekunders intervaller med en amplitude på 30%, mens nedsænkehætteglas i et isbad.
  7. Fjern prøvehætteglasset fra isbadet, udskifte omrører og fortsæt omrøring af emulsionen.
  8. Tilføj 3,8 pi opløsning af FeCl3 100 mg / ml i vand til monomeremulsionen. Tillad polymerisationen at forekomme i 1 time under stadig omrøring. Denne protokol udbytter NPs polymer stabiliseret med PSS-co-MA.
  9. Fjern NP suspensionen fra omrøringsplade og overføres til 7 ml centrifugerør. Centrifugeres suspensionen ved 75.600 xg i 3 min; genvinde supernatanten og kassér pellet.
  10. Dialyse supernatanten i 24 timer under anvendelse af 100 kDa molekylvægt (MWCO) dialyserør.

4. Polymer Film og NP Karakterisering

Bemærk: karakterisere polymer film og nationale parlamenter via UV-Vis-NIR-spektroskopi, og NPS hjælp dynamisk lysspredning, zetapotentialet analyse og elektronmikroskopi.

  1. Bestemmelse af Polymer absorption i UV-Vis-NIR-spektrum 29
    1. NP suspensioner: Overfør suspensionen til et kvartscuvette og erhverve et spektrum fra 300 - 1000 nm ved en scanning interval på 5 nm.
    2. Oxiderede polymer film: Overfør polymer-belagte ITO glas dias til en kvartscuvette og fylde kuvetten med vandfri acetonitril. Tilsæt 2 dråber af en opløsning 100 mg / ml FeCl3 i CHCI3 til acetonitril og blandes for at sikre polymerfilmen er fuldstændigt oxideret. Anskaf et spektrum fra 300 - 1000 nm ved en scanning interval på 5 nm.
    3. Reducerede polymer film: Overfør polymer-belagte ITO glas dias til en kuvette og fylde kuvetten med vandfri acetonitril. Tilsæt en dråbe hydrazin til væsken og blandes for at sikre polymerfilmen er fuldt reduceret. Anskaf et spektrum fra 300 - 1000 nm ved en scanning interval på 5 nm.
  2. Bestemmelse af NP Størrelse Brug Dynamic lysspredning (DLS) 30
    1. Tænd for DLS instrument og tilladeden til at varme op i 15 min.
    2. NP suspension i vand fortyndes til en koncentration på 0,01 mg / ml og anbring i engangsbeholdere polystyren kuvette.
    3. Placer kuvetten i læseren og begynde måling.
  3. Bestemmelse af NP Zeta Potential 31
    1. Tænd zetapotentialet instrument og gør det muligt at varme op i 30 minutter.
    2. Prøven Forbered ved at fortynde 200 pi NP suspension i 800 pi 10 mM KCl-opløsning.
    3. Fyld en engangs polystyren cuvette med 700 pi af prøven.
    4. Sæt zetapotentialet elektrodeelement i prøven sikrer, at ingen bobler er fanget mellem elektroderne eller laser strålegangen.
    5. Sæt kuvetten i instrumentet og følg software instruktioner til at køre målingen.
  4. Bestemmelse af NP størrelse ved hjælp af scanningselektronmikroskopi (SEM) 32
    1. Drop-cast 10 pi af NP suspensioner på Si wafers oglad det tørre.
    2. Sputter belægge tørrede NP'er med 2 nm iridium.
    3. Billede prøverne ved en arbejdsgruppe afstand på 5 mm og ved 5 kV.

5. Undersøg Cytocompatibility af NPS

Bemærk: Alle cellemanipulationer bør udføres i et bio-kabinet (laminar flow hætte) for at forhindre forurening af cellerne med bakterier, gær eller svampe fra miljøet og for at beskytte brugeren mod potentielt infektiøse sygdomme. Alle løsninger og leverancer, der anvendes med cellerne skal være sterile. Brug ordentlige aseptiske celledyrkningsteknikker.

  1. Kultur af SKOV-3 ovariecancerceller i T75 kolber ved 37 ° C i en CO2-inkubator (5% CO2) ved anvendelse af Dulbeccos modificerede Eagle-medium (DMEM) suppleret med 10% føtalt bovint serum som vækstmedium.
  2. Seed celler ved en celledensitet på 5000 celler / brønd i en 96-brønds plade og inkuberes i 24 timer ved 37 ° C i en CO2-
  3. Umiddelbart før brugen fortyndes NP suspension i fuldt vækstmedium i en koncentration på 1 mg / ml.
  4. Filtrere NP suspensioner ved at passere gennem et sterilt 0,2-um filter og fortyndes til de ønskede koncentrationer (2-500 eksponering ug / ml) med fuld vækstmedium suppleret med 1% penicillin / streptomycin.
  5. Fjern mediet fra hver af brøndene i 96-brønds plade ved forsigtigt at pipettere og erstat med 100 pi NP suspensioner ved de koncentrationer forskellige eksponering eller med 100 pi NP-frie medier til både positive og negative kontroller cytocompatibility. Udnytte 6 replikatbrønde pr tilstand.
  6. Umiddelbart før det næste trin, fremstilles en opløsning 0,5 mg / ml 3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -2,5-diphenyltetrazoliumbromid (MTT) i phenolrødt-frit DMEM. Sterilfilter MTT-opløsning gennem et sterilt 0,2-um filter.
  7. Efter at NPS at inkubere med cellerne i den ønskede periode (typically 24 eller 48 timer), fjernes NP suspensioner ved omhyggeligt pipettering ud.
  8. Umiddelbart erstatte medierne med følgende afhængigt af tilstanden:
    1. For den negative kontrol cytocompatibility, tilsættes 100 pi methanol til hver af 6 brønde og lad det sidde i mindst 5 min. Efter methanol behandling, erstatte methanol med 100 pi sterilfiltreret 0,5 mg / ml MTT-opløsning i phenolrødt-frit DMEM.
    2. For den positive kontrol og NP-behandlede prøver, udskiftes mediet med 100 pi sterilfiltreret 0,5 mg / ml MTT-opløsning i phenolrødt-frit DMEM.
  9. Inkubér cellerne i 2 til 4 timer i inkubatoren. Efter inkubation undersøges cellerne under mikroskop for at kontrollere for dannelsen af ​​formazankrystaller.
  10. Fjern forsigtigt MTT løsning ved pipettering og erstatte det med 100 ul dimethylsulfoxid (DMSO).
  11. Placer 96 brønds plade på en ryster og der blandes i flere minutter for at fremme opløsningen af ​​forMazan krystaller.
  12. Mål absorbansen af ​​hver brønd ved 590 nm (spidsabsorbans af formazanprodukt) og 700 nm (baseline).
  13. Fratræk prøven absorbans ved 700 nm (baseline) fra ved 590 nm for hver brønd.
  14. Normalisere korrigerede absorbans ved at dividere det med gennemsnittet af den positive kontrol og konvertere til en procentdel ved at multiplicere med 100.
  15. Bestem den gennemsnitlige procent levedygtighed og standardafvigelse for hver tilstand.

6. fototermisk Transduction Studies

Bemærk:. I dette arbejde et lasersystem tidligere beskrevet af Pattani og Tunell udnyttes 33

  1. Fototermisk transduktion af NP Karantæner
    1. Fortynd NP'er i DI vand til den relevante koncentration.
    2. Tilsæt 100 pi NP suspensionen til en brønd i en plade med 96 brønde. Placer brøndplade på en varmeplade holdt ved 25 ° C.
    3. Tænd for strømforsyningen til laseren og lad det to varme i flere minutter. I denne undersøgelse anvendes en fiber-koblede 808-nm laserdiode bedømt op til 1 W strøm.
    4. Rute laserstrålen mod prøven fase via en optisk fiber. Brug en konveks linse divergerer laserstrålen til den ønskede pletstørrelse.
    5. Mål effekt ved hjælp af en standard powermeter og tilpasse sig en effekt på 1 W / cm2.
    6. Tænd IR kamera (InSb infrarødt kamera (FLIR Systems SC4000)) og indstille området af interesse (ROI) stedet for at læse temperaturen på 6 mm stedet, hvor laseren er fokuseret.
    7. Placer brønd af interesse på omdrejningspunktet for laserstrålen. Optag baseline prøvens temperatur. Tænd laseren og bestråle brønden kontinuerligt i 5 min, medens temperaturen optagelse.
    8. Efter 5 min, slukke for laseren og fortsætte registrering af temperaturen i godt, indtil det køler tilbage til start baseline temperatur.
      Bemærk: Varme og køle hver suspension tre gange og beregneGennemsnitlig temperaturændring over tid. DI vand ved 25 ° C i stedet for et NP suspension som en negativ kontrol for fototermisk omdannelse.
  2. Fototermisk transduktion af polymerfilm
    1. Overfør polymer-coatede ITO objektglas til en varmeplade holdt ved 25 ° C.
    2. Tænd for strømforsyningen til laseren og lad den varme i flere minutter. I denne undersøgelse anvendes en fiber-koblede 808-nm laserdiode bedømt op til 1 W strøm.
    3. Rute laserstrålen mod prøven fase via en optisk fiber. Brug en konveks linse divergerer laserstrålen til den ønskede pletstørrelse.
    4. Mål effekt ved hjælp af en standard powermeter og tilpasse sig en effekt på 1 W / cm2.
    5. Tænd IR kamera (InSb infrarødt kamera (FLIR Systems SC4000)) og indstille området af interesse (ROI) stedet for at læse temperaturen på 6 mm stedet, hvor laseren er fokuseret.
    6. Placér filmen i brændpunktet for laserstrålen. Optag baseline temperatur af prøven. Tænd laseren og bestråle prøven kontinuerligt i 5 min, medens temperaturen optagelse.
    7. Efter 5 min, slukke for laseren og fortsætte registrering af temperaturen af ​​prøven, indtil det køler tilbage til start baseline temperatur.
      Bemærk: opvarme og afkøle hver film tre gange og beregne den gennemsnitlige temperaturændring over tid. Brug et bart ITO objektglas ved 25 ° C som en negativ kontrol for fototermisk omdannelse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Reaktionen protokol gav M1 og M2 er vist i figur 1. Monomererne kan karakteriseres ved 1H og 13C NMR spektroskopi, smeltepunkt og elementaranalyse. Den 1H NMR-spektret indeholder oplysninger om tilslutning af atomer og deres elektroniske miljøer; Det er således rutinemæssigt anvendes til at verificere, at reaktionerne er afsluttet med succes. Negishi koblingsreaktioner involverer kobling af phenylringen til EDOT, hvilket phenyl proton peak at skifte fra 7,1 ppm til 7,8 ppm. Thienyl- proton vil også skifte op ad banen til 6,5 ppm. De fire protoner på de ethylendioxy bro carbonatomer deler sig i to sæt multipletter ved 4,3 ppm. Protoner på alifatiske kul vil ikke ændre sig væsentligt. 13C NMR-spektret vil udvise toppe ved 170, 145, 140 og 113 for thienyl- carbonatomer, og 150, 120 og 112 for de phenylen carbonatomer. Placering af alifatiske kul vil ikke ændre sig væsentligt. Den kemiske struktur, 1H NMR og 13C NMR af M2 er vist i figur 3.

Electropolymerizations af M2 eftergivende polymer (P2) og cyklisk voltammetri for P2 er vist i figur 4 i figur 4A, i første omgang, er der ingen aktuelle reaktion.; som potentielle stigninger, indtræden af oxidation af M1 monomer (E på, m) kan ses på + 0,25 V, med peak oxidation af monomeren (E p, m) ved + 0,61 V. Under den første scanning, den oprindelige top, der observeres er tegn på irreversibel monomer oxidation, hvilket resulterer i dannelsen P2 på overfladen af ​​arbejdselektroden. I den anden scanning observeres to oxidationsprocesser: monomer oxidation stadig ses ved 0,25 V og polymer oxidation ses ved 0 V. Cyklisk voltammetri af P2 (figur 4B) blev udført ved scanning priser fra 50 til 400 mV / sek. Polymerfilmen er mørkeblå i oxideret tilstand og rødt i neutral tilstand. Cykling polymeren ved en række scan satser afslører et lineært forhold mellem scanningshastighed og spidsstrøm, hvilket indikerer, at polymeren er elektroaktive og klæbet til elektroden. 18 Polymer oxidation (E a, p) er observeret ved -0,02 V for P2, og reduktion polymer (E c, p) observeret ved -0,3 V, når cyklede ved 100 mV / sek.

NPS blev syntetiseret som vist i figur 2 og karakteriseret under anvendelse af UV-Vis-NIR-spektroskopi, elektronmikroskopi og DLS. UV-Vis-NIR spektre af oxiderede og reducerede P2 film og oxideret P2 NP, er vist i figur 5. De oxiderede polymer film og NP udviser en spidsabsorbans λ max ved 1,56 eV (795 nm). Når de reduceres i hydrazin, filmen spidsabsorbans skifter til en λ max på 2,3 eV (540 nm). Polymeren band gap (E g) bestemmes ud fra begyndelsen af den π- π * overgang i neutral polymer, som angivet ved den sorte pil i figur 5.

SEM billede af P2 NP'er i figur 6A viser, at nationale parlamenter er sfæriske og sub-100 nm i diameter. DLS data i figur 6B viser en Z-gennemsnit af suspensionerne at være 104 nm i diameter med et polydispersitetsindeks (PDI) på 0,13, hvilket indikerer, at prøven er moderat monodispers. Zetapotentialet af P2 NPs fandtes at være -30,5 mV. Temperaturændring, når NP udsættes for NIR-stråling viser fototermisk omdannelse. Sammenlignet med vand kontrol, som undergår mindre end en 1 ° C stigning i temperaturen, NP opslæmninger i vand er i stand til at konvertere den absorberede laser energi til varme, som påvist af 30 ° C stigning i temperaturen af NP suspensioner (figur6C). En tilsvarende temperaturstigning (28 ° C) observeres, når polymerfilm på ITO glas bestrålet ved 808 nm (figur 6C).

Den cytocompatibility af polymer NP'er bestemmes ved hjælp af levedygtighed MTT celle assays. Resultater af cytocompatibility undersøgelser for PEDOT:. PSS-co-MA NP'er er vist i figur 7 som vist i NP koncentrationsområde på 0,23 til 56 ug / ml, har NPS ikke falde cellelevedygtighed til mindre end 90% af kontrollen. Typisk er en reduktion i cellelevedygtighed på mindre end 20% (dvs. op til 80% levedygtighed) betragtes som acceptabel til bestemmelse af NP cytocompatibility.

Figur 1
Figur 1. Generelt monomer syntese startende med pro-syntese. (A) Syntese af 1,4-dialkoxy-2,5-dibrombenzen. (B) Syntese af 1,4-dialkoxy-2,5-dibrombenzen indeholdende estergruppe. (C) krydskoblingsreaktion af 1,4-dialkoxy-2,5-dibrombenzen med EDOT, hvilket giver monomerer M1 og M2. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2. Polymerisation proces, hvor den organiske opløsning tilsættes dråbevis til en vandig opløsning skabe en emulsion. Monomeren og det organiske opløsningsmiddel kan variere. Oxidative polymerisation opstår, når FeCl3 tilsættes til emulsionen. Efter rensning af kolloid suspension, er NPS suspenderet i vandigt medium. Klik her for at se en større version af dennefigur.

Figur 3
Figur 3. NMR-spektre af monomer M2. (A) 1H-NMR-spektroskopi af M2 for opsplitningen af ethylendioxy protoner ved 4,32 ppm, det skift op i feltet af thienyl- protoner, og skift op i feltet af phenyl- protoner er tegn på vellykket kobling . (B) 13C-NMR-spektroskopi af M2 viser thienyl- og phenyl kulstof toppe. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4. (A) Elektrokemisk polymerisation af M2 til P2; fem cyklusser ved 100 mV / sek 0,01 M M2 i 0,1 M TBAP / CH3CN. (B) Cyklisk voltammetri af polymerfilmen i 0,1 M TBAP / CH3CN cyklede på 50, 100, 200, 300, og 400 mV / sek. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5
Figur 5. UV-Vis-NIR spektre af P2 både som film og som en suspension af NP'er. Spektret af den oxiderede film vises med blåt, er spektret af den reducerede film vist med rødt, og spektret af det oxiderede NP suspension er vist i grøn. Den sorte pil svarer til tangenten anvendes til bestemmelse af polymeren båndgab. Peak absorption bølgelængder for de polymerer er leveret. Klik her for at se en større version af dennefigur.

Figur 6
Figur 6. (A) SEM billede, der viser morfologien og størrelsen af P2 NP'er. (B) Størrelse fordeling af P2: PSS-co-MA NP suspension, Z-gennemsnittet værdi 104 nm og PDI er 0,13. (C) temperaturændring på en P2:. PSS-co-MA NP suspension ved 1 mg / ml (blå) og film (grøn), når de bestråles med NIR lys til 300 sek, efterfulgt af passiv køling ved afslutningen af laserbestråling Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 7
Figur 7. Cytocompatibility af PEDOT: PSS-co-MA NP suspensioner, som fastlægges af MTT-analysen Levedygtighed er.vist for celler eksponeret for varierende koncentrationer af NP som den gennemsnitlige procentvise forhold til den for celler inkuberet med NP-frie medier (positiv kontrol). Negativ kontrol består af dræbte celler ved udsættelse for methanol forud for MTT-assayet. Fejlsøjler repræsenterer standardafvigelsen mellem replikater (n = 6). Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I dette arbejde, har elektroaktive polymer NP'er blevet syntetiseret som potentielle PTT midler til cancerbehandling. Fremstillingen af ​​NPS er beskrevet, startende med syntesen af ​​monomererne efterfulgt af emulsionspolymerisation. Mens fremstillingen af ​​NP'er ved hjælp elektroaktive polymerer, såsom EDOT og pyrrol er blevet beskrevet før, dette papir beskriver fremstillingen af ​​polymere NP'er startende med unikke udvidede konjugationsfremgangsmåder monomerer, hvilket viser, at denne proces kan udvides til større og mere komplekse monomerer.

To forskellige ruter er nødvendige for at syntetisere dialkoxybenzene monomerer. Mens 1,4-dihexyloxybenzene kan syntetiseres under anvendelse KOH / EtOH, at tilgang er mislykket i syntesen af ​​1,4-bis (ethyl butanoyloxy) benzen, sandsynligvis på grund af basen-fremmet esterhydrolyse. Når der anvendes en KI / K 2 CO 3 blanding, er hydrolyse undgås, og produktet succes fremstillet. Bromering af both dialkoxybenzenes opnås ved hjælp af Br2. Det er nødvendigt at gennemføre dette eksperiment under strømmende argon at fortrænge HBr dannet under reaktionen. Gasudløbet bør lufte over en neutraliserende NaOH-opløsning for at forhindre HBr ruster hætte inventar; Bemærk, at HBr kan forårsage plastrør til at hærde med tiden.

BEDOT-B (OR) 2 monomerer M1 og M2 blev syntetiseret under anvendelse Negishi kobling. Dette er en effektiv metode til carbon-carbon-kobling af EDOT med 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzenes til opnåelse BEDOT-B (OR) 2 monomerer. Det er afgørende at afkøle EDOT til -78 ° C før tilsætning af nBuLi, for at minimere uønskede sidereaktioner. Når alt 1,4-dialkoxy-2,5-dibrombenzen udtømmes fra reaktionsblandingen (bestemt ved hjælp af TLC, hvilket typisk tager 3-5 dage), at reaktionen er fuldstændig. Reaktionen er yderst luftfølsomt og eksponering for luft vil påvirke udbyttet af reaktionen. Således når introducing faste forbindelser (såsom katalysatoren) ind i forseglet kolbe, bør lufteksponering minimeres ved at øge argon flow.

Elektroaktive monomerer og polymerer rutinemæssigt karakteriseres ved cyklisk voltammetri til at bestemme monomer og polymer oxidationspotentialer og reduktionspotentialer polymer og film fremstillet via elektrokemisk polymerisation anvendes til at bestemme polymer absorption i UV-Vis-NIR-spektret i både de oxiderede og reducerede tilstande. I dette arbejde blev polymerfilm deponeret på både en knap og platin ITO-overtrukket glas med elektropolymerisation. Nogle af fordelene ved elektropolymerisering er reproducerbarhed og evnen til at kontrollere filmtykkelsen ved at overvåge strømmen i den polymeriserede film og stoppe elektropolymerisation når en specifik respons er opnået 34 Elektrokemiske forsøg skal udføres under en inert atmosfære, såsom argon.; argon flow bør være så langsom, at ikke forstyrrer overfladen af ​​opløsningen for at sikre en diffusion-styret proces. Alternativt kan de elektrokemiske forsøg udføres i en inert atmosfære tør kasse forsynet med elektrokemiske gennemføringer. Det er vigtigt, at ingen af ​​de tre elektroder rører hinanden under elektropolymerisering. Før polymer cykliske voltammetri undersøgelser, skal de deponerede polymerfilm vaskes med monomer-fri elektrolyt, for at fjerne uomsat monomer fra filmene. For alle elektrokemiske undersøgelser potentialet område behov for, afhænger af strukturen af ​​monomeren / polymer; så dette område kan variere med alternative monomerer og polymerer. Afhængig af strukturen af ​​alkoxysubstituenter, opløsningsmidlet anvendes til fremstilling af monomer elektrolyt opløsninger kan også opløse polymeren. I så fald vil polymer deposition på elektroden under elektropolymerisering være langsom eller ikke-eksisterende, og det anvendte opløsningsmiddel til polymerisation skal ændres.

e_content "> Emulsionspolymerisation til fremstilling af NP'er sammensat af elektroaktive polymerer er en effektiv metode, der giver NP med en ensartet morfologi I dette arbejde, emulsionspolymerisationsproces udnytter den samme oxidative polymerisationsmekanisme udnyttes under elektrokemisk polymerisation. Den største forskel er, at en kemisk oxidant (ferrichlorid) anvendes i stedet for et påført elektrokemisk potentiale. Denne emulsion polymerisation, derfor producerer NP'er identiske i kemisk sammensætning til film fremstillet via elektrokemisk polymerisation. Mens elektrokemisk polymerisation tilvejebringer en let måde til at karakterisere redox egenskaber af monomerer og polymerer, emulsionspolymerisation er en hurtig, billig og reproducerbar fremgangsmåde, der er let skalerbar og kan potentielt anvendes med en række forskellige elektroaktive polymerer. Emulsionspolymerisation muliggør også fremstillingen af ​​NP'er fra polymerer, der har lav opløselighed i organiskesamt vandige opløsninger, der ikke kunne emulgerede effektivt fra det polymere tilstand. I vores emulsionspolymerisationer, blev den organiske fase består af monomer, organisk opløsningsmiddel (hexan) og dodecylbenzensulfonsyre (overfladeaktivt middel). Den vandige fase bestod af vand, ferrichlorid (oxidant), og PSS-co-MA (overfladeaktivt middel). Den emulsionspolymerisationsproces forudgås af en sonikeringstrin at sikre den organiske fase er godt dispergeret i den vandige fase. Under lydbehandling, er det nødvendigt at nedsænke emulsionen i et isbad for at forhindre størstedelen opvarmning. De overfladeaktive PSS-co-MA og dbsa muliggøre dispersion af det syntetiserede NP'er i vandige opløsninger ved inter-partikel elektrostatiske frastødende kræfter. Disse overfladeaktive midler også fungere som yderligere ladningsafbalancerende dopingmidler og har vist sig at producere sfærisk geometri NP 24 De polymere NP'er forbliver i den oxiderede tilstand, (som det fremgår af peak absorption ved 795 nm, figur 4)., Som er kritikeral for biomedicinske anvendelser, hvor nødvendigt absorption i NIR området. 24

Zetapotentialet analyse udføres almindeligvis for at vurdere stabiliteten af ​​NP suspensioner. Zeta potentiale er potentialet på grænsen mellem Stern lag, hvor ioner stærkt forbundet med NP overflade, og den diffuse lag, hvor ioner ikke længere interagere med NP overflade. 31 Zeta potentielle målinger stole på bevægelse af ladede NP'er når en elektrisk felt påføres til suspensionen. Specifikt er negativt ladet NP'er tiltrukket mod den positive elektrode, og omvendt. Kolloide suspensioner kan stabiliseres via elektrostatiske repulsioner. Specifikt suspensioner for at være stabilt, når deres zetapotentiale er større end +/- 30 mV. I vores NP formuleringer, tilstedeværelsen af ​​sulfonat og carboxylatgrupper fra DBSA og PSS-co-MA giver en negativ overfladeladning på NPS.

Oprensning af the NP'er er et afgørende skridt for at fjerne overskydende tensid og eventuelt uomsat udgangsmateriale før in vitro celle studier. Ineffektiv fjernelse overfladeaktive middel kan føre til betydelige celledød. Som for enhver anden in vitro-celleassay, er det vigtigt at arbejde i en laminær strømning og til at arbejde under sterile betingelser. NP'er bør også steriliseres før brug ved at passere suspensionen gennem et sterilt 0,2-um filter. Det er også vigtigt at kontrollere koncentrationen af ​​NP suspensioner efter sterilfiltrering. Til dette formål kan frysetørres en brøkdel af den filtrerede NP suspension af kendt volumen for at opnå tørvægt. MTT celleviabilitetstest anvendes typisk til at undersøge virkningen af ​​biomaterialer, herunder NP, på dyrkede celler. Denne enkle assay kan tilpasses til undersøgelse af cytocompatibility af NP suspensioner med enhver mammal cellelinie. MTT kolorimetrisk assay er baseret på omdannelsen af ​​et gult tetrazolium farvestof i lilla, INSOLjlfin formazankrystaller, som derefter kan opløst i DMSO eller sure alkoholopløsninger. 35,36 Ved udførelse af in vitro celle-assays, såsom MTT celleviabilitetstest i multi-brønds plader, konsistens i cellepodning og manipulation er afgørende for at opnå minimale forskelle mellem replikere prøver. Før og under forsøget, bør seedede celler undersøges under et mikroskop for at sikre ensartet såning og vækst, og også for at udelukke enhver forurening. Endelig kan mikroskopi også anvendes til at bekræfte fuldstændig opløsning af formazankrystaller efter tilsætning af DMSO.

Fototermisk undersøgelser blev udført under anvendelse af en kontinuerlig laser ved 808 nm. Brugen af ​​kontinuerte vs. pulserede lasere kan varme materialer forskelligt. Tidligere undersøgelser har sammenlignet fototermisk konvertering og fototermisk ablation med guld nanostrukturer som TOT agenter, 37, men mere forskning er nødvendig for at undersøge fototermisk konvertering fra polymeric NP som dem beskrevet heri. I dette arbejde blev laseren afveg i en konveks linse og fokuseret på en 6 mm punktstørrelse. Det er vigtigt at være omhyggelig med ikke at forstyrre det optiske system, når du kører eksperimenter for at forhindre utilsigtede ændringer i brændplanet, der ville forårsage forskelle i resultaterne fototermisk konvertering. En varmeplade blev anvendt til at opvarme og opretholde en konstant basislinie temperatur i undersøgelsen.

Afslutningsvis er en protokol til NP udarbejdelse af elektroaktive polymerer suspenderet i vandigt medium beskrevet. Negishi kobling er en effektiv metode til at koble 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzenes med 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT). Elektropolymerisation af monomerer er beskrevet i denne protokol. Dette viser sig at være en effektiv måde til hurtigt at producere polymer film og studere deres elektroniske egenskaber. De polymerfilm er yderligere karakteriseret ved hjælp af UV-Vis-NIR-spektroskopi til bestemmelse af båndgab af de neutrale polymerer. Electrochemical emulsionspolymerisationsmetoder udbytter sub-100 nm NP'er med ensartede, sfæriske morfologier. Ud over fototermisk ablationsbehandling, disse NP'er har mange potentielle anvendelser i elektroaktive enheder, herunder energioplagrings- og sensorer. De termiske og cytocompatibility studier udført viser, at disse nationale parlamenter kunne være potentielle kandidater i biomedicinske anvendelser som fototermisk agenter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Dette arbejde blev finansieret delvist af Texas Emerging Technology Fund (Opstart til TB), Texas State University Research Enhancement Program, Texas State University Ph.d. Research Fellowship (til TC), NSF Partnerskab for forskning og uddannelse 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 Elektroaktive polymerer ledende polymerer Negishi kobling elektrokemi nanopartikler emulsionspolymerisering fototermisk terapi
Elektroaktiv Polymer Nanopartikler udstiller fototermisk Properties
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