Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

المغناطيسي الحساسة والحرارية بولي ( Published: July 4, 2017 doi: 10.3791/55648
Automatic Translation
1, 2, 2, 3, 4, 4, 1,4,5
1Institute of Polymer Science and Engineering, National Taiwan University, 2Department of Materials Engineering, Ming Chi University of Technology, 3Department of Metallurgy and Materials Engineering, Bandung Institute of Technology and Science, 4Department of Chemical Engineering, National Taiwan University, 5Department of Materials Science and Engineering, National Taiwan University

Summary

تصف هذه المخطوطة إعداد ميكروجيلز مغناطيسية وحساسة للحرارة عبر مستحلب مستحث بالحرارة دون تفاعل كيميائي. تم توليف هذه ميكروجيلز الحساسة عن طريق خلط بولي ( N -isopropylacrylamide) (ينبام)، بولي إيثيلينيمين (بي) والحديد 3 O 4 -NH 2 الجسيمات النانوية للاستخدام المحتمل في مغناطيسيا وحراريا إطلاق المخدرات.

Abstract

تم تصميم بولي مغناطيسيا وحساسة بولي ( N -isopropylacrylamide) (ينيبام) / الحديد 3 O 4 -NH 2 ميكروجيلز مع الكركمين مغلفة المضادة للسرطان المخدرات (كور) وتصنيعها لإطلاق سراح المغناطيسية. تم إنتاج ميكروجيلز المغناطيسي القائم على ينبام مع بنية كروية عن طريق مستحلب درجة الحرارة التي تليها مع التشابك المادية عن طريق خلط ينيبام، بولي إيثيلينيمين (بي)، والحديد 3 O 4 -NH 2 الجسيمات النانوية المغناطيسية. وبسبب تشتتها، تم تضمين جزيئات الحديد 3 O 4 -NH 2 داخل مصفوفة البوليمر. مجموعات أمين المكشوفة على سطح الحديد 3 O 4 -NH 2 و بي دعمت بنية كروية من خلال التشابك جسديا مع مجموعات أميد من ينيبام. يمكن أن تتفرق الكركمين المخدرات المضادة للسرطان المخدرات في الماء بعد التغليف في ميكروجيلز. وتميزت ميكروجيلز(تيم)، تحويل فورييه الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (فت-إر)، والأشعة فوق البنفسجية فيس التحليل الطيفي. وعلاوة على ذلك، تمت دراسة إطلاق مغناطيسيا تحت حقل مغناطيسي عالي التردد الخارجي (هفمف). وقد لوحظ وجود "انفجار انفجار" كبير من الكركمين بعد تطبيق هفمف إلى ميكروجيلز بسبب تأثير التدفئة الاستقرائي المغناطيسي (ارتفاع الحرارة). تصف هذه المخطوطة الإفراج المغنطيسي الذي تم التحكم به من قبل كور-ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 كوركومين مغلف، والذي يمكن تطبيقه لعلاج الورم.

Introduction

الهلاميات المائية هي ثلاثية الأبعاد (3D) شبكات البوليمر التي لا يمكن حل ولكن يمكن أن تنتفخ في المحاليل المائية 1 . الشبكات البوليمرية لها المجالات المائية (التي يمكن أن تكون رطبة لتوفير هيكل هيدروجيل)، وتشكل عبر ربط (والتي يمكن أن تمنع انهيار الشبكة). وقد تم التحقيق في أساليب مختلفة لإعداد الهلاميات المائية، مثل البلمرة مستحلب، البلمرة أنيونية، يشابك من سلاسل البوليمر المجاورة، وعكس البلمرة مستحلب الجزئي 2 . يتم عرض الربط الفيزيائي والكيميائي عبر هذه الطرق للحصول على الهلاميات المائية مستقرة هيكليا 1 ، 3 . ويتطلب التشابك الكيميائي عادة مشاركة عامل التشابك، الذي يربط العمود الفقري أو السلسلة الجانبية للبوليمرات. بالمقارنة مع تشابك الكيميائية، التشابك المادية هو أفضل خيار ل فبر الهلاميات المائية إيكات بسبب تجنب عامل يشابك، لأن هذه العوامل غالبا ما تكون سامة للتطبيقات العملية 4 . وقد تم التحقيق في العديد من النهج لتجميع الهلاميات المائية عبر ربط جسديا، مثل الربط مع التفاعل الأيونية، بلورة، الترابط بين كتل أمفيفيليك أو التطعيم على سلاسل البوليمر، والربط الهيدروجين 4 ، 5 ، 6 ، 7 .

وقد جذبت البوليمرات الحساسة المحفزة، والتي يمكن أن تخضع للتغيرات الملكية أو الكيميائية أو الفيزيائية استجابة للظروف البيئية المختلفة ( أي درجة الحرارة ودرجة الحموضة والضوء والقوة الأيونية، والمجال المغناطيسي) مؤخرا الاهتمام كمنصة محتملة لأنظمة الإفراج التي تسيطر عليها ، تسليم المخدرات، والعلاج المضادة للسرطان 8 ، 9 ،كريف "> 10 ، 11 ، 12. ويركز الباحثون على البوليمرات الحساسة للحرارة حيث يمكن التحكم في درجة الحرارة الجوهرية بسهولة. ينيبام هو بوليمر حساس للحرارة، والذي يحتوي على كل من مجموعات أميد ماء ومجموعات الآيزوبروبيل مسعور، ولها درجة حرارة محلول أقل حرجة (ليست) 13. الترابط الهيدروجيني بين مجموعات أميد وجزيئات الماء يوفر تشتت ينيبام في محلول مائي في درجات حرارة منخفضة (تحت لست)، في حين أن الربط الهيدروجين بين سلاسل البوليمر يحدث في درجات حرارة عالية (فوق لست) ويستبعد المياه جزيئات بحيث تنهار شبكة البوليمر.فيما يتعلق بهذه الخاصية الفريدة، فقد تم نشر العديد من التقارير لإعداد الهلاميات المائية التي تم تشغيلها في درجة الحرارة، والتي تم تجميعها عن طريق ضبط نسبة مسعور وماء لطول سلسلة البوليمر، مثل البلمرة، التطعيم، تعديل سلسلة ل فارماسيوتيمنصات كال 14 ، 15 ، 16 ، 17 .

كما تلقت المواد المغناطيسية مثل الحديد والكوبالت والنيكل اهتماما متزايدا خلال العقود الماضية للتطبيقات البيوكيميائية 18 . من بين هؤلاء المرشحين، أكسيد الحديد هو الأكثر استخداما على نطاق واسع بسبب استقراره وانخفاض سمية. وتستجيب أكاسيد الحديد ذات الحجم النانوي على الفور إلى المجال المغناطيسي وتتصرف كذرات سوبيرباراماجنيتيك. ومع ذلك، هذه الجسيمات الصغيرة بسهولة تجميع. وهذا يقلل من طاقة السطح، وبالتالي فإنها تفقد تشتت بهم. من أجل تحسين تشتت المياه، وتطعيم أو طلاء لحماية طبقة تطبق عادة ليس فقط لفصل كل الجسيمات الفردية لتحقيق الاستقرار ولكن أيضا لزيادة فونكتيوناليز موقع التفاعل 19 .

هنا، نحن ملفقة المغناطيسي القائم على ينبام الصغرىالمواد الهلامية لتكون بمثابة ناقلات المخدرات لأنظمة الإفراج التي تسيطر عليها. يتم وصف عملية التوليف وتبين في الشكل 1 . بدلا من البلمرة معقدة وتشابك الكيميائية، واستخدمت مستحلب درجة الحرارة الرواية من ينيبام تليها التشابك المادية للحصول على ميكروجيلز دون سطحي إضافي أو وكلاء يشابك. هذا تبسيط التوليف ومنع السمية غير المرغوب فيها. في مثل هذا البروتوكول إعداد بسيطة، وعرضت ميكروجيلز توليفها المياه تشتت لكل من جزيئات أكسيد الحديد المغناطيسي والدواء مسعور، المضادة للسرطان، الكركمين. قدم فت-إر، تيم، والتصوير أدلة على التشتت والتغليف. بسبب جزءا لا يتجزأ من في 3 O 4 -NH 2 ، وأظهرت ميكروجيلز المغناطيسي إمكانات لخدمة الأجهزة الدقيقة للإطلاق تحت السيطرة تحت هفمف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. توليف السطحية المعدلة، المياه تشتت، الجسيمات النانوية المغناطيسية، الحديد 3 O 4 و Fe3O4-نه 2

  1. إضافة 14.02 غرام من فيكل 3 ، 8.6 غرام من فيكل 2 · 4H 2 O و 250 مل الماء إلى كوب 500 مل.
  2. ربط الدوار وحدة تحكم لإعداد التحريك ميكانيكي. خلط الحل في 300 دورة في الدقيقة لمدة 30 دقيقة في درجة حرارة الغرفة (رت).
  3. إضافة 25 مل من هيدروكسيد الأمونيوم (33٪) في الحل في رت والحفاظ على التحريك (300 دورة في الدقيقة) لمدة 30 دقيقة. إبقاء الكأس مفتوحا.
    تنبيه: قد يسبب هيدروكسيد الأمونيوم تهيج الأنف إذا استنشقت. يجب أن يتم تنفيذ هذه الخطوة داخل غطاء الدخان المناسب.
  4. لجمع أكاسيد الحديد المغناطيسي (الحديد 3 O 4 )، وإزالة التحريك ميكانيكي. وضع المغناطيس تحت كوب لجمع الجسيمات السوداء.
    1. بعد يتم عجلت الحديد 3 O 4 النانوية تماما، بعناية إزالة طاف. لا تهز بإيكر في حين صب طاف لتجنب فقدان الحديد 3 O 4 .
    2. إزالة المغناطيس وإضافة 50 مل من الماء العذب إلى الدورق.
    3. هز الكأس لإعادة تفريق الحديد 3 O 4 . كرر الخطوات 1.4 إلى 1.4.2 ثلاث مرات لتنقية الحديد 3 O 4 .
  5. بعد غسل الماضي، ونقل جميع الحديد 3 O 4 (10 غرام) في زجاجة زجاجية 100 مل. أضف الماء حتى يبلغ حجم الحل الكلي 100 مل. هز زجاجة بقوة حتى لا كتل مرئية.
    ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول هنا. يتم تحضير جزيئات الحديد 3 O 4 .
  6. تعديل الحديد 3 O 4 مع أمينوسيلان (الحديد 3 O 4 -NH 2 ).
    1. اتخاذ الحل 100 مل من الخطوة 1.5 ونقل إلى كوب 1000 مل. إضافة 10 مل من محلول الأمونيا، 90 مل من الماء، و 900 مل من الإيثانول إلى الكأس.
    2. استخدام شريط مغناطيسي لخلط الحل في300 دورة في الدقيقة. إضافة 500 ميكرولتر من (3-أمينوبروبيل) تريثوكسيسيلان (أبتيس) قطرة قطرة إلى الكأس في رت ويقلب لمدة 12 ساعة أخرى.
  7. تنقية وجمع الحديد 3 O 4 -NH 2 كما هو موضح في القسم 1.4.
  8. إعادة تفريق 1 غرام من الحديد 3 O 4 -NH 2 (من الخطوة 1.7) في زجاجة 20 مل مع 20 مل من الماء.
    ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول هنا. يتم إعداد الحديد 3 O 4 -NH 2 الجسيمات النانوية.

2. توليف من ميكروجيلز الهجين العضوي غير العضوي بواسطة مستحلب التي يسببها الحرارية

  1. إعداد الحل 1-1 و 1-2 .
    1. للحل 1-1، إضافة 0.25 غرام من ينبام، 5 مل من الحديد 3 O 4 حل (من الخطوة 1.5)، و 0.2 غرام من بي إلى زجاجة 50 مل. إضافة 20 مل من الماء واستخدام شريط ضجة المغناطيسي لإثارة في 300 دورة في الدقيقة لمدة 30 دقيقة.
    2. للحل 1-2، كرر الخطوة 2.1.1، ولكن استبدال الحديد 3 O 4 كما الحديد3 O 4 -NH 2 الحل (من الخطوة 1.8).
  2. لإعداد الحل 2 ، إضافة 0.8 غرام من بي و 18.2 مل من الماء إلى زجاجة 50 مل. استخدام حمام مائي لتسخين الحل إلى 70 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. إعداد زجاجة ثانية من الحل 2 .
  3. إعداد ينيبام / في 3 O 4 .
    1. استخدام ديسروبتور الخلية بالموجات فوق الصوتية إلى سونيكات (50 ث)، شريط ضجة المغناطيسي لإثارة (300 دورة في الدقيقة)، وحمام مائي لتسخين الحل 2 (70 درجة مئوية).
    2. إضافة الحل 1-1 إلى الحل الساخن 2 قطرة قطرة باستخدام حقنة 3 مل بمعدل 1 مل / دقيقة.
    3. مواصلة سونيكيشن، التحريك والتدفئة في 70 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
    4. تبريد الحل ل رت. إزالة الحل من ديسروبتور الخلية وحمام الماء.
    5. جمع ميكروجيلز عن طريق وضع المغناطيس على مقربة من زجاجة.
    6. إزالة طاف أفتر وقد عجلت ميكروجيلز إلى الجزء السفلي من زجاجة.
    7. إضافة 25 مل أخرى من الماء إلى زجاجة وإعادة تفريق ميكروجيلز بواسطة فورتيكسينغ. هذا الحل هو ينيبام / الحديد 3 O 4 .
      ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول هنا.
  4. إعداد ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 .
    1. استخدام ديسروبتور الخلية بالموجات فوق الصوتية إلى سونيكات (50 ث)، شريط ضجة المغناطيسي لإثارة (300 دورة في الدقيقة)، وحمام مائي لتسخين الحل 2 (70 درجة مئوية).
    2. إضافة الحل 1-2 إلى ساخنة حل 2 قطرة قطرة باستخدام حقنة 3 مل بمعدل 1 مل / دقيقة.
    3. مواصلة سونيكيشن، التحريك والتدفئة في 70 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
    4. تبريد الحل ل رت. إزالة الحل من ديسروبتور الخلية وحمام الماء.
    5. جمع ميكروجيلز عن طريق وضع المغناطيس على مقربة من زجاجة.
    6. مرة واحدة ميكروجيلز يعجل، وإزالةطاف.
    7. إضافة 25 مل أخرى من الماء إلى زجاجة وإعادة تفريق ميكروجيلز بواسطة فورتيكسينغ. هذا الحل هو ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 .
      ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول هنا.

3. إعداد ميكروجيلز القرمزي محملة (كور-ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 )

ملاحظة: يجب تنفيذ هذه الخطوات في الظلام.

  1. إضافة 100 ملغ من كور و 20 مل من الإيثانول إلى 20 مل من زجاجة.
  2. خذ 2 مل من الحل كور ونقل إلى ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 الحل (الخطوة 2.4.7). يحرك في 400 دورة في الدقيقة و رت بين عشية وضحاها.
  3. بعد التحريك في 400 دورة في الدقيقة و رت بين عشية وضحاها، واستخدام المغناطيس لجمع ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 كما هو موضح في الخطوات 2.4.5 و 2.4.6.
  4. إضافة 25 مل أخرى من الماء إلى زجاجة وإعادة تفريق ميكروجيلز بواسطة فورتيكسينغ. هذا الحل هو C أور-ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 .

4. إطلاق مغناطيسيا إطلاق المخدرات

  1. نقل 10 مل من كور-ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 الحل وإضافة 2 مل من الماء إلى أنبوب الطرد المركزي 15 مل.
  2. وضع أنبوب الطرد المركزي في وسط الملف لتطبيق هفمف 20 . تطبيق هفمف في 15 كيلو هرتز لمدة 20 دقيقة.
  3. سحب 0.5 مل من محلول هفمف واستبدالها مع الطازجة 0.5 مل من الماء في كل 2 دقيقة الفاصلة أثناء تطبيق هفمف.
  4. نقل الحل سحب إلى كوفيت 1 مل.
  5. قياس امتصاص الحل سحب بواسطة الأشعة فوق البنفسجية / فيس في 482 نانومتر 21 .
  6. تحديد تركيز الأدوية المفرج عنها باستخدام علاقة الامتصاص والتركيز من منحنى المعايرة القياسية 22 .
    ملاحظة: علاقة المعايرة القياسية هي:
    s / ftp_upload / 55648 / 55648eq1.jpg "/>
    حيث يكون معامل الارتباط 0.9993.

5. توصيف ميكروجيلز المغناطيسي

  1. محلل ثيرموغرافيمتريك (تغا) 23 .
    1. قياس فقدان الوزن من ينبام / الحديد 3 O 4 و ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 مقابل درجة الحرارة تحت الجو الجوي من قبل تغا.
      1. تسخين العينة من رت إلى 100 درجة مئوية والحفاظ على هذه الحرارة لمدة 10 دقيقة للقضاء على الرطوبة. تسخين العينة من 100 درجة مئوية إلى 800 درجة مئوية بمعدل 10 درجة مئوية / دقيقة. تزن العينات.
      2. مؤامرة فقدان الوزن مقابل درجة حرارة كل من ينيبام / الحديد 3 O 4 و ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 .
        ملاحظة: وزن بقايا إما الحديد 3 O 4 أو الحديد 3 O 4 -NH 2 ، في حين أن الوزن المفقود هو ينيبام.
  2. FT-IR"> 24.
    1. الجافة 10 ملغ من العينة مع 1 غرام من كبر في 100 درجة مئوية بين عشية وضحاها.
    2. اضغط على الخليط من الخطوة 5.2.1 في الكريات كما هو موضح في الخطوات التالية (5.2.2.1 - 5.2.2.5):
      1. طحن المواد من الخطوة 5.2.1 إلى مسحوق ناعم باستخدام هاون ومدقة.
      2. وضع جهاز تجميعها (هاون ومدقة) في الصحافة بيليه. محاذاة الجهاز في وسط الصحافة بالضبط.
      3. ضخ الصحافة حتى يتم التوصل إلى ضغط 20000 رطل لكل بوصة مربعة. السماح للبيليه الجلوس في ذلك الضغط لمدة 5 دقائق.
        تنبيه: محاذاة الجهاز في الوسط الدقيق للصحافة وإلا فإن العينة سوف تفرق من هاون وتسبب إصابة من التعرض.
      4. إزالة يموت تحتوي على بيليه والمكبس من الصحافة.
      5. تحويله رأسا على عقب وضخ المكبس لإجبار بيليه بها.
    3. تسجيل أطياف امتصاص فت-إر العينات بواسطة فت-إر في ترددات تتراوح بين 400 إلى 4000 سم -1 -1 قرار 24 .
  3. الملاحظات مورفولوجيا التي تيم 25 .
    1. إسقاط حل العينة على شبكة النحاس المغلفة مع الكولوديون ثم تجف في رت أو في فرن 70 درجة مئوية بين عشية وضحاها.
    2. التقاط صور تيم.
      ملاحظة: شعاع الإلكترون قوية يمكن أن تضر العينات. ولذلك، يجب أن تؤخذ الصور تيم في أسرع وقت ممكن.
  4. قدرات مائي تشتت البوليمرات و ميكروجيلز.
    1. لإعداد حل ينبام، إضافة 7 ملغ من ينبام و 7 مل من الماء إلى زجاجة زجاجية 7 مل. استخدام دوامة لخلط الحل حتى لا توجد المجاميع.
    2. لتحضير ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 محلول، نقل 0.7 مل من ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 الحل (الخطوة 2.4.7) إلى زجاجة زجاجية 7 مل وإضافة 6.3 مل من الماء. استخدام دوامة لخلط الحل حتى لا يكون هناك هطول الأمطار.
    3. لإعداد كور-ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 الحل، ونقل 0.7 مل من كور-ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 الحل (الخطوة 3.4) إلى زجاجة زجاج 7 مل وإضافة 6.3 مل من الماء. استخدام دوامة لخلط الحل حتى لا يكون هناك هطول الأمطار.
    4. التقاط صورة من الحلول (الخطوات 5.4.1 - 5.4.3) باستخدام كاميرا رقمية.
    5. وضع الحلول في الفرن وتعيين درجة الحرارة إلى 70 درجة مئوية. انتظر 2 ساعة حتى التوازن.
    6. التقاط صورة أخرى من الحلول. للحفاظ على درجة الحرارة، والتقاط الصورة في غضون 1 دقيقة. تجنب هز زجاجة لأن هذا يمكن إعادة تفريق الثوابت.
  5. لمجموعة مغناطيسية من ميكروجيلز، ضع المغناطيس القوي على مقربة من كور-ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 الحل (الخطوة 5.4.3). انتظر حتى يتم جمع ميكروجيلز بشكل كامل، ثم التقاط صورة.
    1. إزالة المغناطيس والدوامة حل ميكروجيل حتى فرقت تماما. التقاط صورة أخرى. </ لى>

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

يظهر التخطيطي لتوليف ينيبام / بي / الحديد 3 O 4 -NH 2 ميكروجيلز في الشكل 1 . تم تطبيق تغا لتقدير التركيب النسبي للمركب العضوي ضد ميكروجيل كله. منذ فقط يمكن حرق مركب العضوية ينيبام، تم تحديد التركيب النسبي لل ينيبام والحديد 3 O 4 (أو الحديد 3 O 4 -NH 2 ) ويظهر في الجدول 1 . لماذا ينبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 ميكروجيلز عرض تشتت أفضل ولكن عقد محتويات أقل من أكاسيد الحديد؟ بسبب التفاعل أقوى وأفضل تشتت في ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 من ذلك في ينيبام / الحديد 3 O 4 ، الحديد 3 O 4 -NH 2 هو أسهل لربط بينيبام من الحديد 3 O 4 . ونتيجة لذلك، فإن غلة ينبام / في 3 O 2 ميكروجيلز هي أعلى بكثير من تلك من ينيبام / الحديد 3 O 4 . بسبب عمليات جمع (الخطوات 2.3.3 - 2.3.5 و 2.4.3 - 2.4.5)، تم إزالة الأمم المتحدة كروسلينكد ينيبام مع طاف منذ فقط أكسيد الحديد المغناطيسي مع ميكروجيلز يمكن استيعابها مغناطيسيا. ونتيجة لذلك، فإن نسب الوزن من ينيبام في ميكروجيلز هي 32.37٪ (ينيبام / الحديد 3 O 4 ) و 68.56٪ (ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 ). الجسيمات النانوية الحديد 3 O 4 -NH 2 يمكن ربط جسديا أكثر بكثير ينبام بالمقارنة مع الحديد 3 O 4 النانوية.

الصور تيم من حلول ينيبام و ميكروجيلز المغناطيسي اتخذت من قبل الكاميرا الرقمية في درجة حرارة الغرفة. كما هو مبين في الشكل 2A ، لا توجد هياكل محددة في حل ينبام النقي في درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك، منتظم كروي أكسيد الحديد بارتي( 2B الشكل ) في كل من ينيبام / في 3 O 4 ( الشكل 2C ) و ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 ( الشكل 2D ) ميكروجيلز، التي قدمت أدلة على التشابك المادي الناجمة عن الرابطة الهيدروجين بين ينبام و بي . معظم الحديد 3 O 4 النانوية يمكن فقط أن كثف على سطح مصفوفة القائم على ينبام وأنتجت مجموعات التجميع ( الشكل 2C ). ومع ذلك، أبتيس تعديل أكسيد الحديد النانوية، الحديد 3 O 4 -NH 2 يمكن أن تكون جزءا لا يتجزأ من الجسيمات، وذلك بسبب تشتت المياه أكبر وحجم أصغر من الجسيمات النانوية المغناطيسية ( الشكل 3D )، بالمقارنة مع عارية الحديد 3 O 4 الجسيمات النانوية. بعد محملة الكركمين، مورفولوجيا كور-ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 (فيغور 2e) كانت أكثر عزلة بكثير من ميكروجيلز المغناطيسي بسبب سمة مسعور من كور. وتشير النتائج أيضا إلى أن كور لم تغلف فقط داخل ولكن أيضا استيعابها على سطح ميكروجيلز.

تم تحديد إعداد ميكروجيل والتغليف الجزيئي العلاجي بواسطة تحليل فت-إر كما هو مبين في الشكل 3 . وبالمقارنة مع الحديد 3 O 4 من الأدب 19 ، 26 ، وظهرت حديثا قمم امتصاص في 2927، 1203، 987، و 472 سم -1 نسبت إلى اهتزاز تش تمتد، سي-O- سي تمتد، سي-O وتمتد، و سي-O الانحناء، على التوالي، والتي اقترحت التعديل الناجح لل أبتيس لتغطية سطح الحديد 3 O 4 النانوية. كما لوحظت ذرات الاهتزاز في-O (584 سم -1 ) في كل من ينيبام / في 3 O 4 3 O 4 -NH 2 . ومع ذلك، كانت الكثافة النسبية للاهتزاز في-O أعلى في ينيبام / الحديد 3 O 4 من ذلك في ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 ، والتي أيدت أيضا وصفنا للتكوين، أن أفضل تشتت المياه أدى إلى وتحسين التوزيع الهيكلي. بعد عملية التحميل، ظهرت قمم امتصاص مميزة من الكركمين في 1509 و 3511 سم -1 تشير إلى العطرية C = C الانحناء وتمتد أوه، على التوالي، في أطياف فت-إر من كور-ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 ، والتي وأشار إلى التغليف الناجح من الكركمين.

وتظهر الصور من ميكروجيلز مختلفة في 25 درجة مئوية أو 70 درجة مئوية في الشكل 4 ، والتي تمثل الحلول حليبي والبني تجميع ينيبام وأكاسيد الحديد، على التوالي. مقارنة بالشكل 4 أ - ج ، لم يكن هناك مجاميع واضحة واضحة في ينيبام، ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 ، و كور-ينيبام / Fe3O 4 -NH 2 الحلول في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية). حل ينيبام و ميكروجيلز المغناطيسي ثم أصبح مبهمة عند تسخين الحلول أعلى من لست من نيبام كما هو مبين في الشكل 4D - ص . كان كل من ميكروجيلز المغناطيسي حليبي ولكن فرقت دون أي هطول الأمطار، وهذا يشير إلى تشتت كبيرة وقوية، والترابط المادي بين ينبام، في 3 O 4 -NH 2 ، والكوركومين. كما هو مبين في الشكل 5 ، ميكروجيلز المغناطيسي يمكن جمعها بسهولة مع المغناطيس وإعادة تفريقها في محلول مائي دون أي تجميع بعد إزالة المغناطيس. وأشارت النتائج إلى أن هذه ميكروجيلز المغناطيسي يمكن أن تطبق على نظام التسليم المائي مثل الجسم البشري وأو التطبيقات السريرية.

تم رصد السلوكيات الإفراج في المختبر من ميكروجيلز المغناطيسي عبر هفمف. ويظهر الجهاز التجريبي يصل في الشكل 6 ، حيث يجب أن يكون أنبوب الطرد المركزي في وسط لفائف تحمل المجال المغناطيسي. وكان الترسيب البني الموجود في مركز الأنبوب ميكروجيلز مغنطيسية، تم فصله عن الحلول تحت علاجات هفمف.

تم رصد نسبة الإفراج المغناطيسي مع وبدون هفمف ويظهر في الشكل 7 . وبالمقارنة مع النسبة المئوية للإفراج دون هفمف خلال فترات متطابقة (20 دقيقة)، زادت نسبة الإفراج 2.5 مرة تحت العلاج هفمف، ويمكن رفع درجة حرارة الحل السائب إلى أكثر من 50 درجة مئوية في وقت واحد. بسبب احتواء البوليمرات الحساسة للحرارة، ينيبام، ميكروجيلز المغناطيسي يمكنضغط من المخدرات مغلفة (كور)، الناتجة عن مصفوفة البوليمر ينبام تصبح مسعور ومن ثم مترافق تحت درجة حرارة عالية (50 درجة مئوية). وفي الوقت نفسه، يمكن الافراج عن الكركمين لإنجاز العلاج المضادة للسرطان عن طريق تطبيق هفمف. التدفئة المحلية من الحث المغناطيسي على هفمف يمكن أن تدمر الربط بين كور و ينيبام، على الرغم من أن من المتوقع أن مسعور لربط ينيبم مسعور في درجات حرارة عالية. وعلاوة على ذلك، فإن تغيير حجم (من ماء إلى مسعور وانخفاض إلى درجة حرارة أعلى) من ميكروجيلز المغناطيسي أيضا الضغط من كور.

وسجلت زيادة درجة الحرارة من الحل الأكبر ويظهر في الشكل 7 كما منحنى أحمر مع رمز الماس. كما هو مبين، ارتفعت درجة الحرارة الأولى مع الوقت التدفئة و بليدويد بعد 14 دقيقة. وينبغي أن يكون الهضبة التشبع المغناطيسي التدفئة الاستقرائي (ارتفاع الحرارة)في المياه السائبة. ومع ذلك، يجب أن تكون درجة الحرارة المترجمة عالية بما فيه الكفاية للضغط خارج كور.

شكل 1
الشكل 1. عملية تخطيطي التخطيطي ل ينيبام / بي / Fe3O4-NH2 ميكروجيلز.
مزيج من ينيبام، في 3 O 4 -NH 2 ، و بي معا وتسخين الخليط إلى 70 درجة مئوية وذلك لإدخال H- الرابطة لإعداد ميكروجيل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. صور تيم من حلول ينيبام و ميكروجيلز المغناطيسي. أ) ينبام، ب) الحديد 3 O 4 ، ج) ينيبام / الحديد 3 O 4 ، د) ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 ، وه ) كور-ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 . أخذت الصور تيم لمراقبة تشتت و مورفولوجيا العينات. تم إعداد عينات تيم في رت. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3
الشكل 3. فت-إر الأطياف من ينيبام، الحديد 3 O 4 -NH 2 ، ينيبام / الحديد 3 O 4 ، ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 ، و كور-ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 . تم خلط ميكروجيلز توليفها مع كبر وضغطت في الكريات. ثم تم تطبيق فرير لتوضيح التفاعلات oو ينيبام، في 3 O 4 -NH 2 ، بي، والكوركومين من خلال رصد التغييرات امتصاص مجموعات الوظائف. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4
الشكل 4. قدرات تشتت مائي من ميكروجيل تحت وفوق لست: أ) ينبام، ب) ينبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 ، و ج) كور-ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 عند 25 درجة مئوية. د) ينبام، ه) ينبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 ، و) كور-ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 عند 70 درجة مئوية. تم إعداد حلول العينة في رت وتسخينها حتى 70 درجة مئوية. الصورةتم أخذ الرسوم البيانية تحت رت و 70 درجة مئوية من أجل مراقبة تشتت المياه من ميكروجيلز توليفها. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5
الشكل 5. مجموعة من ميكروجيلز المغناطيسية محملة الكركمين بواسطة مغناطيس. كور-ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 كانت مشتتة في محلول مائي (يسار) وجمعها بواسطة المغناطيس (يمين). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6
الشكل 6. جهاز تجريبي ل المغناطيسي تريغ جيريد الإصدار مع هفمف. الحلقة البيضاء هي لفائف النحاس. يظهر أنبوب الطرد المركزي التي تحتوي على ميكروجيلز المغناطيسي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 7
الشكل 7. الإفراج عن السيطرة من كور-ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 ميكروجيلز في الرقم الهيدروجيني 7.4 مع (رمز مربع) وبدون (رمز الدائرة) هفمف. يتم عرض نسبة الإفراج الكركمين من ميكروجيلز المغناطيسي مع (أسود، مربعات) وبدون (أسود؛ الدوائر) تطبيق هفمف. يتم عرض الزيادة في درجة الحرارة من كور-ينيبام / الحديد 3 O 4 -NH 2 ميكروجيلز مع هفمف باللون الأحمر (الماس). أشرطة الخطأ تمثل سد.= "_ بلانك"> الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

عينات ينيبام (٪) في 3 O 4 (٪)
ينيبام / في 3 O 4 32.37 68.63 (الحديد 3 O 4 )
ينيبام / في 3 O 4 -NH 2 68.56 31.44 (الحديد 3 O 4 -NH 2 )

الجدول 1. التركيب النسبي (الوزن٪) من الجسيمات النانوية المغناطيسية و ينيبام في ميكروجيلز. تم حساب التركيب النسبي لل ميكروجيلز المغناطيسي باستخدام تحليل تغا.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

أهم خطوات التحضير هي في بروتوكول القسم 2، لتوليف ميكروجيلز المغناطيسي بواسطة مستحلب التي يسببها الحرارية. كما هو مبين في الشكل 2 (صور تيم)، يمكن الحفاظ على هيكل كروية من ميكروجيلز في رت (أقل من لست) بسبب التشابك المادي الناجم عن الترابط H قوية بين ينبام (مجموعات أميد)، بي (مجموعات أمين) و الحديد 3 O 4 -NH 2 (مجموعات أمين). استنادا إلى المقارنة في الشكل 4 ، ميكروجيلز المغناطيسي هي متناثرة بشكل جيد في درجة حرارة منخفضة (25 درجة مئوية) أو عالية (70 درجة مئوية). ويمكن أيضا ميكروجيلز جمعها بواسطة المغناطيس وإعادة تفريقها في حل متجانسة كما هو مبين في الشكل 5 .

الإعداد التقليدي للهلاميات المائية توليفها مع كل مونومرات مسعور ومائي يتطلب عادة إدخال وكلاء يشابك للحصول على 3Dشبكات 4 ، 5 ، 6 ، 7 . ومع ذلك، وكلاء يشابك من الصعب إزالة وغالبا ما تسبب آثار جانبية في تطبيقها.

يمكن أن ينبام تجميع أو الذاتي تجميعها في الجسيمات تحت درجة حرارة عالية وأيضا إعادة تفريق في حل متجانسة عندما تكون درجة الحرارة أقل من لست. وغالبا ما تستخدم تشابك والتعديل الكيميائي لإعداد هيدروجيل لمنع انهيار شبكات 3D. يتم تطبيق التشابك الحراري الناجم عن طريق الترابط الهيدروجيني هنا لاستبدال التفاعلات الكيميائية، وبالتالي تبسيط عملية التوليف والتحضير.

الحرجة لنجاح هيدروجيل تلفيق هي عملية البلمرة، و كروسلينكينغ خالية من تغليف الأدوية مسعور. دون البلمرة، يمكن هيدروجيل إزالة المبادرين غير المتفاعلة والمونومرات التي غالبا ما تؤديإلى سمية قوية. هنا، نجحنا في إنجاز تشتت وتغليف المركبات غير العضوية (أكسيد الحديد) والجزيئات مسعور (الكركمين) عن طريق تعديل السطح والمذيبات مقدمة.

من خلال الاختبارات في المختبر الافراج عن ( الشكل 7 )، وجدنا أن ميكروجيلز المغناطيسي كان زيادة فعالة في كل من درجة الحرارة ونسبة الإفراج في المجال المغناطيسي الخارجي (هفمف) بواسطة التدفئة الاستقرائي المغناطيسي (ارتفاع الحرارة) تأثير. مع الخصائص المذكورة أعلاه، هذه ميكروجيلز المغناطيسي القائم على ينيبام هي المرشحين المحتملين لمغناطيسيا وحراريا أثار، تسليم المستهدفة للعلاج الورم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

المؤلفون ليس لديهم ما يكشف عنه.

Acknowledgments

وقد دعم هذا العمل ماليا وزارة العلوم والتكنولوجيا في تايوان (موست 104-2221-E-131-010، موست 105-2622-E-131-001-CC2)، وبدعم جزئي من معهد العلوم الذرية والجزيئية، أكاديميا سينيكا.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Poly(N-isopropylacrylamide) Polyscience, Inc 21458-10 Mw ~40,000
(3-aminopropyl)trimethoxysilane Sigma-Aldrich 440140 > 99 %
Iron(II) chloride tetrahydrate Sigma-Aldrich 44939 99%
Iron(III) chloride Sigma-Aldrich 157740 97%
Curcumin Sigma-Aldrich 00280590
Ammonia hydroxide Fisher Chemical A/3240/PB15 35%
Phosphate Buffered Saline Sigma-Aldrich 806552 pH 7.4, liquid, sterile-filtered
Polyethylenimine (PEI) Sigma-Aldrich P3143 50 % (w/v) in water
High-frequency magnetic field (HFMF) Lantech Industrial Co., Ltd.,Taiwan LT-15-80 15 kV, 50–100 kHz
Ultraviolet-Visible Spectrophotometry Thermo Scientific Co. Genesys
Transmission electron microscopy (TEM) JEM-2100 JEOL
Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) PerkinElmer Spectrum 100
Thermogravimetric analyzer PerkinElmer Pyris 1
Ultrasonic cell disruptor Hielscher Ultrasonics UP50H

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hennink, W. E., van Nostrum, C. F. Novel crosslinking methods to design hydrogels. Adv Drug Deliv Rev. 64, 223-236 (2012).
  2. Ma, L., Liu, M., Liu, H., Chen, J., Cui, D. In vitro cytotoxicity and drug release properties of pH- and temperature-sensitive core-shell hydrogel microspheres. Int J Pharm. 385 (1-2), 86-91 (2010).
  3. Dong, Y., et al. Incorporation of Gold Nanoparticles Within Thermoresponsive Microgel Particles: Effect of Crosslinking Density. J Nanosci Nanotechnol. 8 (12), 6283-6289 (2008).
  4. Sun, G., Zhang, X. Z., Chu, C. C. Effect of the molecular weight of polyethylene glycol (PEG) on the properties of chitosan-PEG-poly(N-isopropylacrylamide) hydrogels. J Mater Sci Mater Med. 19 (8), 2865-2872 (2008).
  5. Sun, Y. -M., Yu, C. -W., Liang, H. -C., Chen, J. -P. Temperature-Sensitive Latex Particles for Immobilization of α-Amylase. Journal of Dispersion Science and Technology. 20 (3), 907-920 (1999).
  6. Chiang, P. R., et al. Thermosensitive hydrogel from oligopeptide-containing amphiphilic block copolymer: effect of peptide functional group on self-assembly and gelation behavior. Langmuir. 29 (51), 15981-15991 (2013).
  7. Okuzaki, H., Kobayashi, K., Yan, H. Thermo-Responsive Nanofiber Mats. Macromolecules. 42 (16), 5916-5918 (2009).
  8. Singh, N. K., Lee, D. S. In situ gelling pH- and temperature-sensitive biodegradable block copolymer hydrogels for drug delivery. J Control Release. 193, 214-227 (2014).
  9. Strehin, I., Nahas, Z., Arora, K., Nguyen, T., Elisseeff, J. A versatile pH sensitive chondroitin sulfate-PEG tissue adhesive and hydrogel. Biomaterials. 31 (10), 2788-2797 (2010).
  10. Gil, E., Hudson, S. Stimuli-reponsive polymers and their bioconjugates. Prog Polym Sci. 29 (12), 1173-1222 (2004).
  11. Hubbell, J. A. Hydrogel systems for barriers and local drug delivery in the control of wound healing. J Control Release. 39 (2-3), 305-313 (1996).
  12. Rapoport, N. Physical stimuli-responsive polymeric micelles for anti-cancer drug delivery. Prog Polym Sci. 32 (8-9), 962-990 (2007).
  13. Heskins, M., Guillet, J. E. Solution Properties of Poly(N-isopropylacrylamide). J Polym Sci A Polym Chem. 2 (8-9), 1441-1455 (1968).
  14. Chuang, C. -Y., Don, T. -M., Chiu, W. -Y. Synthesis and properties of chitosan-based thermo- and pH-responsive nanoparticles and application in drug release. J Polym Sci A Polym Chem. 47 (11), 2798-2810 (2009).
  15. Lee, C. -F., Lin, C. -C., Chiu, W. -Y. Thermosensitive and control release behavior of poly (N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid) latex particles. J Polym Sci A Polym Chem. 46 (17), 5734-5741 (2008).
  16. Lee, C. -F., Wen, C. -J., Lin, C. -L., Chiu, W. -Y. Morphology and temperature responsiveness-swelling relationship of poly(N-isopropylamide-chitosan) copolymers and their application to drug release. J Polym Sci A Polym Chem. 42 (12), 3029-3037 (2004).
  17. Lin, C. L., Chiu, W. Y., Lee, C. F. Preparation of thermoresponsive core-shell copolymer latex with potential use in drug targeting. J Colloid Interface Sci. 290 (2), 397-405 (2005).
  18. Ma, T., et al. A novel method to in situ synthesis of magnetic poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid) nanogels. Colloid Polym Sci. 294 (8), 1251-1257 (2016).
  19. Du, G. H., Liu, Z. L., Xia, X., Chu, Q., Zhang, S. M. Characterization and application of Fe3O4/SiO2 nanocomposites. Journal of Sol-Gel Science and Technology. 39 (3), 285-291 (2006).
  20. Moroz, P., Jones, S. K., Gray, B. N. Magnetically mediated hyperthermia: current status and future directions. International Journal of Hyperthermia. 18 (4), 267-284 (2002).
  21. Silva-Buzanello, R. A., et al. Validation of an Ultraviolet-visible (UV-Vis) technique for the quantitative determination of curcumin in poly(l-lactic acid) nanoparticles. Food Chemistry. 172, 99-104 (2015).
  22. Kim, H. J., Jang, Y. P. Direct analysis of curcumin in turmeric by DART-MS. Phytochemical Analysis. 20 (5), 372-377 (2009).
  23. Horowitz, H. H., Metzger, G. A new analysis of thermogravimetric traces. Analytical Chemistry. 35 (10), 1464-1468 (1963).
  24. Smith, B. C. Fourier transform infrared spectroscopy. , CRC. Boca Raton, FL. (1996).
  25. Williams, D. B., Carter, C. B. Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. , Springer. 3-17 (1996).
  26. Xie, Y., Sougrat, R., Nunes, S. P. Synthesis and characterization of polystyrene coated iron oxide nanoparticles and asymmetric assemblies by phase inversion. Journal of Applied Polymer Science. 132 (5), (2015).

Tags

الهندسة الحيوية، العدد 125، إطلاق مغناطيسيا، بولي (
المغناطيسي الحساسة والحرارية بولي (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) ميكروجيلز المستندة إلى مغناطيسيا تسيطر عليها الإصدار
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kuo, C. Y., Liu, T. Y., Wang, K. S., … More

Kuo, C. Y., Liu, T. Y., Wang, K. S., Hardiansyah, A., Lin, Y. T., Chen, H. Y., Chiu, W. Y. Magnetic and Thermal-sensitive Poly(N-isopropylacrylamide)-based Microgels for Magnetically Triggered Controlled Release. J. Vis. Exp. (125), e55648, doi:10.3791/55648 (2017).

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