المغناطيسي الحساسة والحرارية بولي (<em> N</em> -isopropylacrylamide) ميكروجيلز المستندة إلى مغناطيسيا تسيطر عليها الإصدار
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.
Protocol
Representative Results
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 (…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| Poly(N-isopropylacrylamide) | Polyscience, Inc | 21458-10 | Mw~40000 |
| (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 |
References
- Hennink, W. E., van Nostrum, C. F. Novel crosslinking methods to design hydrogels. Adv Drug Deliv Rev. 64, 223-236 (2012).
- 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).
- Dong, Y., et al. Incorporation of Gold Nanoparticles Within Thermoresponsive Microgel Particles: Effect of Crosslinking Density. J Nanosci Nanotechnol. 8 (12), 6283-6289 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- Okuzaki, H., Kobayashi, K., Yan, H. Thermo-Responsive Nanofiber Mats. Macromolecules. 42 (16), 5916-5918 (2009).
- 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).
- 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).
- Gil, E., Hudson, S. Stimuli-reponsive polymers and their bioconjugates. Prog Polym Sci. 29 (12), 1173-1222 (2004).
- 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).
- Rapoport, N. Physical stimuli-responsive polymeric micelles for anti-cancer drug delivery. Prog Polym Sci. 32 (8-9), 962-990 (2007).
- Heskins, M., Guillet, J. E. Solution Properties of Poly(N-isopropylacrylamide). J Polym Sci A Polym Chem. 2 (8-9), 1441-1455 (1968).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Kim, H. J., Jang, Y. P. Direct analysis of curcumin in turmeric by DART-MS. Phytochemical Analysis. 20 (5), 372-377 (2009).
- Horowitz, H. H., Metzger, G. A new analysis of thermogravimetric traces. Analytical Chemistry. 35 (10), 1464-1468 (1963).
- Smith, B. C. . Fourier transform infrared spectroscopy. , (1996).
- Williams, D. B., Carter, C. B. . Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. , 3-17 (1996).
- 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).
