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Bioengineering

चुंबकीय और थर्मल-संवेदनशील पॉली ( doi: 10.3791/55648 Published: July 4, 2017

Summary

यह पांडुलिपि रासायनिक प्रतिक्रिया के बिना तापमान-प्रेरित पायस के माध्यम से चुंबकीय और थर्मल-संवेदनशील माइक्रोगेल तैयार करने का वर्णन करता है। इन संवेदनशील सूक्ष्मग्णों को पाली ( एन- इस्पोप्लोप्लाइलामाइड) (पीएनआईपीएएएम), पॉलीइथिलीनिमिन (पीईआई) और फे 34- एनएच 2 नैनोकणों को मिश्रित रूप से और उष्मा से ट्रिगर किए गए दवा-रिलीज में संभावित उपयोग के लिए मिलाकर मिलाया गया था।

Abstract

चुंबकीय रूप से और तापीय संवेदनशील पॉली ( एन- इस्पोप्लाप्लाइलामाइड) (पीएनआईपीएएएम) / फे 34- एनएच 2 इंसपेस्लेट युक्त कैंसर दवा कर्क्यूमिन (क्यूरी) के साथ 2 माइक्रोगेल तैयार किए गए थे और चुंबकीय रूप से ट्रिगर जारी किए गए थे। पीएनआईपीएएमएम-आधारित चुंबकीय माइक्रोोगेल एक गोलाकार संरचना के साथ पीएनआईपीएएम, पॉलीइथिलीनिमिन (पीई), और फे 34 एनएच 2 चुंबकीय नैनोकणों के मिश्रण से भौतिक-क्रॉसलिंकिंग के साथ तापमान-प्रेरित पायस के माध्यम से उत्पादित किया गया था। उनके फैलाव के कारण, 34 एनएच 2 नैनोकणों बहुलक मैट्रिक्स के अंदर एम्बेडेड थे। पीएआईआईपीएएएम के एमाइड समूहों के साथ भौतिक रूप से क्रॉस्लिंकिंग द्वारा गोलाकार संरचना का समर्थन करता है Fe 3 O 4 -NH 2 और पीई सतह पर अमाइन समूहों का पता चला। हाइड्रोफोबिक एंटी कैंसर की दवा क्यूक्रूमिन को माइक्रोगेल में कैंब्रिज होने के बाद पानी में फैलाया जा सकता है। माइक्रोगल्स की विशेषता थीसंचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (मंदिर) द्वारा, फूरियर इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (एफटी-आईआर), और यूवी-विज़ स्पेक्ट्रल विश्लेषण को बदलता है। इसके अलावा, चुंबकीय रूप से ट्रिगर रिलीज एक बाहरी उच्च आवृत्ति चुंबकीय क्षेत्र (एचएफएमएफ) के तहत अध्ययन किया गया था। चुंबकीय प्रेरणिक ताप (हाइपरथेरमीय) प्रभाव के कारण माइक्रोगेल को एचएफएमएफ को लागू करने के बाद कर्क्यूमिन का एक महत्वपूर्ण "फट रिलीज़" देखा गया था। यह पांडुलिपि क्यू-पीएनआईपीएएम / फे 34- एनएच 2 एनकॉप्लेटेड कर्क्यूमिन के चुंबकीय रूप से ट्रिगर नियंत्रित रिहाई का वर्णन करता है, जो संभवतः ट्यूमर थेरेपी के लिए लागू किया जा सकता है।

Introduction

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हाइड्रोजल्स तीन आयामी (3 डी) पॉलिमरिक नेटवर्क हैं जो विरघ नहीं सकते हैं लेकिन जलीय समाधान 1 में बढ़ सकते हैं। पॉलिमरिक नेटवर्क में हाइड्रोफिलिक डोमेन (जो हाइडोजेल संरचना प्रदान करने के लिए हाइड्रेटेड हो सकते हैं), और एक क्रॉस-लिंक की गई संरचना (जो नेटवर्क के पतन को रोका जा सकता है)। हाइड्रोजल्स की तैयारी के लिए विभिन्न तरीकों की जांच की गई है, जैसे पायसीकरण पोलीमराइजेशन, एनोनिक कॉपोलीमिराइज़ेशन, पड़ोसी पॉलिमर चेन के क्रॉसलिंकिंग, और व्युत्क्रम माइक्रो-पायसन पॉलिमिराइज़ेशन 2 । संरचनात्मक रूप से स्थिर हाइड्रोजल्स 1 , 3 प्राप्त करने के लिए शारीरिक और रासायनिक क्रॉस-लिंकिंग इन विधियों के माध्यम से पेश की जाती हैं। रासायनिक क्रॉटलिंकिंग सामान्य रूप से क्रॉसलाइंकिंग एजेंट की भागीदारी की आवश्यकता होती है, जो रीढ़ की हड्डी या पॉलिमर की साइड-चेन को जोड़ती है। रासायनिक क्रॉस्लिंकिंग की तुलना में, भौतिक क्रॉटलिंकिंग फैबट्र के लिए एक बेहतर विकल्प है एक क्रोसलिंकिंग एजेंट से बचाव के कारण आईसीएटी हाइड्रोजल्स, क्योंकि ये एजेंट अक्सर व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए जहरीले होते हैं 4 । शारीरिक रूप से क्रॉस-लिंक किए गए हाइड्रोजल्स के संश्लेषण के लिए कई तरीकों की जांच की गई है, जैसे कि ईओणिक संपर्क, क्रिस्टलीकरण, एनाफ़ीफिलिक ब्लॉक के बीच संबंध, या बहुलक चेन पर कलम बांधने और हाइड्रोजन बंधन 4 , 5 , 6 , 7 के साथ

उत्तेजनात्मक संवेदनशील पॉलिमर, जो कि विभिन्न पर्यावरणीय परिस्थितियों ( यानी , तापमान, पीएच, प्रकाश, ईओनिक ताकत और चुंबकीय क्षेत्र) के जवाब में गठनात्मक, रासायनिक या भौतिक संपत्ति परिवर्तन से गुजर सकते हैं, ने हाल ही में नियंत्रित रिलीज सिस्टम के लिए एक संभावित मंच के रूप में ध्यान आकर्षित किया है , दवा वितरण, और कैंसर विरोधी कैंसर 8 , 9 ,Xref "> 10 , 11 , 12. शोधकर्ताओं थर्मामीटरों-संवेदनशील पॉलीमरों पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं जहां आंतरिक तापमान को आसानी से नियंत्रित किया जा सकता है। पीएनआईपीएएम एक तापीय रूप से संवेदनशील बहुलक है, जिसमें दोनों हाइड्रोफिलिक एमाइड समूहों और हाइड्रोफोबिक इस्सोप्रोपील समूह शामिल हैं, और कम महत्वपूर्ण समाधान तापमान (एलसीएसटी) 13। एमाइड समूह और पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधन कम तापमान (एलसीएसटी के नीचे) पर जलीय घोल में पीएनआईपीएएमएम फैलाव प्रदान करता है, जबकि उच्च तापमान (एलसीएसटी के ऊपर) में उच्च तापमान पर हाइड्रोजन-बंधन होता है और पानी इस अनूठी संपत्ति के बारे में अणुओं को तोड़ दिया जाता है, कई रिपोर्टें बहुलक श्रृंखला की लंबाई, जैसे कि कॉपोलीमिराइज़ेशन, ग्रॉफ्टिंग, या साइड-इफेक्ट्स के हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफिलिक अनुपात को समायोजित करके तापमान-ट्रिगर, स्व-इकट्ठे हुए हाइड्रोजल्स तैयार करने के लिए प्रकाशित की गई हैं। औषधि के लिए श्रृंखला संशोधनकैल प्लेटफ़ॉर्म 14 , 15 , 16 , 17

जैव रासायनिक अनुप्रयोगों के लिए पिछले दशकों के दौरान लोहे, कोबाल्ट और निकेल जैसे चुंबकीय सामग्रियों को भी ध्यान में वृद्धि हुई है। उन उम्मीदवारों में, लोहे के ऑक्साइड को इसकी स्थिरता और कम विषाक्तता के कारण सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाता है। नैनो आकार के लोहे के आक्साइड चुंबकीय क्षेत्र को तुरंत जवाब देते हैं और सुपरपेरामाग्नेटिक परमाणुओं के रूप में व्यवहार करते हैं। हालांकि, ऐसे छोटे कण आसानी से कुल मिलाकर; यह सतह ऊर्जा कम कर देता है, और इसलिए वे अपने फैलाव को खो देते हैं। परत की रक्षा के लिए जल-फैलाव, कलम बांधने या कोटिंग में सुधार करने के लिए आमतौर पर न केवल स्थिरता के लिए प्रत्येक व्यक्ति के कण को ​​अलग करने के लिए बल्कि प्रतिक्रिया स्थल 19 को भी कार्यात्मक बनाने के लिए भी लागू किया जाता है।

यहां, हमने चुंबकीय PNIPAAm- आधारित सूक्ष्मनियंत्रित रिलीज सिस्टम के लिए दवा वाहक के रूप में सेवा करने के लिए जैल संश्लेषण प्रक्रिया को चित्र 1 में वर्णित और दिखाया गया है। जटिल copolymerization और रासायनिक crosslinking के बजाय, पीएनआईपीएएएम के उपन्यास तापमान प्रेरित पायस के बाद भौतिक crosslinking अतिरिक्त surfactant या crosslinking एजेंटों बिना microgels प्राप्त करने के लिए नियोजित किया गया था। यह संश्लेषण को आसान बना दिया और अवांछित विषाक्तता को रोक दिया। इस तरह की एक सरल तैयारी प्रोटोकॉल के भीतर, संश्लेषित माइक्रोोगल्स ने चुंबकीय लोहा आक्साइड नैनोकणों और हाइड्रोफोबिक, कैंसर विरोधी कैंसर, कर्क्यूमिन दोनों के लिए पानी के फैलाव की पेशकश की। एफटी-आईआर, मंदिर, और इमेजिंग ने फैलाव और इनकैप्सुलेशन के प्रमाण प्रदान किए। एम्बेडेड फ़े 34- एनएच 2 के कारण , चुंबकीय माइक्रोगल्स एचएफएमएफ के तहत नियंत्रित रिलीज के लिए माइक्रो-डिवाइसेज़ के रूप में काम करने की क्षमता दिखाए।

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Protocol

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1. भूतल-संशोधित, जल-फैलाव, चुंबकीय नैनोकणों, Fe 3 O 4 और Fe3O4-NH 2 के संश्लेषण

  1. FeCl 3 के 14.02 ग्राम, फेक्क्ल 2 का 8.6 ग्राम · 4 एच 2 ओ और 500 एमएल बीकर के लिए 250 एमएल पानी जोड़ें।
  2. मैकेनिक सरगर्मी स्थापित करने के लिए रोटर और कंट्रोलर से कनेक्ट करें। कमरे के तापमान (आरटी) पर 30 मिनट के लिए 300 आरपीएम पर समाधान मिलाएं।
  3. आरटी पर समाधान में 25 एमएल अमोनियम हाइड्रोक्साइड (33%) जोड़ें और 30 मिनट के लिए सरगर्मी (300 आरपीएम) रखें। बीकर खुली रखें
    सावधानी: साँस ले जाने पर अमोनियम हाइड्रॉक्साइड नाक की जलन का कारण हो सकता है। यह कदम एक उपयुक्त धूआं हुड के अंदर किया जाना चाहिए।
  4. चुंबकीय लोहे के आक्साइड (Fe 3 O 4 ) को इकट्ठा करने के लिए, मैकेनिक सरगर्मी को हटा दें। काले कणों को इकट्ठा करने के लिए बीकर के नीचे एक चुंबक रखो।
    1. Fe 3 O 4 नैनोकणों पूरी तरह से उपजी के बाद, सतह पर तैरनेवाला को ध्यान से हटा दें। बी हिला मत करोFe 34 के नुकसान से बचने के लिए सतह पर तैरनेवाला डालने के समय eaker
    2. चुंबक निकालें और बीकर के लिए ताजे पानी के 50 एमएल जोड़ें।
    3. Fe 3 O 4 को फिर से फैलाने के लिए बीकर को हिलाएं Fe 3 O 4 शुद्ध करने के लिए 1.4 से 1.4.2 चरणों को दोहराएं।
  5. अंतिम धोने के बाद, सभी फे 34 (10 ग्राम) को 100 एमएल कांच की बोतल में स्थानांतरित करें। कुल समाधान मात्रा 100 एमएल तक पानी जोड़ें। जब तक कोई गांठ दिखाई नहीं दे रहा हो, तब तक काँच की बोतल भरी।
    नोट: प्रोटोकॉल को यहां रोका जा सकता है Fe 3 O 4 नैनोकणों तैयार हैं।
  6. एमिसिसिलेन (Fe 3 O 4- NH 2 ) के साथ फे 34 को संशोधित करें।
    1. चरण 1.5 से 100 एमएल समाधान लें और 1,000-एमएल बीकर में स्थानांतरित करें। बीकर को 10 एमएल अमोनिया समाधान, 90 एमएल पानी और 900 एमएल एथनॉल जोड़ें।
    2. समाधान को मिलाकर एक चुंबकीय हलचल बार का उपयोग करें300 आरपीएम आरटी पर बीकर को 500 μL (3-एमिनोप्रोपिल) ट्रायथॉक्सीसेलाएंन (एपीटीएस) ड्रॉप डाउन जोड़ें और दूसरे 12 घंटे के लिए हलचल दें।
  7. खंड 1.4 में वर्णित के अनुसार Fe 3 O 4- NH 2 शुद्ध और एकत्रित करें।
  8. 20 एमएल पानी के साथ 20 एमएल कांच की बोतल में फे 34 एनएच 2 (चरण 1.7 से) के 1 ग्राम को फिर से फैलाना।
    नोट: प्रोटोकॉल को यहां रोका जा सकता है फे 34- एनएच 2 नैनोकणों तैयार हैं।

2. थर्मा-प्रेरित इमल्शन द्वारा कार्बनिक-अकार्बनिक हाइब्रिड माइक्रोोगल्स के संश्लेषण

  1. समाधान 1-1 और 1-2 की तैयारी
    1. समाधान 1-1 के लिए, 0.25 ग्राम पीएनआईपीएएम, 5 एमएल ऑफ फे 34 समाधान (चरण 1.5 से), और पीई के 0.2 ग्राम को 50 एमएल कांच की बोतल में जोड़ें। 20 एमएल पानी जोड़ें और 30 मिनट के लिए 300 आरपीएम पर हलचल करने के लिए एक चुंबकीय हलचल बार का उपयोग करें।
    2. समाधान 1-2 के लिए, चरण 2.1.1 दोहराएं, लेकिन Fe 3 O 4 को Fe के रूप में बदलें34- एनएच 2 समाधान (चरण 1.8 से)।
  2. समाधान 2 तैयार करने के लिए, 0.8 ग्राम पीई और 18.2 एमएल पानी को 50 एमएल कांच की बोतल में जोड़ें। 30 मिनट के लिए 70 डिग्री सेल्सियस तक का समाधान करने के लिए पानी के स्नान का उपयोग करें समाधान 2 की दूसरी बोतल तैयार करें
  3. पीएनआईपीएएम / फे 34 की तैयारी
    1. एक अल्ट्रासोनिक सेल डिसावटर का उपयोग करने के लिए sonicate (50 डब्ल्यू), हलचल (300 आरपीएम) के लिए एक चुंबकीय हलचल बार, और समाधान 2 (70 डिग्री सेल्सियस) गर्मी के लिए एक पानी का स्नान।
    2. 1 एमएल / मिनट की दर से 3-एमएल सिरिंज का उपयोग करके गर्म समाधान 2 बूंद में समाधान 1-1 जोड़ें
    3. 30 मिनट के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर सोना, सरगर्मी और ताप जारी रखें
    4. आरटी के समाधान को शांत करें सेल डिसावटर और पानी के स्नान से समाधान निकालें
    5. कांच की बोतल के पास चुंबक बंद करके माइक्रोगेल ले लीजिए
    6. सतह पर तैरनेवाला AF निकालेंमाईक्रोगल्स ने कांच की बोतल के तल में उपजी है
    7. कांच की बोतल में एक और 25 एमएल पानी डालें और भंवर द्वारा माइक्रोगल्स को फिर से फैलाना। यह समाधान PNIPAAm / Fe 3 O 4 है
      नोट: प्रोटोकॉल को यहां रोका जा सकता है
  4. पीएनआईपीएएम / फे 34- एनएच 2 की तैयारी
    1. एक अल्ट्रासोनिक सेल डिसावटर का उपयोग करने के लिए sonicate (50 डब्ल्यू), हलचल (300 आरपीएम) के लिए एक चुंबकीय हलचल बार, और समाधान 2 (70 डिग्री सेल्सियस) गर्मी के लिए एक पानी का स्नान।
    2. 1 एमएल / मिनट की दर से 3-एमएल सिरिंज का उपयोग करके गर्म समाधान 2 में बूंदों को 1-2 में जोड़ें
    3. 30 मिनट के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर सोना, सरगर्मी और ताप जारी रखें
    4. आरटी के समाधान को शांत करें सेल डिसावटर और पानी के स्नान से समाधान निकालें
    5. कांच की बोतल के पास चुंबक बंद करके माइक्रोगेल ले लीजिए
    6. एक बार microgels वेग, निकालें दूरसतह पर तैरनेवाला
    7. कांच की बोतल में एक और 25 एमएल पानी डालें और भंवर द्वारा माइक्रोगल्स को फिर से फैलाना। यह समाधान PNIPAAm / Fe 3 O 4- NH 2 है
      नोट: प्रोटोकॉल को यहां रोका जा सकता है

3. Curcumin- लोड Microgels की तैयारी (Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4- NH 2 )

नोट: ये चरण अंधेरे में किए जाने चाहिए।

  1. कांच की बोतल के 20 एमएल के लिए 100 मिलीग्राम क्यू और 20 एमएल एथनॉल जोड़ें।
  2. क्यू समाधान के 2 एमएल ले लो और पीएनआईपीएएम / फे 34- एनएच 2 समाधान (चरण 2.4.7) में स्थानांतरण करें। 400 आरपीएम और आरटी रातोंरात पर हिलाओ।
  3. रातोंरात 400 आरपीएम और आरटीआर पर सरगर्मी करने के बाद, 2.4.5 और 2.4.6 के चरणों में वर्णित पीएनआईपीएएम / एफई 34- एनएच 2 को एकत्र करने के लिए चुंबक का उपयोग करें।
  4. कांच की बोतल में एक और 25 एमएल पानी डालें और भंवर द्वारा माइक्रोगल्स को फिर से फैलाना। यह समाधान सी है उर-पीएनआईपीएएम / फे 34- एनएच 2

4. चुंबकीय गति से ड्रग रिलीज

  1. Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4- NH 2 समाधान के 10 एमएल स्थानांतरण और 15 एमएल सेंट्रीफ्यूजेशन ट्यूब में 2 एमएल पानी जोड़ें।
  2. एचएफएमएफ 20 को लागू करने के लिए कॉइल के केंद्र में सेंट्रीफ्यूजेशन ट्यूब रखें। 20 मिनट के लिए 15 KHz पर एचएफएमएफ लागू करें
  3. एचएफएमएफ समाधान के 0.5 एमएल वापस ले लें और एचएफएमएफ लागू करते हुए हर 2 मिनट के अंतराल पर ताजा 0.5 एमएल पानी के साथ बदलें।
  4. 1 एमएल क्युवेट को वापस ले लिया गया समाधान स्थानांतरण।
  5. 482 एनएम 21 पर यूवी / वीस द्वारा निकाला गया समाधान के अवशोषण को मापें
  6. एक मानक अंशांकन वक्र 22 से अवशोषण और एकाग्रता के रिश्ते का उपयोग करके जारी दवाओं की एकाग्रता का निर्धारण करें।
    नोट: मानक अंशांकन संबंध है:
    S / ftp_upload / 55648 / 55648eq1.jpg "/>
    जहां सहसंबंध गुणांक 0.9993 है

5. चुंबकीय Microgels की विशेषता

  1. थर्मोग्राइमेट्रिक विश्लेषक (टीजीए) 23
    1. TGA द्वारा वायु वायुमंडल के तहत पीएनआईपीएएएम / एफई 34 और पीएनआईपीएएएम / फे 34- एनएच 2 बनाम तापमान के वजन में कमी का मूल्यांकन करें।
      1. नमूना को आरटी से 100 डिग्री सेल्सियस तक गरम करें और इस तापमान पर 10 मिनट के लिए नमी को समाप्त करें। नमूना 100 डिग्री सेल्सियस से 800 डिग्री सेल्सियस 10 डिग्री सेल्सियस / मिनट की दर से गरम करें नमूनों का वजन
      2. पीएनआईपीएएएम / फे 34 और पीएनआईपीएएएम / फे 34- एनएच 2 दोनों के वजन घटाने बनाम तापमान का प्लॉट करें।
        नोट: अवशिष्ट वजन या तो Fe 3 O 4 या Fe 3 O 4- एनएच 2 है , जबकि खो वजन पीएनआईपीएएएम है।
  2. एफटी आईआर"> 24
    1. 100 मिलीग्राम का नमूना 1 ग्राम के साथ 100 डिग्री सेल्सियस पर रात भर में सूखी रखें।
    2. चरण 5.2.1 से मिश्रण को निम्न चरणों में वर्णित के रूप में छर्रों में दबाएं (5.2.2.1 - 5.2.2.5):
      1. मोर्टार और मूसल का उपयोग करके ठीक से पाउडर में कदम 5.2.1 से सामग्री को पीसें।
      2. पैलेट प्रेस में इकट्ठे तंत्र (मोर्टार और पेस्टल) रखें उपकरण के सटीक मध्य में उपकरण को संरेखित करें
      3. जब तक 20,000 साई का दबाव नहीं आता तब तक पम्प दबाएं। गोली को 5 मिनट के लिए उस दबाव पर बैठाना
        सावधानी: प्रेस के सही मध्य में उपकरण को संरेखित करें अन्यथा नमूना मोर्टार से बाहर फैल जाएगा और एक्सपोजर से चोट का कारण होगा।
      4. प्रेस से गोली और पिस्टन युक्त मरने को हटा दें।
      5. इसे उल्टा मुड़ें और गोली को बाहर निकालने के लिए पिस्टन को पंप करें।
    3. एफटी-आईआर के एफटी-आईआर के नमूनों की एफटी-आईआर अवशोषण स्पेक्ट्रम 400 से 4,000 सेमी -1 से लेकर आवृत्तियों पर रिकॉर्ड करें -1 संकल्प 24 के साथ sup>
  3. मंदिर 25 द्वारा आकृति विज्ञान टिप्पणियां
    1. नमूना समाधान को तांबा-ग्रिड पर कोल्डऑन के साथ लेपित करें और फिर आरटी पर या फिर 70 डिग्री सेल्सियस ओवन में रात भर में सूखा।
    2. मंदिर चित्र लें
      नोट: मजबूत इलेक्ट्रॉन बीम नमूने को नुकसान पहुंचा सकते हैं। इसलिए, मंदिर छवियों को जितनी जल्दी हो सके लेना चाहिए।
  4. पॉलिमर और माइक्रोगल्स की जलीय-फैलाव क्षमता
    1. पीएनआईपीएएम समाधान तैयार करने के लिए, 7 एमएल का पीएनआईपीएएम और 7 एमएल का पानी 7 एमएल कांच की बोतल में जोड़ें। समाधान को मिलाकर एक भंवर का प्रयोग करें जब तक कोई समुच्चय न हो।
    2. पीएनआईपीएएम / एफई 34- एनएच 2 समाधान तैयार करने के लिए, 7 एमएल कांच की बोतल में 0.7 एमएल का पीएनआईपीएएएम / फे 34- एनएच 2 समाधान (चरण 2.4.7) का स्थानांतरण करें और 6.3 एमएल पानी जोड़ें। जब तक कोई वर्षा नहीं होती तब तक समाधान मिश्रण करने के लिए भंवर का प्रयोग करें।
    3. Cur-PNIPAA तैयार करने के लिएएम / एफई 34- एनएच 2 समाधान, 7-एमएल कांच की बोतल में क्यू-पीएनआईपीएएम / फे 34- एनएच 2 समाधान (चरण 3.4) के 0.7 एमएल का स्थानांतरण करें और 6.3 एमएल पानी जोड़ें। जब तक कोई वर्षा नहीं होती तब तक समाधान मिश्रण करने के लिए भंवर का प्रयोग करें।
    4. एक डिजिटल कैमरा का उपयोग करके समाधान (तस्वीर 5.4.1 - 5.4.3) की तस्वीर लें।
    5. एक ओवन में समाधान रखें और तापमान को 70 डिग्री सेल्सियस तक सेट करें। संतुलन से 2 घंटे तक प्रतीक्षा करें
    6. समाधान के एक और तस्वीर ले लो तापमान बनाए रखने के लिए, 1 मिनट के भीतर चित्र लें। कांच की बोतल हिलाने से बचें, क्योंकि यह छिपकर फैल सकता है।
  5. माइक्रोोगेल के चुंबकीय संग्रह के लिए, क्यू-पीएनआईपीएएम / फे 34- एनएच 2 समाधान (चरण 5.4.3) के पास मजबूत चुंबक को रखें। जब तक microgels पूरी तरह से एकत्र नहीं कर रहे हैं तो रुको, फिर एक तस्वीर ले लो।
    1. पूरी तरह से छितरी हुई जब तक चुंबक और भंवर को माइक्रोगेल समाधान निकालें। एक और तस्वीर लीजिए/ Li>

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Representative Results

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पीएनआईपीएएम / पीई / फे 34- एनएच 2 माइक्रोगेल के संश्लेषण के लिए योजनाबद्ध चित्र 1 में दिखाया गया है। टीजीए को पूरे माइक्रोगेल के खिलाफ कार्बनिक कंपाउंड की रिश्तेदार संरचना का अनुमान लगाने के लिए लागू किया गया था। चूंकि केवल कार्बनिक यौगिक पीएनआईपीएएम को जलाया जा सकता है, इसलिए पीएनआईपीएएम और फे 34 (या फे 34- एनएच 2 ) की रिश्तेदार संरचना को निर्धारित किया गया था और तालिका 1 में दिखाया गया है। पीएनआईपीएएम / फे 34- एनएच 2 माइक्रोगेल बेहतर फैलाव का प्रदर्शन क्यों करते हैं लेकिन लोहे के आक्साइड की निचली सामग्री को पकड़ लेते हैं? PNIPAAm / Fe 3 O 4 , Fe 3 O 4- NH 2 में पीएनआईपीएएम / फे 34- एनएच 2 में मजबूत संपर्क और बेहतर फैलाव के कारण Fe 3 O 4 की तुलना में पीएनआईपीएम्प को क्रॉस-लिंक करना आसान है। नतीजतन, पीएनआईपीएएएम / एफई 3 ओ की पैदावार 2 माइक्रोगेल पीएनआईपीएएएम / एफई 34 के मुकाबले बहुत ज्यादा हैं संग्रह प्रक्रियाओं (2.3.3 - 2.3.5 और 2.4.3 - 2.4.5 चरण) के कारण, गैर-क्रॉस्लेन्क्क्ड पीएनआईपीएम्प को सतह पर तैरने वाले के साथ हटा दिया गया था क्योंकि केवल चुंबकीय लोहे के आक्साइड के साथ ही माइक्रोगेल को चुंबकीय रूप से अवशोषित किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, माइक्रोओगल्स में पीएनआईपीएएएम का वजन प्रतिशत 32.37% (पीएनआईपीएएम् / एफई 34 ) और 68.56% (पीएनआईपीएएम् / फे 34- एनएच 2 ) है। Fe 3 O 4- NH 2 नैनोकणों शारीरिक रूप से अधिक 3 पी 4 एनएपीएम्पल की तुलना में फैस 34 नैनोकणों की तुलना कर सकते हैं।

पीएनआईपीएएएम समाधानों और चुंबकीय माइक्रोोगल्स के मंदिर चित्र डिजिटल कैमरे द्वारा कमरे के तापमान पर लिया गया था जैसा चित्रा 2 ए में दिखाया गया है, कमरे के तापमान पर शुद्ध पीएनआईपीएएम समाधान में कोई विशिष्ट संरचना नहीं है। हालांकि, नियमित गोलाकार लौह ऑक्साइड भाग्यक्लैस ( चित्रा 2 बी ) दोनों पीएनआईपीएएएम / फे 34 ( चित्रा 2 सी ) और पीएनआईपीएएएम / फे 34- एनएच 2 ( चित्रा 2 डी ) माइक्रोोगल्स में देखा गया था, जो पीएनआईपीएएएम और पीई के बीच हाइड्रोजन बंधन से उत्पन्न भौतिक क्रॉस्लिंकिंग के सबूत प्रदान किए थे। । ज्यादातर 34 नैनोकणों पीएनआईपीएएएम-आधारित मैट्रिक्स और उत्पादित समुच्चय क्लस्टर ( चित्रा 2 सी ) की सतह पर छिलके जा सकते हैं। बहरहाल, फेयर 34 नैनोकणों की तुलना में, एपीटीएस-संशोधित लौह आक्साइड नैनोकणों, फे 34- एनएच 2 को कणों में एम्बेडेड किया जा सकता है, क्योंकि अधिक जल फैलाव और चुंबकीय नैनोकणों के छोटे आकार ( चित्रा 3 डी )। Curcumin के साथ लोड करने के बाद, Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4- एनएच 2 ( फाई की आकृति विज्ञानग्यूर 2 ई) क्यू के हाइड्रोफोबिक विशेषता के कारण चुंबकीय माइक्रोोगल्स की तुलना में बहुत अधिक पृथक थे। परिणाम यह भी बताते हैं कि Cur केवल अंदर नहीं समन्वित किया गया था बल्कि माइक्रोगेल की सतह पर भी अवशोषित किया गया था।

Microgel तैयारी और चिकित्सीय-अणु encapsulation चित्रा 3 में दिखाए अनुसार एफटी-आईआर विश्लेषण के द्वारा पहचाने गए थे। साहित्य 1 9 , 26 से Fe 3 O 4 के मुकाबले, 2927, 1203, 987 और 472 सेमी -1 में नव-अवकाश अवशेषों को सीएच खींचने, सी-ओ-सी खींचने, सी-ओ के कंपन को जिम्मेदार ठहराया गया था खींचने और सी-ओ झुकाव, क्रमशः, जो कि एफईईएस के फे 34 नैनोकणों की सतह को कवर करने का सुझाव दिया। Fe-O कंपनियों की चोटियों (584 सेमी -1 ) दोनों पीएनआईपीएएएम / एफई 34 में भी देखी गईं 3 ओ 4- एनएच 2 । हालांकि, Fe-O कंपन की रिश्तेदार तीव्रता पीएनआईपीएएएम / एफई 34 में पीएनआईपीएएएम / एफई 34- एनएच 2 में अधिक थी , जिसने संरचना के बारे में हमारे विवरण का भी समर्थन किया था, कि एक बेहतर जल-प्रेषण बेहतर संरचनात्मक वितरण लदान की प्रक्रिया के बाद, क्रमशः 1509 और 3511 सेमी -1 में कर्क्यूमिन की विशेषता अवशोषण चोटियों -1 क्रमशः सुरभित सी = सी झुकने और ओएच खींचने की बात करते हैं, क्रम-पीएनआईपीएएएम / एफई 34- एनएच 2 के एफटी-आईआर स्पेक्ट्रा में दिखाई देते हैं, जो संकेत दिया कि कर्क्यूमिन का सफल एनकैप्सुलेशन

25 डिग्री सेल्सियस या 70 डिग्री सेल्सियस पर विभिन्न माइक्रोगल्स की तस्वीरें चित्रा 4 में दिखाई जाती हैं, जिसमें दूधिया और भूरे रंग के समाधान क्रमशः पीएनआईपीएएम और लौह आक्साइड के एकत्रीकरण का प्रतिनिधित्व करते हैं। आंकड़े 4 ए की तुलना में - सी , कमरे के तापमान (25 डिग्री सेल्सियस) पर पीएनआईपीएएएम, पीएनआईपीएएएम / एफई 34- एनएच 2 और क्यूआर-पीएनआईपीएएएम / फी 34 -एनएच 2 समाधानों में स्पष्ट रूप से दिखाई देने वाली एग्रीग्रेजेशन नहीं थीं। PNIPAAm समाधान और चुंबकीय microgels तो अपारदर्शी बन गया जब समाधान PNIPAAm के एलसीएसटी की तुलना में अधिक गर्म थे जैसा कि चित्रा 4 डी - एफ में दिखाया गया है। चुंबकीय माइक्रोोगेल दोनों ही दूधिया थे लेकिन बिना वर्षा के बिना फैल गए थे, और यह पीएनआईपीएएम, फे 34- एनएच 2 , और कर्क्यूमिन के बीच महान फैलाव और मजबूत, भौतिक बंधन दर्शाता है। जैसा कि चित्रा 5 में दिखाया गया है, चुंबकीय माइक्रोोगल्स को चुंबक के साथ आसानी से एकत्र किया जा सकता है और चुंबक को हटाने के बाद किसी एकत्रीकरण के बिना जलीय समाधान में फिर से फैलाया जा सकता है। परिणामों से संकेत मिलता है कि ये चुंबकीय माइक्रोोगल्स संभवत: मानव शरीर च जैसे एक जलीय वितरण प्रणाली पर लागू हो सकते हैंया नैदानिक ​​अनुप्रयोगों

चुंबकीय microgels के इन विट्रो रिलीज व्यवहार में एचएफएमएफ के माध्यम से निगरानी की गई। प्रायोगिक उपकरण सेट 6 चित्रा में दिखाया गया है, जहां सेंटीफ्यूजेशन ट्यूब चुंबकीय क्षेत्र वाले कुंडली के केंद्र में होना चाहिए। ट्यूब केंद्र में स्थित भूरे रंग का वर्षा चुंबकीय माइक्रोोगेल था, जो एचएफएमएफ उपचार के तहत समाधान से अलग थे।

एचएफएमएफ के साथ और बिना चुंबकीय रिलीज़ प्रतिशत की निगरानी की गई और इसे चित्रा 7 में दिखाया गया। समान अवधि (20 मिनट) के भीतर एचएफएमएफ के बिना रिलीज के प्रतिशत की तुलना में, रिलीज प्रतिशत एचएफएमएफ उपचार के तहत 2.5 गुना बढ़ गया, और थोक समाधान का तापमान एक साथ 50 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाया जा सकता है। थर्मामीटरों-संवेदनशील पॉलीमरों की रोकथाम के कारण, पीएनआईपीएएएम, चुंबकीय माइक्रोगल्सएनएपीएएएम बहुलक मैट्रिक्स हाइड्रोफोबिक बनने और फिर उच्च तापमान (50 डिग्री सेल्सियस) के तहत संयुग्मित होने के परिणामस्वरूप, एनक्यूस्यूटेड दवा (क्यू) को दबाएं। इस बीच, एचआरएमएफ लागू करके कैंसरियम कैंसर को कैंसर से मुक्त करने के लिए रिलीज किया जा सकता है। एचएफएमएफ पर चुंबकीय प्रेरण से स्थानीय हीटिंग क्यू और पीएनआईपीपीएएम के बीच बंधन को नष्ट कर सकता है, भले ही हाइड्रोफोबिक क्यू उच्च तापमान पर हाइड्रोफोबिक पीएनआईपीपीएम से जुड़ा होने की संभावना है। इसके अलावा, चुंबकीय माइक्रोोगेल की मात्रा में परिवर्तन (हाइड्रोफिलिक से हाइड्रोफोबिक तक और निम्न तापमान से कम) भी क्यू को दबाएंगे।

थोक समाधान के तापमान में वृद्धि दर्ज की गई और चित्रा 7 में हीरा के प्रतीक के साथ लाल वक्र के रूप में दिखाया गया था। जैसा कि दिखाया गया है, तापमान 14 मिनट के बाद हीटिंग समय और पठार के साथ पहली वृद्धि हुई है। पठार चुंबकीय प्रेरणिक ताप (अतिताप) की संतृप्ति होना चाहिएथोक पानी में हालांकि, स्थानीय तापमान को क्यू को निचोड़ने के लिए पर्याप्त होना चाहिए।

आकृति 1
चित्रा 1. PNIPAAm / पीई / Fe3O4-NH2 Microgels के लिए योजनाबद्ध संश्लेषण प्रक्रिया।
पीएनआईपीएम्प, एफई 34- एनएच 2 , और पीई को मिलाकर मिश्रण को 70 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें ताकि माइक्रोगेल की तैयारी के लिए एच-बांडिंग शुरू हो सके। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्र 2
चित्रा 2. PNIPAAm सॉल्यूशंस और चुंबकीय Microgels की मंदिर छवियों। ए) पीएनआईपीएएम्, बी) एफई 34 , सी) पीएनआईपीएएएम / एफई 34 , डी) पीएनआईपीएएएम / फे 34- एनएच 2 , और ई) क्यू-पीएनआईपीएएएम / फे 34- एनएच 2 । नमूने के फैलाव और आकृति विज्ञान की निगरानी के लिए मंदिर चित्रों को लिया गया। मंदिर के नमूने आरटी पर तैयार किए गए थे इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्र तीन
चित्रा 3 चित्रा 3. पीएनआईपीएएएम के एफटी-आईआर स्पेक्ट्रा, फे 34- एनएच 2 , पीएनआईपीएएएम / फे 34 , पीएनआईपीएएएम / फे 34- एनएच 2 , और क्यूआर-पीएनआईपीएएएम / फे 34- एनएच 2 के रूप में संश्लेषित microgels KBr के साथ मिश्रित थे और छर्रों में दबाया। एफआरआईआर तब बातचीत को स्पष्ट करने के लिए लागू किया गया थाफ़ंक्शन समूहों के अवशोषण परिवर्तनों की निगरानी के द्वारा एफ पीएनआईपीएएएम, फे 34- एनएच 2 , पीआई और कर्क्यूमिनियम। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्रा 4
चित्रा 4 चित्रा 4। एलसीएसटी के तहत और ऊपर Microgels की एक्सास -फैलाव क्षमता: ए) पीएनआईपीएएएम, बी) पीएनआईपीएएएम / एफई 34 एनएच 2 , और सी) क्यू-पीएनआईपीएएएम / फे 34- एनएच 2 25 डिग्री सेल्सियस पर डी) पीएनआईपीएएम्प, ई) पीएनआईपीएएम् / एफई 34- एनएच 2 , और एफ) क्यू-पीएनआईपीएएएम / एफई 34- एनएच 2 का 70 डिग्री सेल्सियस पर नमूना समाधान आरटी पर तैयार किए गए और 70 डिग्री सेल्सियस तक गरम किया गया। फोटोरेखांकन आरटी और 70 डिग्री सेल्सियस के तहत किए गए थे ताकि संश्लेषित माइक्रोोगल्स की जल-प्रदूषण को देख सकें। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्रा 5
चित्रा 5 चित्रा 5. एक चुंबक द्वारा कर्क्यूमिन-लोडेड चुंबकीय माइक्रोगल्स का संग्रह Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4- NH 2 जलीय समाधान (बाएं) में छितरा हुआ था और एक चुंबक द्वारा एकत्र (दाएं)। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्रा 6
चित्रा 6. चुंबकीय-त्रिकोण के लिए प्रायोगिक उपकरण एचएफएमएफ के साथ रिलीज हुई सफेद अंगूठी तांबा का तार है चुंबकीय microgels युक्त केन्द्रापन्न ट्यूब दिखाया गया है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्रा 7
चित्रा 7. पीएच 7.4 (स्क्वायर प्रतीक) और बिना (सर्कल सिग्नल) एचएफएमएफ पर क्यू-पीएनआईपीएएएम / फे 34- एनएच 2 माइक्रोोगल्स की नियंत्रित रिलीज कर्क्यूमिन रिलीज प्रतिशत के साथ चुंबकीय माइक्रोगेल (काला; वर्ग) और बिना (काले; हलकों) एचएफएमएफ लागू करने के लिए दिखाया गया है। एचआरएमएफ के साथ Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4- एनएच 2 माइक्रोगेल के तापमान में वृद्धि लाल (हीरा) में प्रदर्शित होती है। त्रुटि सलाखों एसडी का प्रतिनिधित्व करते हैं= "_ Blank"> कृपया इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए यहां क्लिक करें।

नमूने पीएनआईपीएएम (%) फे 34 (%)
पीएनआईपीएएएम / फे 34 32.37 68.63 (फे 34 )
पीएनआईपीएएएम / फे 34- एनएच 2 68.56 31.44 (फे 34- एनएच 2 )

तालिका 1. माइक्रोगल्स में मैग्नेटिक नैनोपैंटिक्स और पीएनआईपीएएएम के सापेक्ष संरचना (% वजन)। चुंबकीय microgels की रिश्तेदार संरचना टीजीए विश्लेषण का उपयोग कर गणना की गई थी।

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Discussion

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थर्मामीटरों से प्रेरित पायसन द्वारा चुंबकीय माइक्रोगेल के संश्लेषण के लिए तैयारी के सबसे महत्वपूर्ण चरण प्रोटोकॉल अनुभाग 2 में हैं। चित्रा 2 (मंदिर चित्र) में दिखाए गए अनुसार, पीएनआईपीएएएम (एमाइड समूह), पीई (एमाइन ग्रुप) के बीच मजबूत एच-बॉन्डिंग के परिणामस्वरूप भौतिक क्रॉस्लिंकिंग के कारण आरटी (एलसीएसटी से कम) पर माइक्रोोगेल की गोलाकार संरचना को बनाए रखा जा सकता है और फे 34- एनएच 2 (एमाइन ग्रुप) चित्रा 4 में तुलना के आधार पर, चुंबकीय माइक्रोोगल्स कम (25 डिग्री सेल्सियस) या उच्च (70 डिग्री सेल्सियस) तापमान पर फैले हुए हैं। माइक्रोगेल को चुंबक द्वारा भी एकत्र किया जा सकता है और चित्रा 5 में दिखाया गया समरूप समाधान में फिर से फैलाया जा सकता है।

हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफिलिक मोनोमर दोनों के साथ संश्लेषित हाइड्रोजल्स की पारंपरिक तैयारी को सामान्यतः 3 डी प्राप्त करने के लिए क्रॉसलिंकिंग एजेंटों की शुरूआत की आवश्यकता होती हैनेटवर्क 4 , 5 , 6 , 7 हालांकि, क्रॉटलिंकिंग एजेंटों को हटाने के लिए मुश्किल है और उनके आवेदन में अक्सर साइड इफेक्ट होते हैं।

पीएनआईपीएएम उच्च तापमान के तहत कणों में इकट्ठा या आत्म-इकट्ठा कर सकता है और तापमान एलसीएसटी से कम होने पर समरूप समाधान में फिर से फैल सकता है। 3 डी नेटवर्क के पतन को रोकने के लिए हाइड्रोजेल की तैयारी के लिए अक्सर क्रॉस्लकंकींग और रासायनिक संशोधन किया जाता है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं को बदलने के लिए हाइड्रोजन बंधन के माध्यम से थर्मो-प्रेरित क्रॉटलिंकिंग लागू किया जाता है, इस प्रकार संश्लेषण और तैयारी प्रक्रिया को सरल किया जाता है।

हाइड्रोजेल फैब्रिकेशन की सफलता के लिए महत्वपूर्ण पॉलिमराइजेशन- और क्रॉस लिंकींग-मुक्त प्रक्रिया है और हाइड्रोफोबिक ड्रग्स के इनकैप्सुलेशन हैं। पोलीमराइजेशन के बिना, हाइड्रोजेल बिना पहचाने वाले आरंभकर्ताओं और मोनोमर को हटा सकता है जो अक्सर सीसा करते हैंमजबूत विषाक्तता के लिए यहाँ, हमने सफलतापूर्वक सतह-संशोधन और विलायक-परिचय के माध्यम से अकार्बनिक यौगिकों (लौह ऑक्साइड) और हाइड्रोफोबिक अणुओं (कर्क्यूमिन) के फैलाव और इनकैप्सुलेशन को पूरा किया।

इन विट्रो रिलीज टेस्ट ( चित्रा 7 ) के माध्यम से, हमने पाया कि चुंबकीय माइक्रोगल्स में चुंबकीय प्रेरणिक ताप (हाइपरथर्मिया) प्रभाव से बाहरी चुंबकीय क्षेत्र (एचएफएमएफ) में दोनों तापमान और रिलीज प्रतिशत दोनों की कुशल वृद्धि हुई है। उपर्युक्त गुणों के साथ, इन पीएनआईपीएएम आधारित चुंबकीय माइक्रोोगल्स चुंबकीय और तापीय रूप से ट्यूमर, ट्यूमर थेरेपी के लक्षित डिलीवरी के लिए संभावित उम्मीदवार हैं।

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Disclosures

लेखकों को खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है

Acknowledgments

यह काम आर्थिक रूप से ताइवान के विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय (अधिकतम 104-2221-ई-131-010, अधिकतम 105-2622-ई-131 -001-सीसी 2) द्वारा समर्थित था, और आंशिक रूप से परमाणु और आण्विक विज्ञान संस्थान द्वारा समर्थित, एकेडेमिया सिनिका।

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

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References

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चुंबकीय और थर्मल-संवेदनशील पॉली (<em&gt; एन</em&gt; -इसोप्रोपाइलेरामाइड) चुंबकीय रूप से ट्रिगर किए गए नियंत्रित रिहाई के लिए आधारित माइक्रोोगल्स
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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).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).

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