Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Chemistry

ألواح نانوسبونجي في حجم وكثافة كروسلينكينج

doi: 10.3791/56073 Published: August 4, 2017

Summary

توضح هذه المقالة عملية لضبط كثافة حجم و crosslinking تساهمي كروسلينكيد جسيمات نانوية من البوليستر البولستر الخطية التي تحتوي على وظائف قلادة. يمكن من الخياطة توليف معلمات (الوزن الجزيئي بوليمر وإدراج وظيفة قلادة ومكافئات كروسلينكير)، وكثافة حجم و crosslinking نانوحبيبات المطلوب لطلبات تسليم المخدرات.

Abstract

يمكننا وصف بروتوكول لتوليف البوليستر البولستر الخطية التي تحتوي على وظائف إيبوكسيد قلادة وإدماجها في نانوسبونجي مع الأبعاد التي تسيطر عليها. ويبدأ هذا النهج توليف لاكتوني فونكتيوناليزيد ومفتاح الروغان قلادة من البوليمر الناتج. فاليرولاكتوني (داء الليشمانيات الحشوي) واليل-فاليرولاكتوني (التتبع الآلي) ثم كوبوليميريزيد البلمرة خاتم--فتح باستخدام. ثم يتم استخدام البلمرة بعد التعديل لتثبيت moiety إيبوكسيد على بعض أو كافة مجموعات اليل قلادة. كيمياء الإيبوكسي-أمين يعمل بشكل جسيمات نانوية في محلول مخفف البوليمر وجزيء صغير ديامينى crosslinker استناداً إلى كثافة حجم و crosslinking نانوسبونجي المرجوة. ويمكن وصف أحجام نانوسبونجي قبل انتقال التصوير الميكروسكوب الإلكتروني (TEM) لتحديد البعد والتوزيع. هذا الأسلوب يوفر مساراً الذي يمكن إنشاء الانضباطي درجة عالية من البوليستر البولستر جسيمات نانوية الانضباطي، التي يمكن استخدامها لتغليف المخدرات جزيء صغير. نظراً لطبيعة العمود الفقري، تكون هذه الجزيئات التحلل هيدروليكيا وانزيماتيكالي لإطلاق سراح التي تسيطر عليها مجموعة واسعة من الجزيئات الصغيرة مسعور.

Introduction

ضبط دقة كثافة حجم و crosslinking جسيمات نانوية استناداً إلى crosslinking الجزيئات لها أهمية كبيرة للتأثير وتوجيه الشخصية الإفراج عن المخدرات من هذه نانوسيستيمس1. تصميم ألواح نانوسبونجي، أيإعداد جسيمات كثافات مختلفة من الشبكة، وتعتمد على وظيفة قلادة البوليمر السلائف والمكافئات من كروسلينكير ماء أدرجت. في هذا النهج، تركز السلائف وكروسلينكير في المذيب المهم شكل جسيمات نانوية من حجم منفصلة بدلاً من جل الأكبر. استخدام التحليل الطيفي الكمي الرنين المغناطيسي النووي (الرنين المغناطيسي النووي) كأسلوب لتوصيف يسمح للتحديد الدقيق لوظائف قلادة مدمجة والوزن الجزيئي بوليمر. حالما تتشكل جسيمات نانوية، يمكن مركزة و solubilized في العضوية دون لها طابع نانوجيل.

تركز العمل الأخيرة في إيصال الأدوية نانوحبيبات على استخدام بولي (اللبن-co-حمض الجليكوليك) الذاتي تجميعها (بلجا) جسيمات نانوية2،،من34،،من56. بلجا روابط إستر التحلل مما يجعلها مناسبة للتطبيقات تسليم المخدرات، وغالباً ما يقترن مع poly(ethylene glycol) (شماعة) نظراً لخصائص الشبح7. ومع ذلك، نظراً لطبيعة تكوين الجسيمات بلجا تجميعها ذاتيا، لا solubilized الجسيمات في العضوية لمزيد من الروغان. وعلى النقيض من جسيمات نانوية بلجا، يوفر الطريقة المقترحة crosslinking التساهمية تشكيل نانوحبيبات مع أحجام محددة والتشكل، وهي مستقرة في العضوية وتتحلل في المحاليل1. مزايا هذا النهج هي القدرة على زيادة فونكتيوناليزي سطح نانوسبونجي8كيميائيا، واستقرارها في المذيبات العضوية يمكن أن تستخدم لتحميل بعد انتهاء من الجزيئات مع المركبات الصيدلانية1،9. باستخدام هذا الأسلوب، يمكن تغليف الجزيئات الصغيرة مسعور بهطول الأمطار في الوسط المائي. Hydrophobicity من العمود الفقري البوليستر جنبا إلى جنب مع crosslinker قصيرة ماء يعطي هذه الجسيمات بطابع غير متبلور في درجة حرارة الجسم. وعلاوة على ذلك، بعد تحميل المخدرات، يمكن أن تشكل الجسيمات غرامة المعلقات في الوسط المائي لسهولة حقن فيفو. هو هدفنا في هذا العمل لتقييم المعلمات لتركيب هذه نانوسبونجيس البوليستر وتحديد تلك التي تكتسي أهمية حيوية بالنسبة لتصميم ومراقبة حجم ومورفولوجيا.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تقييم العلاقة بين معلمات التوليف نانوسبونجي وحجمه الناتجة، المهم وظيفة كل السلائف البوليمر تركيز وقلادة. في الشكل 1، يجري مخطط سوكسيسفولسينثيتيك من نانوسبونجيس تحت ظروف الجزر بعد دمج كلا السلائف البوليمر ودياميني crosslinker في DCM ح 12. تركيز ايبوكسيدات في الحل ضروري أيضا لتشكيل جزيئات منفصلة. مرة واحدة تم تصنيعه نانوسبونجيس، استخدمت تصوير تيم لتحديد أبعاد مجموعة من الجزيئات الدقيقة. وقد تم تحليل مجموعة من التجارب نانوسبونجي المختلفة في الشكل 2، استناداً إلى البوليمر السلائف الوزن الجزيئي وقلادة وظيفة إدماجها لتحديد إذا كان علاقة بين البلدين يمكن أن يكون لها تأثير على حجم نانوسبونجي. ويعتبر اتجاها لزيادة حجم الجسيمات في الشكل 2، كما يتم زيادة الوزن الجزيئي لإدراج EVL على حد سواء 6% و 8% مع واحد crosslinker ديامينى الواحدة إيبوكسيد (الأمينات 2 الواحدة إيبوكسيد).

ويبين الشكل 3 زيادة نسبة إيبوكسيد و crosslinker مكافئات أن تأثير مماثل مع الحفاظ على وزن الجزيئي مماثلة بين مجموعات نانوسبونجي. ومرة أخرى، ينظر إلى اتجاه في زيادة حجم نانوسبونجي أثناء تغيير هذه المعلمات. من المهم أن نفهم كيف يمكن توليف السلائف البوليمر تلعب دوراً حيويا في حجم نانوحبيبات الناتجة لضبط دقة نانوسبونجيس لمختلف التطبيقات. من المهم أيضا للحفاظ على أسلوب استنساخه وموثوق بها لتوليف نانوسبونجي التي لديها انحرافات صغيرة بين حجم الجسيمات الفردية، كما هو مبين في الشكل4. باستخدام هذه المعلمات، مجموعة واسعة من الأحجام وصيغة لاستنساخ موثوق بها نانوسبونجي حجم معين يمكن تطويرها لتطبيق محدد أو تنشده، تثبت هذا الأمر كيمياء نانوسبونجي تنوعاً والعملية.

Figure 1
رقم 1: رد فعل مخطط لتوليف نانوسبونجي. كوبوليمر بوليستر خطية التي تحتوي على مجموعات وظيفية اليل وايبوكسيد قلادة هو تجاوب مع crosslinker ديامينى شكل جسيمات نانوية المنفصلة مع أبعاد الحجم حوالي 100 نانومتر. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2: تحليل لألواح نانوسبونجي استناداً إلى الوزن الجزيئي ووظائف قلادة. عن طريق تقييم التغير في حجم نانوسبونجي استناداً إلى الوزن الجزيئي للبوليمر السلائف مع الحفاظ على وظائف قلادة النسبي نفسه، زيادة في حجم الجسيمات كما يزيد من الوزن الجزيئي يمكن أن تظهر للبوليمرات EVL 6% و 8%. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
رقم 3: تحليل لألواح نانوسبونجي كروسلينكير ومعادلات وظيفة قلادة. بالضغط كروسلينكير ثابت يعادل، سيؤدي إلى وظيفة أعلى قلادة في أعلى crosslinker التأسيس. في هذا الشكل، والامينات أربعة الواحد إيبوكسيد (مكافئات ديامينى crosslinker اثنين كل إيبوكسيد) أضيفت إلى البوليمر EVL على حد سواء 6% و 10%. كما أدمجت crosslinker أكثر في نانوسبونجي بسبب ايبوكسيدات أكثر الواحد البوليمر وأعلى crosslinker مكافئات، زيادة الحجم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
رقم 4: صورة تيم نانوسبونجيس- صورة تيم لجسيمات نانوية مرتبط تساهميا تشكلت خلال التوليف. وأشار إلى حجم 79 ± 12 نانومتر. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

الحصول على أحجام نانوسبونجي استنساخه أمرا حيويا في طلبات تسليم المخدرات. معلمات متعددة في توليف البلمرة ونانوسبونجي تؤثر على كثافة الجسيمات الناتجة عن الحجم والتشعب. وتم تحديد ثلاثة معايير هامة في تحليلنا: الوزن الجزيئي بوليمر ووظائف قلادة إيبوكسيد مكافئات كروسلينكير. من أجل إنتاج مجموعة من الأوزان الجزيئية ووظائف إيبوكسيد لتوليف نانوسبونجي، يجب أن يكون تغيير stoichiometry فل-co-التتبع الآلي كوبوليمر. يمكن أن يكون تركيز المجموعة اليل الوظيفية أثناء إبوكسدة كوبوليمر المستخدمة إلى ابوكسيديزي أما النسبة مئوية المطلوبة من الليلس أو كل منهم. إذا تم استخدام فائض المؤكسدة عامل، يمكن أن يحدث تدهور في سلسلة البوليمر؛ ومع ذلك، هذا يمكن علاجه بتقليل مقدار عامل مؤكسد. عندما تكون جميع الليلس إبوكسدة، هناك لا الليلس قلادة على سطح نانوسبونجي لمزيد من الروغان. من المهم أيضا لتوليف نانوسبونجي أن تركيز إيبوكسيد في توليف نانوسبونجي الحل م 0.0054.

تم تقييم رد فعل نانوسبونجي سابقا لتحديد بتركيز أمثل ل نطاقات الحجم المطلوب نانوسبونجي13. وهذا التركز يحسب على أساس قيمة وحدة تكرار لوظائف إيبوكسيد في البوليمر. وحدة التكرار هو وزن البوليمر الواحد وحدة واحدة لرد الفعل الذي يستخدم لحساب جزيئات الوحدات المتفاعلة في البوليمر واحد. على سبيل المثال، كما هو مبين أدناه، إذا كان يحتوي على بوليمر مع وزن الجزيئي ل 2,000 غ/مول 10 رد الفعل مونومر وحدات (الإزالة) تحمل وظيفة قلادة، تحدد الكمية الرنين المغناطيسي النووي، رد الفعل وحدة البوليمر هي 200 g/mol الإزالة. باستخدام هذه القيمة، يمكن حساب جزيئات الوحدات المتفاعلة من وزن البوليمر بغية تحديد معادلات crosslinker لتوليف نانوسبونجي.

Equation 1

Equation 2

وكاتجاه عام، زيادة الوزن الجزيئي بوليمر ووظائف إيبوكسيد أسهم إلى حجم زيادة نانوسبونجي بشكل مستقل. Polydispersity ضيقة يحقق توزيعاً حجم نانوسبونجي ضيقة (~ الانحراف المعياري 10 ٪)، ويحسن من إمكانية تكرار نتائج التوليف نانوسبونجي.

يحقق النهج الذي قدم ديسبيرسيتي بوليمر ضيقة باستخدام القصدير محفز تريفلات14. معادلة crosslinking تحسب على أساس الأمين كل مكافئات إيبوكسيد، ويظهر زيادة مكافئات كروسلينكير لزيادة حجم نانوسبونجي. ومع ذلك، استخدام فائض crosslinker المهم سبب هدف استهلاك ايبوكسيدات تتوفر جميع. تبقى وظيفة أمين على سطح نانوسبونجي يمكن استخدامها لمزيد من الروغان سطح الجسيمات.

مقارنة بالأساليب التقليدية لإعداد نانوحبيبات، مزايا هذا النهج هي معلمات متعددة بدقة حجم وكثافة التي يمكن تحقيق السيطرة، القدرة على مواصلة فونكتيوناليزي على السطح نانوسبونجي، وأن القابلية للذوبان في العضوية لتغليف المخدرات مسعور.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

LK تعرب عن شكرها للتمويل من العلم مؤسسة الدراسات العليا بحوث الزمالة البرنامج الوطني (DGE-1445197) وقسم الكيمياء في جامعة فاندربيلت. LK و EH يود أن يشكر التمويل للصك "تيم أوزيريس" (NSF EPS 1004083).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2,2'-(Ethylenedioxy)bis(ethylamine) Sigma-Aldrich 385506-100ML
3-methyl-1-butanol Sigma-Aldrich 309435-100ML anhydrous, ≥99%
Acetone Sigma-Aldrich 179124-4L
Allyl bromide Sigma-Aldrich A29585-5G ≥99%
Ammonium chloride Fisher Scientific A661-500 saturated solution in DI water
Cell culture water Sigma-Aldrich W3500-500ML Filtered through 0.45 μm syringe filter
Dichloromethane (DCM) Sigma-Aldrich 270997-100ML anhydrous, ≥99%, contains 40 - 150 ppm amylene as stabilizer
Ethyl Acetate Fisher Scientific E145SK-4
EZFlow 0.2 μm Syringe Filter Foxx Life Sciences 386-2116-OEM Hydrophillic PTFE, 13 mm
EZFlow 0.45 μm Syringe Filter Foxx Life Sciences 386-3126-OEM Hydrophillic PTFE, 25 mm
Fisherbrand Disposable Borosilicate Glass Test Tubes with Plain End Fisher Scientific 14-961-31
Fisherbrand Microcentrifuge Tubes Fisher Scientific 14-666-318 1.5 mL
Hamilton Microliter Syringe, 100 μL Hamilton Company 80600 Model 710 N SYR, Cemented NDL, 22s ga, 2 in, point style 2
Hexamethylphosphoramide Sigma-Aldrich H11602-100G ≥99%, contains ≤1,000 ppm propylene oxide as stabilizer
Hexanes Fisher Scientific H292-4
Magnesium sulfate anhydrous Fisher Scientific M65-500
Meta-chloroperoxybenzoic acid Sigma-Aldrich 273031-100G Purified to ≥99% by buffer wash
Methanol (MeOH) Sigma-Aldrich 322415-100ML anhydrous, ≥99%
N-butyllithium solution Sigma-Aldrich 230707-100ML 2.5 M in hexanes
N,N-diisopropylethylamine Sigma-Aldrich 550043-500ML ≥99%
Parafilm M Sigma-Aldrich P7793-1EA
PELCO Pro Reverse (Self-Closing) Tweezers Ted Pella, Inc. 5375-NM
Phosphotungstic acid hydrate Alfa Aesar 40116
Q55 Sonicator Qsonica Q55-110 55 Watts, 20 kHz
SiliaMetS Cysteine Silicycle R80530B-10g
SnakeSkin Dialysis Clips Thermo Scientific 68011
SnakeSkin Dialysis Tubing, 10K MWCO Thermo Scientific 68100
Sodium bicarbonate Fisher Scientific 5233-500 saturated solution in DI water
TEM grid Ted Pella, Inc. 01822-F Ultrathin Carbon Type-A, 400 mesh, Copper, approx. grid hole size: 42 µm
Tetrahydrofuran (THF) Sigma-Aldrich 401757-1L Anhydrous, ≥99.9%, inhibitor-free
Tin(II) trifluoromethanesulfonate Sigma-Aldrich 388122-1G
Vortex-Genie 2 Scientific Industries SI-0236
Whatman Filter Paper, Grade 1 Fisher Scientific 09-805H Circles, 185 mm
δ-valerolactone Sigma-Aldrich 389579-100ML Purified by vacuum distillation

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. van der Ende, A. E., Sathiyakumar, V., Diaz, R., Hallahan, D. E., Harth, E. Linear release nanoparticle devices for advanced targeted cancer therapies with increased efficacy. Polym Chem. 1, (1), 93 (2010).
  2. Sharma, S., Parmar, A., Kori, S., Sandhir, R. PLGA-based nanoparticles: A new paradigm in biomedical applications. Trends Anal Chem. 80, 30-40 (2016).
  3. Cao, L. B., Zeng, S., Zhao, W. Highly Stable PEGylated Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) Nanoparticles for the Effective Delivery of Docetaxel in Prostate Cancers. Nanoscale Res Lett. 11, (1), 305 (2016).
  4. Chelopo, M. P., Kalombo, L., Wesley-Smith, J., Grobler, A., Hayeshi, R. The fabrication and characterization of a PLGA nanoparticle-Pheroid® combined drug delivery system. J Mater Sci. 52, (6), 3133-3145 (2016).
  5. Guan, Q., et al. Preparation, in vitro and in vivo evaluation of mPEG-PLGA nanoparticles co-loaded with syringopicroside and hydroxytyrosol. J Mater Sci Mater Med. 27, (2), 24 (2016).
  6. Cannava, C., et al. Nanospheres based on PLGA/amphiphilic cyclodextrin assemblies as potential enhancers of Methylene Blue neuroprotective effect. RSC Adv. 6, 16720-16729 (2016).
  7. Locatelli, E., Franchini, M. C. Biodegradable PLGA-b-PEG polymeric nanoparticles: synthesis, properties, and nanomedical applications as drug delivery system. J Nanopart Res. 14, (12), (2012).
  8. van der Ende, A. E., Croce, T., Hamilton, S., Sathiyakumar, V., Harth, E. M. Tailored polyester nanoparticles: post-modification with dendritic transporter and targeting units via reductive amination and thiol-ene chemistry. Soft Matter. 5, (7), 1417 (2009).
  9. Lockhart, J. N., Stevens, D. M., Beezer, D. B., Kravitz, A., Harth, E. M. Dual drug delivery of tamoxifen and quercetin: Regulated metabolism for anticancer treatment with nanosponges. J Control Release. 220, (Pt. B), 751-757 (2015).
  10. Shriner, R. L., Hermann, C. K. F., Morrill, T. C., Curtin, D. Y., Fuson, R. C. The Systematic Identification of Organic Compounds. 8th ed, Wiley. (2004).
  11. Derome, A. E. Modern NMR Techniques for Chemistry Research. Pergamon Press. (1987).
  12. Williams, D. B., Barry Carter, C. Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. 2nd ed, Springer. (2009).
  13. van der Ende, A. E., Kravitz, E. J., Harth, E. M. Approach to Formation of Multifunctional Polyester Particles in Controlled Nanoscopic Dimensions. J Am Chem. Soc. 130, (27), 8706-8713 (2008).
  14. Stevens, D. M., Watson, H. A., LeBlanc, M. A., Wang, R. Y., Chou, J., Bauer, W. S., Harth, E. M. Practical polymerization of functionalized lactones and carbonates with Sn(OTf)2 in metal catalysed ring- opening polymerization methods. Polym Chem. 4, 2470-2474 (2013).
ألواح نانوسبونجي في حجم وكثافة كروسلينكينج
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kendrick-Williams, L. L., Harth, E. Nanosponge Tunability in Size and Crosslinking Density. J. Vis. Exp. (126), e56073, doi:10.3791/56073 (2017).More

Kendrick-Williams, L. L., Harth, E. Nanosponge Tunability in Size and Crosslinking Density. J. Vis. Exp. (126), e56073, doi:10.3791/56073 (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