Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Chemistry

Nanosponge ayar boyutu ve Crosslinking yoğunluğu

doi: 10.3791/56073 Published: August 4, 2017

Summary

Kovalent çapraz nano tanecikleri doğrusal polyester kolye işlevleri içeren üzerinden boyutu ve crosslinking yoğunluğunu ayarlama için bir süreç bu makalede. Sentez parametreleri (polimer molekül ağırlığı, kolye işlevselliği birleşme ve crosslinker eşdeğerleri) uyarlayarak, istenen nanopartikül boyutu ve crosslinking yoğunluğu ilaç teslim uygulamalar için elde edilebilir.

Abstract

Biz doğrusal polyester kolye Epoksit işlevsellik ve kontrollü boyutları ile bir nanosponge içine onların birleşme içeren sentezi için bir iletişim kuralı tanımlamak. Bu yaklaşım anahtarı elde edilen polimer kolye functionalization functionalized bir lactone sentezi ile başlar. Valerolactone (VL) ve allil-valerolactone (AVL) sonra yüzük-açılış polimerizasyon kullanarak copolymerized. Sonrası polimerizasyon değişiklik daha sonra bazı veya tüm kolye Alil grupların bir epoksi yan yüklemek için kullanılır. Epoksi Amin kimya polimer ve istenen nanosponge boyut ve crosslinking yoğunluk dayalı küçük molekül diamin crosslinker seyreltik bir çözümde formu nano tanecikleri için istihdam edilmektedir. Nanosponge boyutları boyut ve dağıtım belirlemek için iletim elektron mikroskobu (TEM) görüntüleme tarafından karakterize edilebilir. Bu yöntem son derece ayarlanabilir polyesterler küçük molekül uyuşturucu kapsülleme için kullanılabilir ayarlanabilir nano tanecikleri oluşturabilirsiniz bir yol sağlar. Omurga yapısı nedeniyle, bu parçacıklar hidrofobik küçük moleküller geniş bir kontrollü bir yayın için hydrolytically ve enzimatik parçalanabilir.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Tam olarak cins crosslinking dayalı nano tanecikleri boyutu ve crosslinking yoğunluğunu ayarlama etkisi ve uyuşturucu yayın profil bu nanosystems1rehberlik için büyük önem taşıyor. Tasarlama nanosponge ayar, Yani, farklı ağ yoğunluğunu parçacıkların hazırlanıyor, güvenen habercisi polimer kolye işlevselliğini ve dahil hidrofilik crosslinker karşılıkları. Bu yaklaşım, öncü ve solvent crosslinker konsantrasyon formu nano tanecikleri toplu jel yerine ayrı bir boyut için önemlidir. Nicel Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (NMR) bir karakterizasyonu teknik olarak kullanarak eklenen kolye işlevselliği ve polimer molekül ağırlığı kesin belirlenmesi için sağlar. Bir kez nano tanecikleri oluşur, konsantre ve bir nanogel karakteri kalmadan organik çözündürüldükten.

Nanopartikül ilaç dağıtım, son eser Poli kullanımı üzerinde odaklanmıştır (laktik-co-glikolik asit) (PLGA) kendi kendine monte nano tanecikleri2,3,4,5,6. PLGA ilaç teslim uygulamalar için ideal hale parçalanabilir ester bağları vardır ve çoğunlukla poly(ethylene glycol) (PEG) nedeniyle onun stealth özellikleri7ile birlikte. Ancak, PLGA parçacık oluşumu kendi kendine monte yapısı nedeniyle, parçacıklar organik daha fazla functionalization için çözündürüldükten olamaz. PLGA nano tanecikleri aksine, kovalent çapraz bir nanopartikül tanımlanmış boyut ve Morfoloji, organics içinde istikrarlı ve sulu çözümler1' aşağılamak ile şekillendirme önerilen yöntemdir. Bu yaklaşımın avantajları daha fazla kimyasal olarak nanosponge8yüzeyine functionalize yeteneği vardır ve istikrarı organik çözücüler içinde ilaç bileşikleri1,9parçacıkların sonrası yükleme için kullanılabilir. Bu yöntemle, kapsülleme hidrofobik küçük moleküllerin yağış sulu medya içine elde edilebilir. Polyester omurga hidrofilik kısa crosslinker birlikte hydrophobicity bu parçacıklar, vücut sıcaklığında amorf bir karakter verir. Ayrıca, yükleme uyuşturucu sonra sulu ortamda kolayca enjekte içinde vivoolmak iyi süspansiyonlar parçacık oluşturabilir. Bu polyester nanosponges sentezi parametrelerini değerlendirmek ve bu tasarım ve boyut ve Morfoloji kontrolü için son derece önemli olan belirlemek için bu çalışmada hedefimizdir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Nanosponge sentez parametrelerinin sonuç boyutu arasında ilişki değerlendirmek için her polimer habercisi konsantrasyon ve kolye işlevselliğini önemlidir. Şekil 1' de, nanosponges bir successfulsynthetic düzeni reflü koşullar altında her iki öncü polimer ve diamin crosslinker DCM yılında 12 h için ekleme sonra yapılır. Epoksitler çözüm konsantrasyonu da ayrık parçacıklar şekillendirme için önemlidir. Bir kez nanosponges sentez, TEM görüntüleme parçacıklar bir dizi hassas boyutlarını belirlemek için kullanıldı. Şekil 2' de, çeşitli nanosponge deneyler topluluğu ikisi arasındaki ilişkiyi nanosponge boyutu üzerinde bir etkisi olup olmadığını belirlemek için onların polimer öncül molekül ağırlığı ve kolye işlevselliği birleşme göre analiz edildi. Epoksit (Epoksi başına 2 aminler) başına bir diamin crosslinker ile % 6 ve % 8 EVL birleşme için Moleküler ağırlığı arttıkça Şekil 2' de, partikül büyüklüğü artan bir eğilim görülüyor.

Şekil 3 Epoksit yüzde ve crosslinker artan eşdeğerleri benzer bir etki nanosponge kümeleri arasındaki benzer bir molekül ağırlığı koruyarak olduğunu gösterir. Yine, nanosponge boyutu bu parametreleri değiştirme sırasında artan bir eğilim görülüyor. Nasıl polimer öncüleri sentezi tam olarak nanosponges çeşitli uygulamalar için ayarlamak için sonuç nanopartikül boyutu önemli bir rol oynayabileceği anlamak önemlidir. Şekil 4tarafından gösterildiği gibi küçük sapmalar bireysel partikül büyüklüğü arasında olan nanosponge sentezi için tekrarlanabilir ve güvenilir bir yöntem sağlamak önemlidir. Bu parametreler kullanan, boyutları ve güvenilir bir şekilde belirli bir boyuttaki bir nanosponge çoğaltılması için bir formül bir dizi belirli bir uygulama için geliştirilebilir veya istenen hedef, bu çok yönlü ve pratik nanosponge kimya olmak kanıtlamak.

Figure 1
Şekil 1: Nanosponge sentez için reaksiyon şeması. Doğrusal bir polyester kopolimer kolye alil ve epoksi fonksiyonel gruplar içeren boyut boyutları yaklaşık 100 ayrı nano tanecikleri kurmaya diamin crosslinker ile tepki nm. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Resim 2: Nanosponge ayar analizine dayalı moleküler ağırlık ve kolye işlevine. Göreli kolye işlevselliği tutarken habercisi polimer molekül ağırlığı üzerinde bağlı nanosponge boyutu değişikliği değerlendirerek aynı, parçacık boyut olarak Moleküler ağırlığı artar artış % 6 ve % 8 EVL polimerler için gösterilebilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: Nanosponge ayar Crosslinker ve kolye işlevselliği eşitlikleri analizini. Crosslinker tutarak eşdeğer düşüyor, daha yüksek bir kolye işlevselliği daha yüksek crosslinker birleşme neden olacaktır. Bu şekilde, epoksi (epoksi başına iki diamin crosslinker eşdeğerleri) başına dört aminler % 6 ve % 10 EVL polimer için eklenmiştir. Daha fazla crosslinker nanosponge polimer ve daha yüksek crosslinker eşdeğerleri başına daha fazla epoksitler nedeniyle içine dahil, boyutu artar. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: TEM görüntüsü Nanosponges. Kovalent bağlı nano tanecikleri sentezi sırasında oluşan bir TEM görüntüsü. 79 ± 12 nm boyutunu belirtti. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Tekrarlanabilir nanosponge boyutları elde etmek ilaç teslim uygulamalarında hayati önem taşımaktadır. Birden çok parametre polimerizasyon ve nanosponge sentez ortaya çıkan Partikül boyutu ve crosslink yoğunluğunu etkiler. Üç önemli parametreler bizim analizde tespit edildi: polimer molekül ağırlığı, epoksi kolye işlevselliği ve crosslinker eşdeğerleri. Moleküler ağırlık ve epoksi işlevleri nanosponge sentezi için bir dizi üretmek için VL -co -AVL kopolimer stoichiometry değiştirilmesi gerekir. Allil işlevsel grubun konsantrasyonu kopolimer epoxidation sırasında olabilir allyls istenen yüzdesi ya da hepsini epoxidize için kullanılır. Ajan oksitleyici aşırı kullanılırsa, polimer zinciri bozulma oluşabilir; Ancak, bu oksitleyici Ajan miktarını azaltarak çözülebilir. Tüm allyls epoksitlenmiş zaman, orada daha fazla functionalization için nanosponge yüzeyinde hiçbir kolye allyls vardır. Ayrıca epoksi çözüm nanosponge sentez içinde konsantrasyonu 0.0054 M olduğunu nanosponge sentezi için önemlidir.

Nanosponge reaksiyon daha önce istenen nanosponge boyut aralıkları13için en uygun bir konsantrasyonu belirlemek için değerlendirilmiştir. Bu konsantrasyon polimer Epoksit işlevindeki tekrar birim değeri temel alınarak hesaplanır. Polimer reaktif bir polimer birimlerinde moles hesaplamak için kullanılan bir reaktif birim başına ağırlığını tekrar birimdir. 2000 g/mol Moleküler ağırlığı olan bir polimer 10 reaktif içeriyorsa, örneğin, aşağıda gösterildiği gibi kolye işlevselliği, nicel NMR tarafından belirlenen taşıyan monomer birimleri (RMU) Reaktif polimer 200 g/mol RMU birimidir. Bu değeri kullanarak, reaktif birimleri moles polimer ağırlık crosslinker eşitlikleri nanosponge sentezi için belirlemek için hesaplanabilir.

Equation 1

Equation 2

Genel bir eğilim, artan polimer molekül ağırlığı ve epoksi işlevselliği bir artan nanosponge boyutu için bağımsız olarak katkıda bulunmuştur. Dar polydispersity bir dar nanosponge boyut dağılımı elde (~ % 10 standart sapma) ve tekrarlanabilirlik nanosponge sentezi geliştirir.

Sunulan yaklaşım dar polimer dispersity teneke triflate katalizör14kullanımıyla elde eder. Crosslinking eşitlikleri temel alınarak Amin Epoksit eşdeğerleri başına hesaplanır ve crosslinker eşdeğerleri artış nanosponge boyutunu artırmak için gösterilir. Ancak, crosslinker aşırı kullanımı tüm kullanılabilir epoksitler tüketen amacı nedeniyle önemlidir. Amin işlevselliği nanosponge yüzeyinde kalan daha fazla parçacık yüzey functionalization için kullanılabilir.

Nanopartikül hazırlık için geleneksel yöntemlerle karşılaştırıldığında, bu yaklaşımın avantajları hangi hassas boyutu ve yoğunluğu tarafından kontrol elde edilebilir, birden çok parametre daha fazla nanosponge ve organik hidrofobik uyuşturucu kapsülleme için çözünürlük yüzeyinin functionalize yeteneği vardır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

LK Ulusal Bilim Vakfı lisansüstü araştırma Bursları (DGE-1445197) ve Vanderbilt Üniversitesi Kimya bölümü fon için müteşekkir olduğunu. LK ve EH Osiris TEM enstrüman (NSF EPS 1004083) için fon teşekkür etmek istiyorum.

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).
Nanosponge ayar boyutu ve Crosslinking yoğunluğu
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