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Chemistry

Síntesis de elastómeros suaves de polisiloxano-urea para aplicación de Lente Intraocular

Published: March 8, 2019 doi: 10.3791/58590
Automatic Translation
*1,2, *3, 1,2, 3,4, 1,2
1Reutlingen Research Institute, Reutlingen University, 2School of Applied Chemistry, Reutlingen University, 3Fraunhofer-Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB, 4Institute of Interfacial Process Engineering and Plasma Technology IGVP, University of Stuttgart
* These authors contributed equally

Summary

Este estudio describe rutas sintéticas para polidimetilsiloxanos terminó de aminopropil y polydimethyl-metil-fenil-siloxano-BLOQUE copolímeros y elastómeros suaves urea base polisiloxano (PSU). Se presenta la aplicación de fuentes de alimentación como con la capacidad de una lente intraocular. También se describe un método de evaluación de la citotoxicidad en vitro .

Abstract

Este estudio analiza una ruta de síntesis de elastómeros suaves urea base polisiloxano (PSU) para sus aplicaciones como con capacidad para lentes intraoculares (un LIO). Terminado de aminopropil polidimetilsiloxanos (PDMS) se prepararon previamente equilibrado a través de la cadena del anillo del cíclico siloxano octamethylcyclotetrasiloxane (D4) y 1, 3-bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane (APTMDS). Los grupos fenilo se introdujeron en el siloxano columna vertebral a través de la copolimerización de D4 y 2,4,6,8-tetrametil-2,4,6,8-tetraphenyl-cyclotetrasiloxane (D4Me, Ph). Estos copolímeros de polydimethyl-metil-fenil-siloxano-bloque fueron sintetizados para aumentar los índices de refracción de polisiloxanos. Aplicaciones como un lio de una, el índice de refracción de los polisiloxanos debe ser equivalente a la de una lente de ojo humano joven. El peso molecular de polisiloxano es controlado por la relación entre el siloxano cíclica a la endblocker APTMDS. La transparencia de los elastómeros de la PSU se examina por la medida de transmitancia de películas entre 200 y 750 nm, utilizando un espectrofotómetro UV-Vis. Valores de transmitancia a 750 nm (extremo superior del espectro visible) se grafican contra el peso molecular PDMS, y > 90% de la transmitancia se observa hasta un peso molecular de 18.000 g·mol−1. Propiedades mecánicas de los elastómeros de la PSU son investigados mediante pruebas de tensión en muestras de perro-hueso en forma de troquelado. Para evaluar la estabilidad mecánica, histéresis mecánica se miden por el estiramiento varias veces (10 x) los especímenes a 5% y el 100% de elongación. Histéresis disminuye considerablemente con el aumento en el peso molecular PDMS. In vitro la citotoxicidad de algunos elastómeros seleccionados de la PSU se evalúa mediante un análisis de viabilidad de la célula MTS. Los métodos descritos permiten la síntesis de un elastómero PSU fotoefecto, suave y transparente con un índice de refracción aproximadamente igual a la de una lente de ojo humano joven.

Introduction

Cataratas seniles, que afectan el grupo de edad ≥ 60 años, conduce a la avanzada opacificación de la lente cristalina natural. Esta condición relacionada con la edad es causada probablemente por los cambios oxidativos que se aceleran por UV irradiación1,2,3. El tratamiento convencional para la catarata senil implica la extracción quirúrgica del cristalino opacificado, seguida por la implantación de un lente artificial intraocular (IOL) en un vacío lente cápsula a través de un sistema de inyección2. Sin embargo, la mayoría de las lentes intraoculares están fabricados de polímeros acrílicos (acrilato hidrofóbico e hidrofílico o polímeros de metacrilato) con estructuras muy rígidas; por lo tanto, el ojo pierde su capacidad para acomodar a varias distancias de2,4. Por lo tanto, pacientes con implante de LIO monofocal dependen de gafas para visión cercana (e.g., al leer un periódico o un libro)5.

Se han reportado diferentes enfoques a la restauración de la capacidad de alojamiento después de la cirugía de catarata. Entre estos enfoques, se pueden distinguir dos estrategias principales: rellenar la cápsula de lente vacía por inyección de un líquido o gel-como polímeros y el desarrollo de una LIO plegable, suave6,7,8. El concepto de "relleno de lente" es prometedor porque los geles se pueden preparar con módulos de Young como los del ojo humano natural lente (kPaaprox. 1-2)9; sin embargo, este enfoque es todavía experimental8, y sólo se llevan a cabo estudios en ojos de animales.

Lente cápsulas han sido rellenados por implantar silicona inflable globos10 llenado de silicona o inyectando directamente silicona11,12 que posteriormente fue curado en la cápsula a través de hydrosilylation . Sin embargo, cuestiones relacionadas con las arrugas superficiales en los globos, una amplitud de alojamiento más bajada en comparación con el estado preoperatorio, y la formación de cataratas secundarias severas (opacificación de cápsula anterior y posterior) han destacado7, 8,12,13. En particular, los tiempos de tiempo fraguado (min 70-12 h) causan un mayor riesgo de fuga en los compartimientos del ojo circundante, llevando a los inflamación postoperatoria10,14. Por lo tanto, se recomiendan otros materiales para reemplazar el cristalino, incluyendo Hidrogeles basados en diacrylate glicol de polietileno, copolímeros de acrilato modificado de vinilo alcohol (N-vinilpirrolidona)15, metacrilato modificado polisiloxanos16,17, poloxamer18y diisocianato-reticulado polialcoholes9. Sin embargo, la viscosidad del monómero (es decir, gel de hinchazón después de la inyección y reticulación), extremadamente bajos o altos índices de refracción, estabilidad mecánica e integridad, refracción postoperatoria impredecible, gama baja de alojamiento, y la formación de cataratas después constituyen los principales problemas6,7,8,9,15,18. Comercialmente, la capacidad de alojamiento es restaurada principalmente mediante el desarrollo de un-lio plegables. Tal lio una deben proporcionar alojamiento por el movimiento de la óptica de la LIO en el sitio anterior de la lente cápsula a través de la contracción del músculo ciliar. Varios modelos se han introducido en el mercado en 1996, 2001 y 20027,8. Sin embargo, durante los estudios clínicos, las amplitudes de alojamiento estimada para ésas implantado una LIO fueron extremadamente bajas (≤ 1,5 D) para permiso de solo lectura (3-4 D)6,7,8,19 , 20. por lo tanto, un un lio compuesto por dos ópticas conectadas (doble óptica IOL) está siendo desarrollado para aumentar la comodidad de la gama6,21. El diseño de la sola lente ha sido examinado para su funcionamiento acomodaticia en los ojos humanos, aunque resultados contradictorios han sido reportados22,23,24,25.

Por lo general, elastómeros de silicona son considerados biológicamente inerte y no tóxico; por lo tanto, los elastómeros de silicón tienen una larga historia de ser aplicados como materiales biocompatibles en medicina y la ingeniería médica (p. ej., en implantes mamarios, implantes craneofaciales, prótesis mixta, apósitos, catéteres, drenajes y derivaciones) 26 , 27. debido a su suavidad, la transparencia y permeabilidad de oxígeno, elastómeros de silicón también encuentran aplicaciones como lentes de contacto y lentes intraoculares2,28,29. Sin embargo, siliconas deben ser covalente reticulado y a menudo requieren refuerzo de rellenos para obtener integridad mecánica suficiente. Reticulación es desventajosa como prohíbe el posterior procesamiento de los elastómeros por métodos termoplásticos (p. ej., moldeo por inyección) o por el proceso de soluciones (p. ej., casting solvente). Por el contrario, poliuretanos termoplásticos exhiben estabilidad mecánica pero son susceptibles a la degradación en el entorno biológico, particularmente si se utilizan macrodiols base de poliéster o poliéter. Por lo tanto, los esfuerzos para combinar flexibilidad y estabilidad hidrolítica u oxidativo con excelentes propiedades mecánicas se concentran en la incorporación de hidroxilo o amino-funcional PDMS como segmentos suaves en poliuretanos, poliuretano-ureas, y Poliureas27. Para mejorar la compatibilidad de la polar segmento duro uretano o la urea con un segmento suave muy no polar de PDMS y para mejorar las propiedades mecánicas, macrodiols diferentes basados en poliéter se incorporan junto con PDMS30,31 ,32. En particular, el grupo Thilak Gunatillake ha investigado sistemáticamente el desarrollo de polímeros de silicona con mayor bioestabilidad y propiedades mecánicas para aplicaciones biomédicas a largo plazo tales como aislamiento de marcapasos o artificial de las válvulas del corazón33. Sintetizaron poliuretanos aromáticos con segmentos suaves mixtos compuesto por PDMS del oxhidrilo-terminados y poliéteres diferentes, así como dioles alifáticos policarbonato. Entre todos los poliuretanos sintetizados, la combinación de óxido de polihexametileno (PHMO) y PDMS expone las mejores propiedades mecánicas respecto a duro segmento compatibilidad30. En posteriores estudios, seguir examinando el efecto de la relación de PDMS-PHMO y la incorporación de un extensor de cadena disiloxane basado en las propiedades mecánicas de silicona poliuretano34,35, 36. los resultados revelaron que un macrodiol composición de 80% en peso de PDMS y 20% de peso PHMO, además de un extensor de cadena Co, tales como 1, 3-bis(4-hydroxybutyl)-tetramethyldisiloxane (BHTD), produce poliuretanos suave con buenas propiedades mecánicas y capacidad de procesamiento termoplástico. Además, estos polímeros de silicona exhiben una mayor bioestabilidad comparado con un poliéter suave comúnmente aplicado uretano37,38,39.

La biocompatibilidad y la estabilidad de materiales similares y su uso para aplicaciones cardiovasculares también han sido reportados40,41,42. Basado en estos resultados, con base de silicona poliurea elastómeros (o modelos) con un extensor de cadena basada en disiloxane se cree que producen alta flexibilidad y suavidad, aunque con resistencia mecánica suficiente, para mantener su forma después de la aplicación de tensión repetida. Por ejemplo, Hermans et al han construido un prototipo experimental basada en poliuretano doble óptica a-Lio porque era muy suave para manejar las cargas aplicadas en el diseño, que fue utilizado previamente para una fabricación con silicona, ojos de cerdo enucleated43.

Este artículo describe la síntesis de una suave base de siloxano fuente de alimentación, que se ha optimizado en términos de propiedades mecánicas y ópticas para aplicaciones como un IOL servicial. Como las propiedades mecánicas de los elastómeros de la fuente de alimentación pueden ser alteradas por el peso molecular de Siloxano, puede aplicarse el mismo procedimiento para el desarrollo de fuentes de alimentación basado en Siloxano, que pueden encontrar aplicaciones en recubrimientos y preparaciones de la piel. Además, este procedimiento puede utilizarse para preparar siloxano base poliuretano o elastómeros de poliuretano urea si se utiliza el PDMS carbinol-terminado. Dependiendo del tipo de diisocianato (es decir, alifáticos o aromáticos) utilizado para la síntesis, las condiciones de reacción (incluyendo tiempo, la temperatura y quizá la composición solvente) pueden tener que modificarse. Para la aplicación de diisocianatos alifáticos tales como 4,4-methylenebis(cyclohexylisocyanate) (H12MDI) o diisocyanate del isophorone, la reacción tiene que ser acelerado usando un catalizador de organoestánnicos como dilaurato de dibutilestaño o diacetoxytetrabutyl distannoxane. Por ejemplo, la reacción entre un terminado de hidroxipropil PDMS y H12MDI procede en presencia de un catalizador. Además, la temperatura de reacción debe aumentarse a 50-60 ° C. Para la aplicación de un diisocianato aromático como 4,4-methylenebis(phenylisocyanate) (MDI), la temperatura de reacción debe moderado pero suficiente aumentar diisocianatos aromáticos son típicamente más reactivos hacia grupos nucleofílico que diisocianatos alifáticos son. La reacción de MDI con PDMS carbinol terminado puede ser promovida mediante el uso de las mezclas de solventes de tetrahidrofurano anhidro () THF) y dimetilformamida (DMF) o dimetilacetamida (DMAc) como aminas terciarias presentan una actividad catalítica.

Protocol

PRECAUCIÓN: Consulte todas las hojas de datos de seguridad del material (MSDS) antes de su uso. Varios productos químicos utilizados en las síntesis presentan toxicidad aguda y fuerte irritación a la piel y ojos, así como a la inhalación. Por favor, use equipo de protección personal (batas de laboratorio, gafas de seguridad, guantes de la mano, pantalones largos y zapatos cerrados) y manejar los productos químicos, si es posible, bajo una campana extractora o en un lugar bien ventilado. Realizar síntesis todos bajo la campana. Tetrametilamonio hidróxido pentahidrato (TMAH): TMAH es una base fuerte, agudo tóxica si se ingiere, y al contacto con la piel, provoca graves quemaduras químicas en piel y ojos. Es sensible al aire y es higroscópico. Almacenar bajo refrigeración y nitrógeno. Manejar TMAH en un lugar bien ventilado debido a su fuerte olor parecido al amoníaco. APTMDS: APTMDS es sensible al aire y deben ser almacenados bajo nitrógeno. Causa quemaduras severas de la piel y daños oculares. H12MDI: H12MDI es tóxico por inhalación y produce irritación de la piel y los ojos. D4: D4 puede perjudicar la fertilidad. THF: THF es dañino, causa irritación a la inhalación y probablemente es carcinogénico. Cloroformo (CHCl3): CHCl3 es perjudicial a la inhalación, probablemente cancerígeno, puede causar posible daño a la fertilidad y un niño por nacer y sus vapores pueden causar somnolencia.

1. síntesis del catalizador y Macromonomers polisiloxano Amino terminada

  1. Síntesis del catalizador Tetrametilamonio-3-aminopropil-dimethylsilanolate
    Nota: El catalizador se sintetiza según el método reportado por Hoffman y Leir44.
    1. Degas APTMDS en vacío antes de usar y almacenar bajo nitrógeno. Pipeta de APTMDS utilizando una jeringa de 10 g aproximadamente.
    2. Añadir 8,13 g (33,0 mmol) de desgasificada APTMDS y 11,88 g (66.0 mmol) de TMAH en un matraz de fondo redondo de 100 mL cuello tres. Añadir 20 mL de THF a disolver APTMDS y suspender TMAH, junto con una barra de agitación magnética oval grande.
      PRECAUCIÓN: TMAH es una sustancia con un fuerte olor a amoníaco como higroscópica, corrosiva y tóxico y debe almacenarse bien cerrado en el refrigerador. Pesan TMAH inmediatamente en un lugar bien ventilado; lleve guantes de la mano protectora y gafas de seguridad durante la manipulación. APTMDS aire sensible y causa quemaduras en la piel y daños oculares. Peso APTMDS de una botella sellada con una jeringa; lleve guantes de la mano protectora y gafas de seguridad durante la manipulación.
    3. Equipar el matraz de fondo redondo cuello de tres con un condensador de reflujo y entradas y salidas de nitrógeno y el calor la mezcla de reacción a 80 ° C con una glicerina o baño de calefacción de aceite de silicona. Revuelva la mezcla de reacción durante 2 h con reflujo y un flujo de nitrógeno ligero y continuo.
      Nota: La suspensión inicial, ligeramente turbia cambia a una solución clara en 2 h.
    4. Retire el condensador de reflujo y destilar de THF utilizando un aspirador de vacío. A continuación, secar el producto crudo ligeramente amarillo bajo un vacío de 0.1 mbar durante 5 h a 70 ° C utilizando una línea de Schlenk.
      Nota: Después de este paso, el producto crudo puede almacenarse en el refrigerador a 10 ° C hasta el día siguiente.
    5. Resuspender el producto crudo en 50 mL de THF. Si es necesario, use una espátula para triturar grandes aglomeraciones y filtrar la suspensión utilizando un aspirador de vacío. Lavar el precipitado x menos 3 con porciones de 20 mL THF hasta que el producto se convierte en un sólido blanco de polvo.
    6. Secar el producto bajo un vacío de 0.1 mbar a temperatura ambiente durante 3 horas. A continuación, almacenar el catalizador en el refrigerador a 10 ° C bajo nitrógeno hasta su uso.
  2. Síntesis de la Α, ω-bis(3-aminopropyl)-polidimetilsiloxanos
    Nota: Síntesis de PDMS con un peso molecular de ~ 15.500 g·mol-1.
    1. Degas D4 y APTMDS bajo vacío antes de usar. Pipeta aproximadamente 1,5 g de APTMDS, utilizando una jeringa.
    2. Añadir 19,5 g (65,7 mmol) de desgasificada D4 y 0,9 g (3.6 mmol) de APTMDS en un matraz de 100 mL de fondo redondo cuello de tres, que está equipado con un agitador centrífugo recubiertas de PTFE y un nitrógeno de entrada y de salida.
    3. Añadir ~ 26 mg de catalizador (de la sección 1.1) y revuelva la mezcla de reacción durante 30 minutos a 80 ° C bajo una corriente de nitrógeno ligero, continua.
      Nota: Puede utilizarse un baño de calefacción de aceite glicerina o de silicona.
    4. Añadir gota a gota a la mezcla de reacción, utilizando un embudo (dentro de 2-3 h), 45,5 g (153,4 mmol) de D4 y revolver más a 80 ° C durante 24 h. bajo un flujo continuo de nitrógeno.
      Nota: La reacción puede continuar durante la noche.
    5. La mezcla de reacción a 150 ° C y revuelve por 2 h para descomponer el catalizador. Luego, deje que el PDMS que se enfríe a temperatura ambiente.
    6. Intercambiar el agitador centrífugo con una barra de agitación magnética oval grande y sellar el matraz de fondo redondo cuello de tres con dos tapones. Utilice un adaptador con una válvula y calentar lentamente el PDMS a 150 ° C bajo un vacío de 0.1 mbar para destilar los productos lado cíclico usando una línea de Schlenk. Permita que el PDMS que se enfríe a temperatura ambiente.
      Nota: Destilación de vacío se produce típicamente en 4-5 h.
  3. Síntesis de α, ω-bis(3-aminopropyl)-polydimethyl-metil-phenylsiloxane
    Nota: Esta sección describe el procedimiento de síntesis para un polisiloxano con un peso molecular de ~ 15.500 g·mol-1 y siloxano de metil-fenil % 14 mol; Este procedimiento es comparable a la síntesis PDMS, que se describe en la sección 1.2.
    1. Degas D4 y APTMDS bajo vacío antes de usar. Pipeta aproximadamente 1,5 g de APTMDS utilizando una jeringa. Lugar D4Me, Ph a 70 ° C durante 3-5 h en una cámara de vacío para derretir totalmente y homogeneizar el producto antes de usar.
    2. Agregar 4,54 g (15.3 mmol) de D414,96 g (27.5 mmol) de D4Me, Phy 0,9 g (3.6 mmol) de APTMDS en un matraz de 100 mL de fondo redondo cuello de tres, que está equipado con un agitador centrífugo recubiertas de PTFE y un nitrógeno de entrada y de salida.
    3. Añadir ~ 26 mg de catalizador (de la sección 1.1) y revuelva la mezcla de reacción a 80 ° C durante 30 min bajo un flujo continuo de nitrógeno.
    4. Añadir 45,5 g (153,4 mmol) de D4 gota a gota en la mezcla de reacción, utilizando un embudo (dentro de 2-3 h) y revolver más a 80 ° C durante 24 h. bajo un flujo continuo de nitrógeno.
      Nota: La reacción puede continuar durante la noche.
    5. Proceder a la síntesis siguiendo los pasos 1.2.5 y 1.2.6.

2. Peso Molecular determinación de polisiloxano

  1. Peso molecular teórico del polisiloxano
    1. Calcular el peso molecular teórico Equation 1 de polisiloxano según la siguiente ecuación:
      Equation 2(1)
      Aquí, Equation 1 es el peso molecular promedio en número de polidimetilsiloxano, m es la masa (g) de los monómeros usados D4 y APTMDS, y n es la cantidad de APTMDS en moles.
  2. Determinación del peso molecular de polisiloxano por espectroscopia 1H-NMR
    1. Disolver de 10 a 20 mg de polisiloxano en 0,5 mL de CDCl3registrar su espectro de RMN y calibrar cambios químicas [δ] a la señal del solvente a 7,26 ppm.
    2. Calcular el peso molecular Equation 1 de polisiloxano de valores integrales según la siguiente ecuación.
      Equation 3(2)
  3. Determinación del peso molecular de polisiloxano por titulación
    1. Añadir 1.5-2 g de polisiloxano en un erlenmeyer de 250 mL y disolver en 50 mL de THF bajo agitación continua, utilizando una barra de agitación magnética.
    2. Valorar grupos amino con 0.1 M de HCl con azul de bromofenol hasta un color cambie de azul a amarillo se observa. Repita la valoración con tres muestras para calcular el peso molecular promedio en número.

3. síntesis de elastómeros de polisiloxano-urea

Nota: Esta sección describe el procedimiento de síntesis para un elastómero basado en PDMS urea 10 w duro segmento del contenido del % (% de HS) (PDMS: 15.500 g·mol-1).

Equation 4(3)

  1. Añadir 2,939 g (11,2 mmol) de H12MDI en un matraz de reacción de fondo redondo cuello cuatro de 250 mL, que está equipado con un agitador centrífugo recubiertas de PTFE, cayendo en el embudo y nitrógeno entrada y salida y disolverla en 20 mL de THF.
    PRECAUCIÓN: H12MDI es un diisocianato volátil baja y causa irritación a la piel y los ojos. Usar guantes de mano protectora y gafas de seguridad.
    Nota: También puede disolver H12MDI en THF en un vaso de precipitados de 50 mL y añadir la solución a través de un embudo o un cristal del tulipán en el matraz de reacción. Luego, enjuague el vaso y embudo con 10 mL de THF.
    1. Disolver 45,0 g (2,9 mmol) de PDMS desgasificada en 100 mL de THF; Añadir esta solución gota a gota en la solución MDI de12H utilizando un embudo bajo agitación continua y una corriente de nitrógeno a temperatura ambiente. Enjuague el vaso y colocar el embudo con 50 mL de THF y añadir esta solución a la mezcla de reacción.
    2. Controlar la formación del prepolímero mediante espectroscopía FTIR.
      Nota: El progreso de la reacción puede controlarse de dos maneras: mediante en línea o sin conexión espectroscopía ATR-FTIR.
      1. Para en línea ATR-FTIR-espectroscopia, inserte una sonda de ATR-FTIR en línea, que está conectada con el espectrómetro, en la junta central en el inicio de la reacción. Use una barra de agitación magnética oval grande en lugar de un agitador PTFE-revestida. Iniciar la grabación de los espectros de la solución MDI de12H y seleccionar el pico de absorción de NCO a 2266 cm-1 para seguir la conversión de grupos de isocianato.
      2. Para offline espectroscopía ATR-FTIR, tomar muestras de la mezcla de reacción con una pipeta Pasteur y añadir unas gotas en el cristal ATR. Evaporar el disolvente bajo una corriente de nitrógeno hasta que quede una película delgada sobre la superficie de cristal ATR. Registro espectros en las etapas de reacción diferente (después de la incorporación completa de PDMS y después de la adición de cada porción del APTMDS).
    3. Añadir partes de la cantidad estequiométrica del extensor de cadena APTMDS a la solución de prepolímero.
      Nota: La adición de la extensión de la cadena puede proceder de dos maneras (ver pasos 3.1.3.1 y 3.1.3.2).
      1. Disolver la cantidad pesada de la extensión de la cadena en 5-10 mL de THF y añadir la solución gota a gota a la mezcla de reacción utilizando una pipeta Pasteur o un embudo, seguido de enjuague nuevamente con 3 mL de THF.
      2. Porciones de la extensión de la cadena en una jeringa y añadir gota a gota el extensor de cadena a la mezcla de reacción. En este caso, sellar la cuarta articulación usando un tapón de septum de goma.
        1. Añadir 1,65 g (6,6 mmol) de APTMDS, correspondiente al 80% de la cantidad calculada de APTMDS, en el prepolímero. Luego, controle la reacción progreso mediante espectroscopía FTIR.
        2. Luego, Añadir 0,21 g (0.8 mmol) de APTMDS (en total, 90% de la cantidad calculada) a la mezcla de reacción y controlar el progreso de la reacción por FTIR.
        3. Añadir 0,1 g (0.4 mmol) de APTMDS (en total, el 95%) a la mezcla de reacción y control de la reacción avance con FTIR.
        4. Por último, agregar la última porción de la extensión de la cadena (0,102 g, 0,41 mmol) a la mezcla de reacción y comprobar la desaparición de la banda de absorción del NCO en el espectro FTIR.
          Nota: Después de la adición de la primera parte de la extensión de la cadena, se observa un aumento en la viscosidad.
    4. Verter la solución de la fuente de alimentación en un vaso cubierto de PTFE hoja placa de Petri y evaporar el disolvente durante la noche bajo la campana. Además, seca la fuente de alimentación en una cámara de vacío a 80 ° C por 12 h.

4. mecánico procedimiento de prueba

  1. Preparación de películas de elastómero de polisiloxano-urea
    1. Disolver 7-8 g de trocitos PSU en 200-250 mL de CHCl3 en un matraz cónico de 300 mL, el matraz con un tapón de cristal del sello libremente y revolver la mezcla usando una barra de agitación magnética durante al menos 24 h. Si es necesario, agregar porciones adicionales de disolvente.
      PRECAUCIÓN: El cloroformo es probablemente cancerígeno. Los vapores pueden causar somnolencia en inhalación. Manejar el cloroformo en un lugar bien ventilado.
    2. Añadir la solución homogénea en un vaso plato de Petri y cúbralos con papel de aluminio perforado. Permita que el disolvente se evapore lentamente, ya sea mediante la colocación de la placa de Petri en un lugar bien ventilado o en una campana de humos con la ventana de marco abierta.
      Nota: Al colocar la placa de Petri en la campana, disminuir el flujo de aire si es posible. Extremadamente rápida evaporación del disolvente conduce a la homogeneidad y la formación de manchas opacas en las películas transparentes.
    3. Secar la película a 80 ° C en una cámara de vacío para 12 h.
    4. Con cuidado retire la película de la superficie de cristal usando una pequeña espátula fina y guardar la película de la fuente de alimentación dentro de una envoltura transparente al uso posterior de caracterización mecánica.
  2. Pruebas de tensión en Polysiloxane-urea películas de elastómero
    1. Preparar a muestras de perro-hueso-en forma de troquelado de las películas de la fuente de alimentación según Keiper45 (tipo S2). Colocar la película de la fuente de alimentación, que está cubierta por hojas de envoltura, en una punzonadora de cuchillo con la forma como se muestra en la figura 4. Empuje la palanca hacia abajo para golpear hacia fuera de la probeta y almacenar durante al menos 72 h a temperatura ambiente (23 ± 2 ° C).
    2. Encienda la computadora y máquina de prueba extensible. Inicie el software haciendo clic en el icono. Seleccione el método de prueba de resistencia a la tracción y comprueba si la celda de carga correcta (100 N) está instalada en la máquina de prueba.
    3. Seleccione el Asistente de método y comprobar si la prueba de todos los ajustes son correctos. Vaya a pre-test y compruebe si se activan los siguientes parámetros: la longitud original de la muestra (P0) 20 mm, la precarga a 0.1 MPa y la velocidad hasta llega a 5 mm/min a precarga.
    4. Ir al parámetro de prueba y comprobar si se activan los siguientes ajustes: la velocidad para la determinación del módulo de Young en 1 mm/min, la velocidad hasta la rotura de la muestra a 25 mm/min, la detección de la rotura de la muestra en 80% Fmax, el determinación del módulo de Young en regresión, el principio de determinación de módulo de Young en la tensión del 2% y el final de determinación de módulo de Young en la tensión del 6%. Abandonar el Asistente de método y cambiar a la ventana principal del software.
    5. Presione el botón de encendido en la máquina de prueba y haga clic en el botón ir a la posición inicial en la ventana principal del software.
    6. Retirar las láminas protectoras y examinar la muestra bajo un polarizador cruzado para excluir cualquier tensión interna. Medir el espesor de la muestra y el ancho de muestra utilizando un calibre. Entonces, introduzca los valores de la muestra espesor y ancho en los campos correspondientes en la ventana principal del software.
    7. Fijar a la probeta entre las mordazas de sujeción superiores de la máquina de prueba. Haga clic en el botón cero fuerza en la ventana principal del software. Fijar el extremo inferior de la probeta entre la parte inferior sujeción de las mordazas de la máquina de prueba.
      Nota: Si la superficie de las mordazas de sujeción está resbaladiza, coloque los extremos de la muestra entre el papel de esmeril de grano fino para evitar que a la pieza se deslice durante la medición.
    8. Haga clic en el botón de Inicio de medición para comenzar la prueba de resistencia a la tracción.
    9. Después de terminar la medición, proceda con los pasos 4.2.6 y 4.2.7. Después de fijar la probeta entre las mordazas de sujeción superiores y seleccionar cero fuerza, seleccione el botón ir a la posición inicial en la ventana principal del software. Luego, fijar el extremo inferior de la probeta entre la parte inferior las mordazas de sujeción y hacer clic en iniciar la medición .
    10. Repita los pasos 4.2.6 - 4.2.8 para una fuente de alimentación muestra por lo menos una adicional x 3 para la evaluación estadística de módulo de Young, resistencia a la tracción y alargamiento en la rotura.
  3. Pruebas de la histéresis en las películas de elastómero PSU
    1. Encienda la computadora y máquina de prueba extensible. Inicie el software haciendo clic en el icono. Seleccione el método de prueba de resistencia a la tracción cíclica y verifique la instalación de la celda de carga correcta (100 N) en la máquina de prueba.
    2. Seleccione el Asistente de método y comprobar si la prueba de todos los ajustes son correctos. Vaya a pre-test y compruebe si se activan los siguientes parámetros: la longitud original de la muestra (P0) 20 mm, la precarga a 0.05 MPa y la velocidad hasta llega a 5 mm/min a precarga.
    3. Ir al parámetro de prueba y comprobar la activación de los siguientes parámetros: el número de ciclos en 10, el punto de ajuste de carga en la tensión del 100%, el punto en tensión 0% y la velocidad en 25 mm/min deja el Asistente de método y cambie a la ventana principal del software.
    4. Proceder con pasos 4.2.5 - 4.2.8.
    5. Repita las mediciones de histéresis con dos ejemplares para evaluación estadística. Calcular la histéresis mecánica para cada ciclo según la siguiente ecuación.
      Equation 5(4)

5. procedimiento cultivo de células HaCaT

  1. Caliente un criotubo con células HaCaT y Dulbecco modificado medio de águila (DMEM) en un baño de agua de 37 ° C. Debajo de la mesa de trabajo de seguridad microbiológica, transfiera rápidamente la suspensión de células a un tubo de centrífuga cónico de 10 mL, que se llena con DMEM caliente.
    1. Someter la suspensión de células a centrifugación durante 6 min a x 845 g. Una mayoría del sobrenadante con una pipeta Pasteur, que se une a una bomba de vacío, desechables de vidrio de descarte y resuspender el precipitado de células en el líquido restante transfiriendo suavemente los aglomerados celulares arriba y abajo con una pipeta Eppendorf.
    2. Transferir las células resuspendidas a un matraz de cultivo celular de 25 cm2 y agregue 9 mL de DMEM, que es suplementado con 10% FBS. Incube las células a 37 ± 1 ° C y 5% CO2 en una incubadora de gabinete. Control de la proliferación celular diario usando un microscopio invertido. Cambiar el DMEM cada tercer día hasta que las células se convierten subconfluente.
    3. Realizar un pasaje de células debajo de la mesa de trabajo de seguridad retirando el DMEM utilizando una pipeta Pasteur desechables de vidrio. Añadir 10 mL de tampón PBS para lavar la capa de células. Quitar el tampón PBS utilizando una pipeta Pasteur desechables de vidrio otra vez.
    4. Añadir 1 mL de una solución de tripsina/EDTA al matraz de cultura de célula de 25 cm2 para separar las células e incubar en la incubadora de2 CO gabinete. Comprobar si las células están presentes en la suspensión, utilizando un microscopio invertido.
    5. Añadir 3 mL de DMEM al matraz de cultivo celular para inactivar la tripsina. Transferir la suspensión de células a un tubo de centrífuga y someter las células a centrifugación durante 6 min a x 845 g. Quitar una mayoría del sobrenadante con un pipeta Pasteur de vidrio. Resuspender las células en el DMEM restante y añadir 10 mL de DMEM caliente fresca, que es suplementado con 10% FBS.
    6. Transferir 5 mL de la suspensión de células en cada uno de los frascos de cultivo celular de 75 cm2 y añadir 15 mL de DMEM caliente fresca, suplementado con 10% FBS. Cultivar células HaCaT a 37 ± 1 ° C y 5% CO2 en el CO2 incubadora gabinete hasta que las células se convierten subconfluente.
    7. Repita el paso de célula según pasos 5.1.3 - 5.1.6 pero esta vez, use 2 mL de una solución de tripsina/EDTA y 6 mL de DMEM para inactivar la tripsina.

6. procedimiento para un ensayo de viabilidad celular MTS utilizando células HaCaT

Nota: Pruebas de citotoxicidad In vitro fueron realizadas según Wenzelewski46, utilizando extractos medio celular. Muestras de PSU y biomédicas grado poliuretano fueron esterilizados con óxido de etileno.

  1. Cultura de células HaCaT a 37 ± 1 ° C y 5% CO2 en DMEM, que es suplementado con 10% FBS en un matraz de cultivo celular de 75 cm2 . Usar las células para pruebas de citotoxicidad en vitro , por lo menos después del cuarto paso.
    1. Añadir muestras estériles de la PSU y un material de referencia (0,7 g) en tubos de centrífuga cónico de 50 mL y extracto de las muestras con DMEM, sin SFB, para 72 ± 2 h a 37 ° C y 5% de CO2 en un cociente de extracción de 0.1 g/mL. El consumo de extractos de tres para cada muestra de la fuente de alimentación. Preparación de muestras ciegas rellenando DMEM, sin equipos, en tubos de centrífuga cónico de 50 mL y realizar la extracción mismo.
    2. En el día 2 del procedimiento de extracción, realizar la separación celular según pasos 5.1.3 - 5.1.5 con 2 mL de tripsina/EDTA y 6 mL de DMEM. Tomar 100 μl alícuota de la suspensión de células y añadir 100 μl de DMEM. De esta suspensión diluida, 20 μl de la alícuota y añadir 10 μl de una solución de 0,5% trypan azul para teñir las células muertas.
    3. Incube las células 2 minutos llenar el hemocitómetro con una micropipeta y contar inmediatamente las células dentro de las cuatro cámaras. Calcular el número de células viables y no viables para evaluar viabilidad celular en porcentajes.
      Nota: Como alternativa, las células pueden ser contadas utilizando una sistema de conteo de la célula.
    4. HaCaT semilla (cuarto paso) de las células a una concentración de 20 x 103 células/pozo en 200 μL de DMEM en microplacas de 96 pocillos e incubar las células durante 24 h a 37 ° C y 5% CO2.
    5. El día 3, después de la extracción, añadir 10% FBS a cada extracto y ciego muestras y calentar las muestras a 37 ° C utilizando un baño de agua. Retire el DMEM de cada sembrado bien y vuelva a colocar el medio de los extractos, muestras ciegas y los correspondientes controles positivos y negativos. Para cada fuente de alimentación extracto (tres extractos de uso para cada muestra de la fuente de alimentación), pipetear 200 μL de extracto en seis pozos.
    6. Pipetee 200 μL de la muestra ciega (DMEM + 10% FBS) en seis pozos. Pipetee 200 μL de DMEM fresco, suplementado con 10% FBS (control negativo), en seis pozos. Pipetee 200 μL del control positivo (DMEM + 10% FBS + 1% SDS) en seis pozos. Incubar las células con los extractos controles durante 24 h a 37 ° C y 5% CO2.
      Nota: Para la preparación de un control positivo, prepare una solución de SDS 20% en agua y diluir con DMEM en el 1:2. Luego, más diluirla con DMEM para preparar una solución de SDS 1%.
    7. El día 4, poco antes de finalizar el tiempo de incubación, preparar una solución stock de MTS y DMEM sin SFB (para cada bien, uso 20 μl de solución MTS + 100 μl de DMEM). Después del tiempo de incubación, sacar los extractos soluciones ciegas y controles, y pipetear 120 μl de la solución madre de MTS en cada pozo, así como en seis pozos sin células para determinar el fondo. Incube las células durante 4 h a 37° C y 5% CO2.
    8. El día 4 después de la incubación de la solución MTS, medir la absorbancia de cada pocillo a 492 nm, utilizando un lector de microplacas. Restar la absorbancia medida del fondo de la de los pozos sembrados. Asumir que los valores de absorbancia medidos desde el control positivo representan la proliferación de 0% y los valores de absorbancia 0. Asumir que los valores de absorbancia medida de control negativo representan 100% proliferación y establecer los valores a 100.
    9. Calcular la proliferación de la célula de la absorbancia como un porcentaje de los valores de absorbancia del control negativo (100% proliferación) y control positivo (proliferación de 0%). Evaluar los extractos de muestra que exhiben la proliferación de célula de hasta un 81% como no citotóxico.
      Nota: Según información47, del proveedor Mida la absorbancia más adelante. Pipetear 25 μl de una solución de SDS 10% en cada pozo para detener la reacción y almacenar la microplaca para hasta 18 h protegido de la luz a temperatura ambiente en una cámara humidificada.

Representative Results

El equilibrado de la cadena del anillo de D4 y D4Me, Ph con endblocker APTMDS producido polidimetilsiloxanos terminó de aminopropil y polydimethyl-metil-fenil-siloxano-copolímeros, respectivamente, que fueron sintetizados con pesos moleculares entre 3.000 y 33.000 g·mol-1 ajustando la relación monómero entre D4 y APTMDS (figura 6). Pesos moleculares Equation 1 de los PDMS preparado, que se determinaron a partir de los espectros 1H NMR (figura 5), eran similares a los valores obtenidos de la valoración. Estos valores fueron de acuerdo con los pesos de molecular teóricos calculados de hasta 15.000 g·mol–1. Durante la preparación de PDMS con pesos moleculares más altos, los pesos moleculares obtenidos fueron ligeramente mayores que las presume por cálculo teórico. La copolimerización de la cíclica siloxano con colgante fenilo los grupos D4Me, Ph se consideró acertada para aumentar ligeramente el índice de refracción de polisiloxanos. El índice de refracción (determinado mediante el refractómetro de Abbe a 37 ° C) aumentó de 1.401 (PDMS sin modificar) a 1.4356 (14 mol % metil-fenil-siloxano) (figura 7). Elastómeros de la PSU se sintetizaron en dos pasos utilizando los preparados terminados aminopropil PDMS, diisocianato alifático H12MDI y APTMDS, uso de THF como solvente. Este método permite la construcción de modelos de alto peso molecular con una estructura segmentada de segmentos suaves (PDMS) y duro (diisocianato + urea). Espectroscopía FTIR Inline confirmó la reacción extremadamente rápida de los grupos isocianatos con los grupos aminos de los PDMS y la extensión de la cadena APTMDS (figura 3 y figura 8). A diferencia de la preparación de los elastómeros de poliuretano, que tarda varias horas, fue conveniente la preparación de los elastómeros de la PSU. La transparencia y propiedades mecánicas de los elastómeros de la fuente de alimentación eran dependientes en el peso molecular PDMS. Películas transparentes de elastómero PSU exhiben una transmitancia de > 90% hasta un peso molecular PDMS de 18.000 g·mol-1. A mayores pesos moleculares PDMS, las películas de la PSU se convirtió en cada vez más opacas (figura 9). Con el aumento en el peso molecular PDMS, suaves elastómeros de la PSU podrían ser preparados. Módulo de Young de los elastómeros de la PSU se redujo de ~5.5 MPa (con un peso molecular PDMS de 3.000 g·mol-1) a 0.6 MPa (con un peso molecular PDMS de ≥26, 000 g·mol-1) (figura 10). Además, histéresis mecánica, que se utilizaron para evaluar la estabilidad mecánica bajo repetido esfuerzo aplicado, se redujeron para los elastómeros de la PSU cuando estaban preparados de alto peso molecular PDMS. Los valores de histéresis para el primer ciclo en una cepa 100% disminuyeron del 54% (con un peso molecular PDMS de 3.000 g·mol-1) al 6% (con un peso molecular PDMS de 33.000 g·mol-1) (figura 11). El método de síntesis aplicada permite la preparación de los elastómeros PSU que no deje residuos citotóxicos como ejemplos de pruebas de viabilidad celular realizadas con extractos de algunos elastómeros seleccionados de PSU en células HaCaT (figura 12).

Figure 1
Figura 1: Síntesis del catalizador Tetrametilamonio-3-aminopropil-dimethylsilanolate.
Tetrametilamonio hidróxido pentahidrato (TMAH) y 1, 3-Bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane (APTMDS) fueron reaccionados 2 h en THF a 80 ° C. El catalizador Tetrametilamonio-3-aminopropil-dimethylsilanolate se recibe como un sólido blanco después de lavar el producto crudo con THF. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: ruta de la síntesis para terminado de aminopropil polidimetilsiloxanos (PDMS) y polydimethyl-metil-fenil-siloxano-copolímeros. Monómeros cíclicos D4/D4Me, Ph están equilibrados con un endblocker disiloxane APTMDS a 80 ° C por 24 h con el catalizador de Tetrametilamonio-3-aminopropil-dimethylsilanolate. Esta figura ha sido modificada desde Riehle et al. 48. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: síntesis de dos etapas de elastómeros segmentado urea base polisiloxano (PSU). En el primer paso, se forma un prepolímero con grupos isocianato activos después de la reacción de H12MDI con polisiloxano aminopropil-terminado (R = CH3: PDMS; R = Ph; Copolímero de). En el segundo paso, el peso molecular de polímero es mayor a través de la reacción de los grupos isocianato activos restantes con el extensor de cadena APTMDS. El elastómero resultante es un polímero segmentado formado por segmentos duros de urea y segmentos de suave silicona. Esta figura ha sido modificada desde Riehle et al. 48. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: especificación de la probeta para pruebas de tensión-hueso-con forma de perro. Esta figura ha sido modificada de Keiper45. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: espectro de 1H-NMR de aminopropil terminada polidimetilsiloxano. Para el cálculo del peso molecular, valores integrales de la metileno protones d (δ 2,69 ppm) y b (δ 0,56 ppm) y los protones del metilo un (δ ~ 0,07 ppm) fueron utilizados. El pico c (δ ~1.5 ppm) es overlaid por el HDO pico49, correspondiente al intercambio de protones de rastros de agua con solvente CDCl3; por lo tanto, este pico no se utiliza para calcular el peso molecular. El peso molecular PDMS en este espectro es ~ 16.365 g·mol-1. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6: Correlación lineal entre el peso molecular Equation 6 de aminopropil terminado polidimetilsiloxanos y endblocker la concentración de. Equation 1 valores fueron determinados por espectroscopia 1H-NMR, la valoración de los grupos del extremo amino y el cálculo teórico según la ecuación (1). Esta figura es reimpreso con permiso de Riehle et al. 48. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 7
Figura 7: índices de refracción de aminopropil terminado polydimethyl-metil-fenil-siloxano-copolímeros. Se determinaron los índices de refracción (RI) de polydimethyl-metil-fenil-siloxano-copolímeros a 20 ° C (cuadrados negros) y a 37 ° C (círculos rojos) utilizando un refractómetro de Abbe. Los valores de RI aumentados linealmente con la cantidad de las unidades incorporadas de metil-fenil-siloxano. Valores de RI 0 mol % representan los de PDMS sin modificar con un peso molecular comparable a polydimethyl-metil-fenil-siloxano-copolímeros. Una óptima RI de 1.4346 (37 ° C) fue obtenida para un copolímero con 14 mol % de metil-fenil-siloxano. Esta figura ha sido reimpreso con permiso de Riehle et al. 48. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 8
Figura 8: conversión de isocianato durante la síntesis de urea-polydimethylsiloxane (PSU). Esta figura muestra una parcela de dependiente del tiempo de la banda de absorción del NCO en 2.266 cm1 seguido por espectroscopía de FTIR-ATR en línea durante la síntesis de la PSU. Después de la adición de aminopropil terminada polidimetilsiloxano, la altura de la banda de NCO disminuido, indicativo de la formación de cadenas de prepolímero terminada en NCO. Después de la adición de la extensión de la cadena APTMDS, la banda de NCO desapareció completamente de los espectros de IR. Esta figura ha sido reimpreso con permiso de Riehle et al. 50. por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 9
Figura 9: dependencia de la transmitencia del elastómero PSU películas a 750 nm y el peso molecular de polidimetilsiloxano. La transmitancia de las películas de la PSU se determinó por espectroscopia UV-Vis. La transmitancia del PSU a 750 nm (el borde superior del espectro visible) fue > 90% si la PSU fueron sintetizados usando PDMS con pesos moleculares que varían entre 3.000 y 18.000 g·mol-1. Con un mayor peso molecular de PDMS, la opacidad de las películas aumenta. Esta figura ha sido reimpreso con permiso de Riehle et al. 48. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 10
Figura 10: módulo de Young de los elastómeros de la fuente de alimentación en función del peso molecular de polidimetilsiloxano. Módulos de Young (YM) fueron determinados de las mediciones de la tensión de las películas de la PSU. Los valores se expresan como un valor promedio de cinco mediciones repetidas. Las barras de error representan el desvío estándar. La mayor disminución de YM se observó para PSU sintetizados a partir de PDMS oscilan entre 3.000 y 9.000 g·mol–1. En PDMS pesos moleculares entre 12.000 y 18.000 g·mol-1, valores YM estaban entre 1,5 MPa y 1,0 MPa. A pesos moleculares superiores a 26.000 g·mol-1, los valores YM fueron ~0.6 MPa. Esta figura ha sido reimpreso con permiso de Riehle et al. 48. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 11
Figura 11:100 % curvas de histéresis de los elastómeros de PSU. Se muestran las curvas de histéresis de primer ciclo de los elastómeros de la PSU en el 100% de elongación. La notación de polímero se refiere al peso molecular PDMS (p. ej., PSU-3T es un elastómero de poliuretano preparado de PDMS con un peso molecular de 3.000 g·mol-1). La histéresis mecánica más alta (43% - 54%) se observó en elastómeros fuente sintetizados de PDMS de bajo peso molecular, como se indica en las curvas pronunciadas de la histéresis. Histéresis se redujo con el aumento en el peso molecular PDMS de 14% (15.000 g·mol-1) al 6% (33.000 g·mol-1). Esta figura ha sido reimpreso con permiso de Riehle et al. 48. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 12
Figura 12: Resultados de pruebas en vitro de citotoxicidad en células HaCaT tratados con extractos PSU. Esta figura muestra la proliferación celular de las células HaCaT tratadas con los extractos de media celda de elastómeros de la PSU. Los valores se expresan como el valor medio Obtenido de los tres extractos probados por muestra, con seis medidas repetidas para cada extracto (a 18 repeticiones en total). Las barras de error representan la desviación estándar de estas medidas. El espacio en blanco representa el medio celular DMEM (sin muestra), que fue tratado análogo al medio de la célula utilizado para la extracción. Un uretano grado médico poliéter fue seleccionado como material de referencia. Elastómeros de poliuretano con base de silicona (18T PSU, PSU-16T y PSU-14Ph) fueron seleccionados como muestras de prueba representativa, que se basaban en PDMS con pesos moleculares de 16.000 y 18.000 g·mol-1 (PSU-18T y PSU-16T), considerando que la fuente de alimentación-14Ph se basó en un Polydimethyl-metil-fenil-siloxano-copolímero con 14 mol % de metil-fenil-siloxano y un peso molecular de ~ 16.600 g·mol-1. La media proliferación de células HaCaT, tratadas con los extractos de los elastómeros de la PSU y el poliuretano de referencia fue del 100% y más. Por lo tanto, los extractos de la PSU elastómeros y poliuretano de referencia no son citotóxicos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discussion

Alto peso molecular terminado aminopropil PDMS via anillo cadena equilibrado, utilizando un anhidro, catalizador fuertemente básica es crucial. Otros catalizadores generalmente aplicadas, como hidróxido de Tetrametilamonio (TMAH) o hidróxido de potasio (KOH), contienen residuos de agua, que promueven reacciones secundarias; por lo tanto, una mezcla de difuncionales, monofuncionales y cadenas PDMS no funcionales con similares pesos moleculares se obtiene44. Además, si se utiliza TMAH, la reacción requiere > 48 h para finalizar y no no siempre proceder con monómero completo consumo44.

En particular, el peso de la endblocker APTMDS es fundamental para obtener el peso molecular deseado de PDMS. Por ejemplo, en lugar de 0,9 g de APTMDS, si 0,85 g se utiliza para sintetizar el PDMS, tal como se describe en la sección 2.1 del Protocolo, Esto conduciría a un peso molecular teórico de aproximadamente > 900 g·mol-1. Además, el peso molecular teórico es dependiente de la conversión. Si los productos laterales cíclicos no son considerablemente de quitó mediante destilación a vacío, se obtiene un valor de conversión alta. Por ejemplo, para utilizar el mismo procedimiento de síntesis (como en la sección 2.1 del Protocolo), una conversión calculada de 90% daría lugar a un peso molecular calculado teóricamente; Este valor es 910 g·mol-1 mayor que si se supone una conversión de 85%. Desviaciones en la determinación del peso molecular de polisiloxano por titulación son posiblemente relacionado con el pesaje de PDMS en los frascos, especialmente si se utiliza una bureta de 50 mL para la titulación. Una desviación que se relaciona con el peso de 0,06 g de polisiloxano podría dar lugar a una diferencia calculada de ~ 650 g·mol-1. Por lo tanto, se recomienda el uso de un titrador semiautomático.

El índice de refracción de PDMS puede ser aumentada por la incorporación de fenilo grupos17,51, derivados halogenados de grupos fenilo52, o de grupos que contienen azufre53. Intentos de incorporar grupos fenilo PDMS mediante la copolimerización del octaphenylcyclotetrasiloxane (D4Ph) descrito por Yilgör, fusileros y McGrath54 eran fracasados en las condiciones de reacción aplicada, posiblemente porque la columna vertebral de voluminosos anillo hizo imposible que el catalizador aplicado romper los enlaces siloxano en la temperatura de reacción seleccionada. El anillo en D4Ph se puede abrir si se utiliza KOH a una temperatura de reacción de 160 ° C. Sin embargo, se obtienen polisiloxanos de muy alto peso molecular, que presumiblemente contienen altas cantidades de impurezas no funcionales. Además, la eliminación del catalizador KOH en los copolímeros no es sencilla y requiere un paso de la neutralización con ácido clorhídrico etanol, seguido de una extracción acuosa del catalizador. Entonces, el PDMS tiene que ser disuelto en un solvente orgánico, como CH2Cl2, para separar la fase acuosa de la fase orgánica que contiene el PDMS. Por último, la fase orgánica debe ser secada sobre MgSO4, seguido de filtración y destilación al vacío utilizando un evaporador rotatorio54. En contraste, el método presentado en este manuscrito permite que el catalizador que sacar inmediatamente a través de la descomposición térmica. Por lo tanto, en lugar de utilizar monómero sólido D4Ph, grupos fenilo son introducidos con éxito en la columna vertebral PDMS por la copolimerización del monómero líquido D4Me, Ph, según lo confirmado por 29Si-NMR Espectroscopia de la50.

Los elastómeros PSU sintetizados exhiben YM de 0.6 - 5,5 MPa y la alta elasticidad con valores de elongación de hasta un 1.000%. Tales valores de elongación alta estaban relacionados con no sólo la estructura de polímero segmentada sino también a los altos pesos moleculares de los elastómeros de la PSU (Equation 1 > 100.000 g·mol-1)48. Se produce una reacción instantánea entre los grupos aminos y grupos alifáticos isocyanyate a temperatura ambiente, llevando a incrementar rápidamente el peso molecular. Este resultado fue apoyado por llevar a cabo la reacción en un solvente, debido a un ligero aumento en viscosidad no parecen frenar la velocidad de reacción, que de lo contrario afectaría dramáticamente el peso molecular de un casi equilibrado relación estequiométrica. En cambio, cuando un diol de cadena corta, tales como 1, 4-butanediol, fue utilizado como el extensor de cadena, los elastómeros de poliuretano urea resultantes eran no sólo menos elástico, pero también pierde estabilidad mecánica considerable, especialmente si era de PDMS de alto peso molecular utilizado para la síntesis. Este resultado probablemente se relacionó con el considerablemente bajo peso molecular de los elastómeros (resultados no publicados), correspondiente a la conversión incompleta de todos los grupos isocianato en la última etapa del polyaddition. Además, las diferencias en reactividad entre los grupos aminoácidos e hidroxilo hacia diisocianatos alifáticos afectaron dramáticamente los resultados obtenidos de pruebas en vitro de la citotoxicidad. Extractos del elastómero PSU preparado a partir de la extensión de la cadena de amino APTMDS no mostró ningún efecto citotóxico sobre las células HaCaT (figura 12). Sin embargo, si se utilizan extractos de un elastómero de poliuretano urea base Siloxano, la viabilidad celular fue drásticamente reducidos (resultados no publicados), que fue posiblemente relacionado con los grupos isocianato residual y lixiviados de bajo peso molecular.

Este protocolo describe un método conveniente para la preparación de polisiloxanos amino-funcional, que pueden ser utilizado posteriormente como macrodiamines para la síntesis de elastómeros de alto peso molecular, suave y elástico de polisiloxano-urea. Como las propiedades mecánicas de las fuentes de alimentación pueden variar según el peso molecular PDMS, es posible utilizar estos polímeros en otros campos de aplicación. Además, el procedimiento para la preparación de polisiloxanos amino funcional puede utilizarse para la introducción de grupos laterales, como los grupos de vinilo, a través de la copolimerización de un siloxano cíclica con grupos vinilo de colgante (resultados no mostrados). Esto puede abrir nuevos campos de aplicación, incluyendo la preparación de suave reticulado polysiloxane geles () (p. ej., por hydrosilylation Pt-catalizada con una silicona funcional hidruro o por la adición de UV activa tiol-ene de PDMS mercapto-funcional) resultados no mostrados).

Disclosures

Los autores no tienen nada que declarar.

Acknowledgments

Los autores desean dar las gracias al Ministerio Federal de educación y la investigación (BMBF) para la financiación de este trabajo bajo concesión número 13FH032I3. Se agradece el apoyo financiero por la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Gepris proyecto 253160297). Los autores más como expresar su agradecimiento a Priska Kolb y Paul Schuler, de la Universidad de Tübingen para realizar mediciones de 29Si-RMN y 1H-NMR. Gracias son también debido a la CSC Jäkle Chemie GmbH & Co KG para su fuente de H12MDI. Los autores desean agradecer a Herbert Thelen y André Lemme de Biotronik para realizar la esterilización por óxido de etileno de las muestras de fuente de alimentación y Lada Kitaeva (Reutlingen University) por su apoyo con las mediciones de tensión y la histéresis.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Octamethylcyclotetrasiloxane (D4), 97 % ABCR GmbH AB111277 presumably impairs fertility, must be degassed before use
CAS: 556-67-2
1,3-Bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane, 97% ABCR GmbH 110832 sensitive to air, must be stored under nitrogen
CAS: 2469-55-8
2,4,6,8-Tetramethyl-2,4,6,8-tetraphenylcyclotetrasiloxane  Sigma Aldrich 40094 technical grade
CAS: 77-63-4
Tetramethylammonium hydroxide pentahydrate Alfa Aesar L09658 toxic if swallowed and upon skin contact, strong base, sensitive to air, hygroscopic, store under refrigeration and under nitrogen
CAS: 10424-65-4
4,4¢-Methylenbis(cyclohexylisocyanate) (H12MDI) Covestro via CSC Jäkle Chemie GmbH & Co. KG toxic if inhaled, skin and eye irritant
CAS: 5124-30-1
Tetrahydrofuran (anhydrous) 99.8 % Alfa Aesar 44608 stabilized with BHT
CAS: 109-99-9
Chloroform 99 % Grüssing GmbH Analytica 1025125000 stabilized with ethanol, presumably carcinogenic, can impair fertility and cause damage to an unborn child
CAS: 67-66-3
Chloroform-d, 99.8 % Sigma Aldrich 151823 CAS: 865-49-6
Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) high glucose Thermo Fisher Scientific Life Technologies GmbH 41965-039
Fetal bovine serum (FBS) Thermo Fisher Scientific Life Technologies GmbH A3160801
Trypsin/EDTA, 0.25 % phenol red Thermo Fisher Scientific Life Technologies GmbH 25200056
Cell Titer Aqueous One Solution cell proliferation assay (MTS) Promega GmbH G3580
HaCaT-cells CLS Cell Lines Service GmbH 300493
BioComFold  Morcher GmbH foldable accommodating intraocular lens
Accommodative 1CU Human Optics AG foldable accommodating intraocular lens
CrystaLens  Bausch and Lomb Inc. foldable accommodating intraocular lens
Silmer OH-Di10 Siltech Corp. Carbinol-terminated Polydimethylsiloxane
Synchrony  Visiogen Inc. dual-optic foldable accommodating intraocular lens
Elast-Eon AorTech International plc thermoplastic PDMS-PHMO-based polyurethane for medical applications
Pellethane 2363-80A Lubrizol Life Sciences thermoplastic polyether-based polyurethane for medical applications
Zwick universal tensile testing machine model 81565 and software testXpert II Zwick GmbH & Co. KG tensile testing machine
CASY Roche Innovatis AG cell counting system
Multisizer Beckman Coulter Life Sciences cell counting system

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References

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Química número 145 segmentado de polisiloxano-urea elastómeros polidimetilsiloxano equilibrio de la cadena del anillo índice de refracción propiedades mecánicas histéresis mecánica viabilidad celular aplicación biomédica
Síntesis de elastómeros suaves de polisiloxano-urea para aplicación de Lente Intraocular
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Riehle, N., Thude, S., Kandelbauer, A., Tovar, G. E. M., Lorenz, G. Synthesis of Soft Polysiloxane-urea Elastomers for Intraocular Lens Application. J. Vis. Exp. (145), e58590, doi:10.3791/58590 (2019).

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