Photoredox Katalizörü kullanarak görünür ışık aracılığı ile dispersiyon polimerleştirilmesi ile solucan gibi miseller Facile sentezi
Summary
This article describes a process for producing polymeric self-assembled nanoparticles using visible light mediated dispersion polymerization. Using low energy visible light to control the polymerization allows for the reproducible formation of self-assembled worm-like micelles at high solids content.
Abstract
Presented herein is a protocol for the facile synthesis of worm-like micelles by visible light mediated dispersion polymerization. This approach begins with the synthesis of a hydrophilic poly(oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate) (POEGMA) homopolymer using reversible addition-fragmentation chain-transfer (RAFT) polymerization. Under mild visible light irradiation (λ = 460 nm, 0.7 mW/cm2), this macro-chain transfer agent (macro-CTA) in the presence of a ruthenium based photoredox catalyst, Ru(bpy)3Cl2 can be chain extended with a second monomer to form a well-defined block copolymer in a process known as Photoinduced Electron Transfer RAFT (PET-RAFT). When PET-RAFT is used to chain extend POEGMA with benzyl methacrylate (BzMA) in ethanol (EtOH), polymeric nanoparticles with different morphologies are formed in situ according to a polymerization-induced self-assembly (PISA) mechanism. Self-assembly into nanoparticles presenting POEGMA chains at the corona and poly(benzyl methacrylate) (PBzMA) chains in the core occurs in situ due to the growing insolubility of the PBzMA block in ethanol. Interestingly, the formation of highly pure worm-like micelles can be readily monitored by observing the onset of a highly viscous gel in situ due to nanoparticle entanglements occurring during the polymerization. This process thereby allows for a more reproducible synthesis of worm-like micelles simply by monitoring the solution viscosity during the course of the polymerization. In addition, the light stimulus can be intermittently applied in an ON/OFF manner demonstrating temporal control over the nanoparticle morphology.
Introduction
Küresel olmayan (ve diğer) nanoparçacık morfolojileri sentezi geleneksel iyi tanımlanmış amfifil diblok (veya çoklu) kopolimerlerin sentezi ve saflaştırılması ile başlayan bir çok aşamalı montajı çok prosedür kullanılarak gerçekleştirilmiştir. En yaygın montajı çok tekniklerinden biri 1990'larda Eisenberg ve popüler blok 1-3 biri için bir solveni içinde yavaş yavaş ilave edilmiştir, her iki polimer blokları için ortak bir çözücü içinde, amfifilik blok kopolimerin çözünmesini içerir edildi . seçici bir çözücü (tipik olarak su) ilave edilir olarak, blok kopolimerin polimerik nano partiküllerin oluşturulması için kendi kendine montaj maruz kalır. Nihai morfolojisi (veya morfolojileri karışımları) nanopartiküllerinin gibi her polimer bloğunun, su ilave oranının ve ortak çözücünün doğasına göreceli uzunluklar gibi faktörlerin büyük sayısına göre belirlenir. Bununla birlikte, bu yaklaşım, genellikle yalnızca nanopar üretimine olanak sağlarnispeten düşük katı içeriğine (en az 1 ağırlık% 'si) ticles ve bu pratik ölçeklenebilirlik 4 sınırlar. Buna ek olarak, bu tür solucan benzeri miseller olarak "orta" fazların tekrarlanabilir oluşumunun Küresel olmayan bir morfolojiye 5 stabilize etmek için gereken parametrelerin dar bir aralık nedeniyle zor olabilir.
Polimerizasyon kaynaklı montajı çok (PISA) yaklaşımı, kısmen nanopartikül sentezi için izin yerinde kendi kendine montaj sürücü polimerizasyon işlemi çok daha yüksek katı madde içeriğine kendisini kullanarak Eisenberg yaklaşımın dezavantajları ele (tipik olarak 10-30 ağırlık%) 6 -8. Tipik PISA yaklaşımda, canlı bir polimerizasyon işlemi, reaksiyon ortamı içinde, başlangıçta çözünebilir fakat çözünmez bir polimer oluşturan bir monomer ile bir çözücü çözünebilir makroinisiyatör (ya da makro-CTA) uzanan zincir için kullanılır. PISA yaklaşımı sistematik ex bir dizi test Sonsuz benzeri miseller sentezlemek için kullanılmıştır zenlenen parametreler ve sentetik "yol haritası" 5,9 olarak ayrıntılı faz diyagramlarını kullanarak.
onların zorlu sentez rağmen, nedeniyle küresel meslektaşları göre onların ilginç özellikleri solucan gibi nanopartiküller büyük ilgi var. Örneğin, bir PISA yaklaşımı kullanılarak sentez ilaç yüklü kısa ve uzun solucan gibi miseller küresel misellerin ya da 10 veziküller kıyasla in vitro sitotoksisite önemli ölçüde daha yüksek olduğunu göstermiştir. Diğerleri in vivo modellerde 11 nanoparçacık boy oranı ve kan dolaşımı zaman arasında bir ilişki olduğunu göstermiştir. Diğer uygun PISA metodolojisi kullanılarak solucan gibi nanopartiküllerin sentezi nedeniyle nanopartikül filamanların nano ölçekli dolanması için makroskopik jel verir göstermiştir. Bu jeller termik olarak kendi sol-jel davranışı 12 bağlı sterilize jeller gibi potansiyel göstermiştir.
"ontent> Bu protokol, basit olarak polimerizasyon sırasında çözelti viskozitesine gözlemleyerek solucan gibi misellerin oluşumu yerinde izlenmesi için izin veren bir yöntemi tarif etmektedir. Benzer solucan gibi misel jellerin önceki çalışmalar bu kritik sıcaklığının üstünde, bu göstermiştir nanotanecikler geri solucan küre geçiş geçmesi ve bu nedenle yüksek sıcaklıklarda serbest akan dispersiyonlar oluşturur. bugüne kadar, bu sistem jelasyon hali hazırda bu sistemlerde görülen olabilir 13,14 ve bu kontrollü bir polimerizasyonu başlatmak için, termal olarak hassas azo bileşiği kullanmışlardır termal polimerizasyon. Bu çalışmalardan sırasında, daha düşük sıcaklıklarda PISA türetilmiş nanopartıküllerin sentez, yerinde, bu jelasyon davranışı gözlem için izin verebilir olduğu varsayılmıştır.Son zamanlarda biz nanopartiküller elde etmek için PISA süreci aracılık etmek, basit bir oda sıcaklığı fotopolimerizasyon tekniğin kullanımını bildirdiFarklı morfolojileri 15. Burada, bir görsel protokol polimerizasyon esnasında çözelti viskozitesi davranışını gözleyerek solucan gibi misellerin tekrarlanabilir sentezi için sunulmuştur. Dispersiyon polimerizasyon ilerlerken hali hazırda ticari olarak temin edilebilen ışık yayıcı diyotlar (LED'ler) kullanan (λ = 460 nm, 0.7 mW / cm2).
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu görsel iletişim kuralı, sadece jel benzeri davranış başlamasını gözlemleyerek solucan gibi misellerin oluşumunu izlemek için kabiliyetini gösterir. Bu yaklaşımın faydası, diğer yöntemlere göre polimerizasyon esnasında sonsuz oluşumunu izlemek için yatmaktadır. Bu prosedür, kendi kendine bir araya POEGMA- B -PBzMA amfifilik diblok kopolimerler elde etmek üzere, iki ticari olarak temin edilebilir monomerler (OEGMA ve BzMA) 'in bir, iki aşamalı polimerizasyonunun uygulandığı ge…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
CB is thankful for his Future Fellowship from Australian Research Council (ARC-FT12010096) and UNSW Australia.
Materials
| 4-Cyano-4-<br />(phenylcarbonothioylthio)pentanoic acid (CPADB) | Sigma-Aldrich | 722995-5G | |
| Oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA) | Sigma-Aldrich | 447935-500ML | Average M<sub>n</sub> 300, contains 100 ppm MEHQ as inhibitor, 300 ppm BHT as inhibitor |
| 2,2′-Azobis(2-methylpropionitrile) (AIBN) | Sigma-Aldrich | ||
| Ru(bpy)<sub>3</sub>Cl<sub>2</sub>.6H<sub>2</sub>O | Sigma-Aldrich | 544981-1G | |
| Benzyl methacrylate (BzMA) | Sigma-Aldrich | 409448-1L | Contains monomethyl ether hydroquinone as inhibitor |
| Aluminium oxide (basic) | Chem-Supply Pty Ltd Australia | AL08371000 | |
| 95% Ethanol (EtOH) | Sucrogen Bio Ethanol | 80889 | |
| Acetonitrile (MeCN) | Chem-Supply Pty Ltd Australia | RP1005-G2.5L | |
| Tetrahydrofuran (THF) | Chem-Supply Pty Ltd Australia | TA011-2.5L | |
| Petroleum Spirits (40-60 °C) | Chem-Supply Pty Ltd Australia | PA044-2.5L | |
| Diethyl Ether | Chem-Supply Pty Ltd Australia | EA0362.5L | |
| Dimethylacetamide (DMAc) | VWR International Australia | ALFA22916.M1 | For GPC analysis |
| Pasteur pipettes (230 mm) | Labtek | 355.050.503 | |
| Glass beakers | Labtek | 025.01.902 (2L)/ 2110654 (1L) | 2 L beaker is for attaching LED strips to form the circular reactor |
| Commercial LED strip | EcoLab | n/a | λ = 460 nm, 4.8 W/m |
| 4 ml Glass Vials | Labtek | APC502214B | |
| 0.9 ml Quartz Cuvette | Starna Scientific Ltd | 21/Q/2 | |
| Needle (0.8 mm x 38 mm) | Beckton Dickson | 302017 | For deoxygenating reactions |
| Needle (0.8 mm x 120 mm) | B Braun Australia | 4665643 | For deoxygenating reactions |
| Sleeve stopper septa (rubber septum) | Sigma-Aldrich | z564680/z564702 | |
| Stirring hotplates | VWR International Australia/In Vitro Technologies | 97018-488/RADRR91200 | |
| Vortex mixer | VWR International Australia | 412-0098 | |
| Vacuum oven | In Vitro Technologies | MEMVO200 |
References
- Yu, Y., Eisenberg, A. Control of Morphology through Polymer−Solvent Interactions in Crew-Cut Aggregates of Amphiphilic Block Copolymers. J. Am. Chem. Soc. 119 (35), 8383-8384 (1997).
- Zhang, L., Eisenberg, A. Thermodynamic vs Kinetic Aspects in the Formation and Morphological Transitions of Crew-Cut Aggregates Produced by Self-Assembly of Polystyrene-b-poly(acrylic acid) Block Copolymers in Dilute Solution. Macromolecules. 32 (7), 2239-2249 (1999).
- Zhang, L., Eisenberg, A. Multiple Morphologies of ‘Crew-Cut’ Aggregates of Polystyrene-b-poly(acrylic acid) Block Copolymers. Science. 268 (5218), 1728-1731 (1995).
- Yu, K., Zhang, L., Eisenberg, A. Novel Morphologies of "Crew-Cut" Aggregates of Amphiphilic Diblock Copolymers in Dilute Solution. Langmuir. 12 (25), 5980-5984 (1996).
- Blanazs, A., Ryan, A. J., Armes, S. P. Predictive Phase Diagrams for RAFT Aqueous Dispersion Polymerization: Effect of Block Copolymer Composition, Molecular Weight, and Copolymer Concentration. Macromolecules. 45 (12), 5099-5107 (2012).
- Ladmiral, V., Semsarilar, M., Canton, I., Armes, S. P. Polymerization-induced self-assembly of galactose-functionalized biocompatible diblock copolymers for intracellular delivery. J. Am. Chem. Soc. 135 (36), 13574-13581 (2013).
- Sugihara, S., Blanazs, A., Armes, S. P., Ryan, A. J., Lewis, A. L. Aqueous Dispersion Polymerization: A New Paradigm for in Situ Block Copolymer Self-Assembly in Concentrated Solution. J. Am. Chem. Soc. 133 (39), 15707-15713 (2011).
- Wan, W. M., Hong, C. Y., Pan, C. Y. One-pot synthesis of nanomaterials via RAFT polymerization induced self-assembly and morphology transition. Chem. Comm. (39), 5883-5885 (2009).
- Semsarilar, M., Jones, E. R., Blanazs, A., Armes, S. P. Efficient Synthesis of Sterically-Stabilized Nano-Objects via RAFT Dispersion Polymerization of Benzyl Methacrylate in Alcoholic Media. Adv. Mater. 24 (25), 3378-3382 (2012).
- Karagoz, B., et al. Polymerization-Induced Self-Assembly (PISA) – control over the morphology of nanoparticles for drug delivery applications. Polym. Chem. 5 (2), 350-355 (2014).
- Geng, Y., et al. Shape effects of filaments versus spherical particles in flow and drug delivery. Nat Nano. 2 (4), 249-255 (2007).
- Blanazs, A., et al. Sterilizable gels from thermoresponsive block copolymer worms. J. Am. Chem. Soc. 134 (23), 9741-9748 (2012).
- Pei, Y., Thurairajah, L., Sugita, O. R., Lowe, A. B. RAFT Dispersion Polymerization in Nonpolar Media: Polymerization of 3-Phenylpropyl Methacrylate in n-Tetradecane with Poly(stearyl methacrylate) Homopolymers as Macro Chain Transfer Agents. Macromolecules. 48 (1), 236-244 (2015).
- Fielding, L. A., Lane, J. A., Derry, M. J., Mykhaylyk, O. O., Armes, S. P. Thermo-responsive Diblock Copolymer Worm Gels in Non-polar Solvents. J. Am. Chem. Soc. 136 (15), 5790-5798 (2014).
- Yeow, J., Xu, J., Boyer, C. Polymerization-Induced Self-Assembly Using Visible Light Mediated Photoinduced Electron Transfer-Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization. ACS Macro Lett. 4 (9), 984-990 (2015).
- Xu, J., Jung, K., Corrigan, N. A., Boyer, C. Aqueous photoinduced living/controlled polymerization: tailoring for bioconjugation. Chem. Sci. 5 (9), 3568-3575 (2014).
- Pei, Y., et al. RAFT dispersion polymerization of 3-phenylpropyl methacrylate with poly[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate] macro-CTAs in ethanol and associated thermoreversible polymorphism. Soft Matter. 10 (31), 5787-5796 (2014).
