非球形(及其他)纳米粒子形貌的合成传统上采用多步自组装方法实现,该方法首先合成并纯化结构明确的两亲性二嵌段(或多嵌段)共聚物。其中一种最常见的自组装技术由Eisenberg在20世纪90年代推广,其过程是将两亲性嵌段共聚物溶解于两个嵌段均能溶解的共溶剂中,随后缓慢加入对其中一个嵌段具有选择性的溶剂1-3。随着选择性溶剂(通常为水)的加入,嵌段共聚物发生自组装,形成聚合物纳米粒子。纳米粒子的最终形貌(或多种形貌的混合物)由多种因素决定,例如各聚合物嵌段的相对长度、加水速率以及共溶剂的性质。然而,该方法通常仅能在较低固含量(低于1 wt%)条件下制备纳米粒子,因而限制了其实际的可扩展性4。此外,由于稳定此类非球形形貌所需的参数范围较窄,重现性地形成"中间"相(如蠕虫状胶束)较为困难5。

聚合诱导自组装(PISA)方法通过利用聚合过程本身驱动自组装,部分克服了艾森伯格方法的缺点 原位 可在更高固含量(通常为10–30 wt%)下实现纳米颗粒的合成6-8在典型的PISA方法中,采用活性聚合过程,通过一种在反应介质中最初可溶但会形成不溶性聚合物的单体,对可溶于溶剂的大分子引发剂(或大分子链转移剂)进行链延伸。该PISA方法已被用于合成蠕虫状胶束,其过程涉及系统地测试多种实验参数,并利用详细的相图作为合成指导。 "路线图"5,9.

尽管蠕虫状纳米粒子的合成具有挑战性,但由于其相较于球形对应物具有独特的性质,因而备受关注。例如,我们已证明,采用PISA方法合成的载药短棒状和长棒状胶束具有显著更高的性能 体外 与球形胶束或囊泡相比的细胞毒性10. 其他研究已表明纳米颗粒的长径比与血液循环时间之间存在相关性 体内 模型11已有研究显示,采用适当的PISA方法合成的蠕虫状纳米颗粒会因纳米级颗粒丝状物的相互缠结而形成宏观凝胶。由于这类凝胶具有热可逆的溶胶-凝胶转变特性,已展现出作为可灭菌凝胶的应用潜力。12.

本方案描述了一种方法,可用于 原位 通过简单观察聚合过程中的溶液黏度变化来监测蠕虫状胶束的形成。以往对类似蠕虫状胶束凝胶的研究表明,当温度超过临界值时,这些纳米粒子会发生可逆的蠕虫-球形相转变,从而在较高温度下形成自由流动的分散体系。迄今为止,这些体系均采用热敏性偶氮化合物来引发可控聚合。13,14 因此,在这些体系的热聚合过程中,凝胶化可能不易被直接观察到。基于这些研究,推测在较低温度下合成PISA衍生的纳米颗粒可能有助于观察到这种凝胶化行为。 原位.

最近,我们报道了一种简便的室温光聚合技术,用于介导PISA过程,以制备具有不同形貌的纳米粒子15。本文提供了一种可视化的实验方案,通过监测聚合过程中溶液黏度的变化,实现蠕虫状胶束的可重复合成。该分散聚合反应可顺利进行,仅需使用市售的发光二极管(LED)(λ = 460 nm,0.7 mW/cm2)即可。

本实验方案的总体目标是展示利用可见光介导聚合反应简便合成蠕虫状胶束的方法。该方法包括制备聚合物纳米颗粒,可用于多种应用,例如纳米医学。该方法的主要优势在于通过两步法即可制备出蠕虫状纳米颗粒。该技术的应用前景广泛,尤其在药物递送领域具有重要意义,因为在多项研究中,载药的蠕虫状纳米颗粒已被证明可显著提高细胞摄取效率。

开始此操作时,按照文本方案中指示,向100毫升圆底烧瓶中加入适当的试剂、一个磁力搅拌子和50毫升乙腈。用适当大小的橡胶隔垫和钢丝密封烧瓶。然后,将烧瓶置于冰水浴中冷却至低于4°C。

随后,通过一根21号针头将氮气通入反应混合物中,并以另一根21号针头作为排气口,对反应瓶进行30分钟的脱氧处理。将反应瓶置于70摄氏度的油浴中反应5.5小时。反应完成后,将反应瓶直接浸入冰水浴中,并使内容物暴露于空气中,以终止聚合反应。

接下来,在持续通入压缩空气的条件下振荡,除去乙腈。然后,将粗产物混合物重新溶解于约40毫升四氢呋喃(THF)中。随后,将烧瓶中的内容物逐滴加入400毫升剧烈搅拌的石油醚与乙醚混合液中,并继续搅拌,直至上清液不再浑浊为止。

沉淀完成后,倾去上清液,并将聚合物残渣重新溶解于约40毫升的四氢呋喃(THF)中。至少重复沉淀过程两次,以确保完全去除残留的单体。随后,在持续通入压缩空气的条件下搅拌,除去纯化后的均聚物中的过量溶剂,再在真空烘箱中干燥四小时。

此时,采用核磁共振波谱法,参照已报道的方法测定该均聚物的数均分子量。利用凝胶渗透色谱法计算聚合物的分散度。如果所合成的均聚物分子量与本文所述的9000分子量存在偏差,在后续步骤中仍有可能获得蠕虫状凝胶。

然而,反应时间会有所变化。此时,用乙醇配制浓度为一毫克每毫升的钌基光还原催化剂储备液。将储备液置于冰箱中保存,以尽量减少溶剂挥发。

接下来,使用另一支移液管辅助,将一小团脱脂棉塞入巴斯德移液管中,使其紧密填充。将碱性氧化铝倒入移液管中,装填高度约为五厘米。然后,让约三毫升的BzMA通过该移液管,以去除其中的单甲基醚对苯二酚抑制剂,并收集去抑制的BzMA。

将解除抑制的 BzMA、均聚物、钌催化剂储备溶液、乙腈、乙醇和磁力搅拌子加入一个 4 毫升的玻璃小瓶中。然后,按照之前所述方法进行除氧处理。随后,将小瓶置于装有蓝色 LED 灯带的 2000 毫升玻璃烧杯中,在室温下进行磁力搅拌并照射。

反应二十小时后,需常规监测反应小瓶,并在倒置小瓶时观察到高黏度溶液形成可自支撑的凝胶时,将其从反应器中取出。因此,如果您的反应器装置与本文所述不同,仍可观察到凝胶化现象(表明蠕虫状胶束的形成),但反应时间会有所不同。这主要取决于您反应器中聚合反应的速率。

从反应器中取出小瓶后,将纳米颗粒凝胶暴露在空气中数分钟以终止聚合反应。将密闭的小瓶直立避光保存。用于透射电子显微镜(TEM)成像时,取约40毫克粗制纳米颗粒凝胶置于4毫升玻璃小