מאפייני electroactive פולימר החלקיקים מציגים photothermal

1Materials Science, Engineering, and Commercialization Program, Texas State University, 2Department of Chemistry and Biochemistry, Texas State University, 3Department of Biomedical Engineering, The University of Texas at Austin
Published 1/08/2016
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Engineering

You must be subscribed to JoVE to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit," you agree to our policies.

 

Summary

Cite this Article

Copy Citation

Cantu, T., Rodier, B., Iszard, Z., Kilian, A., Pattani, V., Walsh, K., et al. Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties. J. Vis. Exp. (107), e53631, doi:10.3791/53631 (2016).

Please note that all translations are automatically generated through Google Translate.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

פולימרים electroactive לשנות את תכונותיהם (צבע, מוליכות, תגובתיות, נפח, וכו ') בנוכחות שדה חשמלי. פעמים המיתוג מהירות, tunability, עמידות, ומאפיינים קלים של פולימרים האלקטרו הובילו ליישומים רבים מוצעים, כוללים אנרגיה חלופית, חיישנים, electrochromics, והתקנים ביו-רפואיים. הפולימרים electroactive הם שעשוי להיות שימושיים כאלקטרודות סוללה וקבלים גמישות, קל משקל. 1 יישומים של פולימרים האלקטרו במכשירי electrochromic כוללים מערכות בוהק הפחתה לבניינים וכלי רכב, משקפי שמש, משקפי מגן, התקני אחסון אופטיים, וטקסטיל חכם. 2-5 חכמים חלונות יכולים להפחית את דרישות אנרגיה על ידי חסימת אורכי גל מסוים של אור על פי דרישה והגנת פנים של בתים ומכוניות. חכם טקסטיל ניתן להשתמש בבגדים כדי לסייע בהגנה מפני קרינת UV. יש לי 6 פולימרים electroactive also החל להיות בשימוש במכשירים רפואיים. בין הפולימרים electroactive בשימוש במכשירים ביו-רפואיים, polypyrrole (PPy), polyaniline (פאני), ופולי (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) הם בין הנפוצים ביותר. לדוגמא, אלו סוגים של פולימרים משמשים בדרך כלל כמתמרים במכשירי biosensor גם 7 יישומים במשלוח טיפולי הראו הבטחה.; מחקרים הוכיחו את שחרורו של תרופות וחלבונים טיפוליים מהתקנים שהוכנו מפולימרי electroactive. 8-12 לאחרונה, פולימרים electroactive שימשו כסוכנים טיפוליים בטיפול photothermal. 13-15 בטיפול photothermal, סוכני photothermal חייבים לקלוט אור בליד -infrared אזור (ניר) (~ 700-900 ננומטר), הידוע גם בחלון הטיפולי, שבו אור יש עומק המרבי של חדירה ברקמה, בדרך כלל עד 1 סנטימטר. 16,17 בטווח זה, chromophores ביולוגי כגון המוגלובין , יש לי המוגלובין, שומנים, מים וחומצן קטנים ללאהספיגה, המאפשרת לאור לחדור בקלות. כאשר סוכני photothermal לקלוט אור בחלון טיפולי זו, photoenergy מומר לאנרגיית photothermal.

ארווין ועמיתים לעבודה שדווחו בעבר alkoxy-הוחלפו מונומרים בנזן BIS-מעדות שהיו מסונתזים באמצעות צימוד Negishi. 18 צימוד Negishi הוא שיטה מועדפת לקשר פחמן-פחמן היווצרות. תהליך זה יש יתרונות רבים, כוללים השימוש בחומרי ביניים organozinc, שהם פחות רעילים ונוטים להיות תגובתיות גבוהה מorganometallics האחר המשמשת. 19,20 תרכובות Organozinc הן גם תואמות עם מגוון רחב של קבוצות פונקציונליות על organohalides. 20 ב תגובת צימוד Negishi, organohalide וorganometal הם מצמידים באמצעות פלדיום (0) זרז. 20 בעבודה שהוצגה במסמך זה, שיטת צימוד צולבת זו מנוצלת בסינתזה של 1,4-2,5-BIS dialkoxy ( 3,4-ethylenedioxythienyl) benzene (BEDOT-B (OR) 2) מונומרים. אז יכולים להיות polymerized מונומרים אלה בקלות אלקטרוכימי או כימי להניב פולימרים שהם מועמדים מבטיחים לשימוש ביישומים ביו-רפואיים.

שיטות מקובלות להכנת השעיות פולימרים קולואידים בתמיסות מימיות עבור יישומים ביו-רפואיים בדרך כלל כרוכות בפירוק של פולימרים בתפזורת ואחריו טכניקות אידוי nanoprecipitation או תחליב-ממס. 21,22 על מנת לייצר צירופים של פולי (BEDOT-B (OR) 2) , גישה מלמטה למעלה מודגמת כאן שם הצירופים ומסונתזים באמצעות בפילמור תחליב אתר. פילמור התחליב הוא תהליך שהוא להרחבה בקלות והיא שיטה מהירה יחסית להכנת NP. 22 מחקרים באמצעות פילמור התחליב לייצר צירופים של פולימרים האלקטרו אחרים דווחו לPPy וPEDOT. 15,23,24 צירופים וPEDOT, למשל, הוכן באמצעות p תחליב ספרייolymerization. 24 שיטה זו היא קשה לשחזר, ובדרך כלל תשואות חלקיקים גדולים יותר, בגודל מיקרון. הפרוטוקול המתואר במאמר זה בוחן את השימוש בשיטת הטיפה-sonication להכין reproducibly צירופים ופולימר 100 ננומטר.

בפרוטוקול זה, פולימרים electroactive מותאמים לקלוט אור באזור ניר דומה לפולי שדווחו בעבר (BEDOT-B (OR) 2) מסונתזים ומאופיין להפגין את הפוטנציאל שלהם במכשירי electrochromic וכסוכני PTT. ראשית, הפרוטוקול לסינתזה של מונומרים באמצעות צימוד Negishi מתואר. מונומרים מאופיינים באמצעות NMR וספקטרוסקופיה UV-Vis-ניר. ההכנה של מתלי קולואיד NP באמצעות פילמור תחליב חמצוני בתקשורת מימית מתוארת גם. ההליך מבוסס על תהליך פילמור שני שלבים שתואר קודם לכן על ידי תחליב אל האן ואח. שמוחל על מונומרים השונים. מערכת דו-שטח היאמשמש לשליטה monodispersity NP. Assay כדאיות תא משמש להערכת cytocompatibility של הצירופים ו. לבסוף, את הפוטנציאל של צירופים ואלה לפעול כמתמרים PTT לידי ביטוי על ידי הקרנה עם לייזר ניר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

זהירות: יש להתייעץ בכל גיליונות נתוני בטיחות הרלוונטיים (SDS) לפני השימוש. כמה מהחומרים הכימיים המשמשים בסינתזות אלה שעלולים להיות מסוכנים. אנא השתמש בכל נהלי הבטיחות המתאימים, כולל ציוד מגן אישי (משקפי מגן, כפפות, מעיל מעבדה, מכנסיים ארוכים, נעליים סגורה ובוהן), ולבצע סינתזות בברדסי קטר. Lithiation הוא מסוכן במיוחד וצריכה להתבצע רק על ידי אנשים שהוכשרו כראוי עם פיקוח.

1. מונומר סינתזה

הערה: איור 1 מציג את המסלול הכימי להכנת מקדים ומונומרים סינתזה שמתואר בסעיפים 1.2-1.5.

  1. חומרים
    1. לטהר מעדות כפי שתואר לעיל. 25
    2. Recrystallize tetrabutyl פרכלורט אמוניום (TBAP) מאתיל אצטט ויבש תחת ואקום במשך 24 שעות. לכיל n-butyllithium (nBuLi, 2.5 M בhexanes) כפי שתואר על ידי et al Hoye.
    3. סולפט יבש מגנזיום ואשלגן פחמתי ב 100 מעלות צלזיוס במשך 24 שעות לפני השימוש. להשתמש בכל הכימיקלים אחרים המשמשים בפרוטוקול זה כפי שהתקבל.
  2. סינתזה של 1,4-Dialkoxybenzenes
    הערה: איור 1 א מציג את ההכנה של 1,4-dihexyloxybenzene באמצעות 1-bromohexane.
    1. לצייד בקבוק תחתון עגול שלושה-צוואר מיובש בתנור עם מחיצה, מתאם כניסת ארגון, ומצויד במתאם לשקע גז מחובר לbubbler הקבל. להוסיף בר ומערבבים לבקבוק לפני האיטום.
    2. חבר את מתאם הכניסה לקו Schlenk באמצעות פולי (ויניל כלוריד) צינורות (PVC) ולטהר את הבקבוק התחתון העגול עם ארגון.
    3. להוסיף 12.5 גר '(113.5 mmol) של הידרוקינון לבקבוק התחתון העגול ולפזר אותו ב 20 מיליליטר של tetrahydrofuran נטול מים (THF) עם ערבוב.
    4. בנפרד, לפזר 14 גרם (250 mmol) של KOH ב 30 מיליליטר של אתנול באחת-צווארבקבוק עגול תחתון ומערבבים עד שהיא נמסה.
    5. נמס ברגע, לאט להוסיף את פתרון KOH לבקבוק עגול התחתון שלושה-הצוואר באמצעות מזרק. אפשר התערובת לעורר עבור שעה 1.
    6. אחרי שעה 1, להוסיף 250 mmol של 1-bromoalkane לתערובת התגובה.
    7. מחממים את תערובת התגובה בריפלוקס במשך 24 שעות עם ערבוב תחת ארגון.
    8. לאחר 24 שעות, לאפשר את תערובת התגובה להתקרר לRT ולהוסיף מים DI 15 מיליליטר ו -10 מיליליטר של dichloromethane.
    9. מעבירים את התערובת למשפך separatory. לבודד את השכבה האורגנית ולשטוף אותו שלוש פעמים עם 10 מיליליטר של מים DI.
    10. ייבש את השכבה האורגנית מעל 15 גרם של MgSO 4 במשך 15 דקות.
    11. הסר את 4 MgSO באמצעות סינון ואקום באמצעות נייר סינון.
    12. הסר את הממס מהפתרון המסונן באמצעות מאייד סיבובי על 50 מעלות צלזיוס ו -21 kPa להניב 1,4-dialkoxybenzene כלבן מוצק גולמי.
    13. Recrystallize המוצר הגולמי על ידי הוספה מספיק אתנול חם ללפזר את המוצר. ברגע מומס, מניח באמבט קרח כדי לגרום להתגבשות.
    14. לאסוף גבישים באמצעות סינון ואקום באמצעות נייר סינון ולשטוף עם אתנול קר.
    15. ייבש את הגבישים תחת ואקום במשך 24 שעות על RT ולאחסן אותם תחת ארגון עד לשימוש נוסף. הליך זה מייצר 1,4-dihexyloxybenzene.
    16. לאפיין את המוצר באמצעות נקודת התכה וH 1 ו -13 ספקטרוסקופיה NMR C. 27
  3. סינתזה של moieties אסתר 1,4-Dialkoxybenzenes מכילה
    הערה: איור 1 מציג את המסלול הכימי להכנת 1,4-dialkoxybenzene באמצעות אתיל-4-bromobutanoate.
    1. לצייד בקבוק תחתון עגול שלושה-צוואר מיובש בתנור עם מחיצה, מתאם כניסת ארגון, ומצויד במתאם לשקע זכוכית המחובר לbubbler הקבל. להוסיף בר ומערבבים לבקבוק לפני האיטום.
    2. חבר את מתאם הכניסה לקו Schlenk באמצעות צינורות PVC ולטהר עם ארגון.
    3. שוקל 1.88 גר '(93.5 mmol) של KI ו15.69 גרם (93.3 mmol) של K 2 CO 3 ולהוסיף לבקבוק התחתון העגול.
    4. להוסיף 25 מיליליטר של N נטול מים, -dimethylformamide N (DMF) ומערבבים עד מלחים מתמוססים.
    5. ברגע שנמס, להוסיף 2.5 גרם (18.7 mmol) של הידרוקינון לתערובת התגובה ולאפשר לעורר התגובה עד שהיא נמסה.
    6. כאשר כל המוצקים מומסים, להוסיף 46.8 mmol של bromoalkanoate אלקיל; לחמם את תערובת התגובה בריפלוקס במשך 24 שעות תחת ארגון עם ערבוב מתמיד.
    7. הסר את תערובת התגובה מהחום ולאפשר לו להתקרר לRT.
    8. מעבירים את תערובת התגובה למשפך separatory ולהוסיף מים (20 מיליליטר) ואתיל אצטט (20 מיליליטר) כדי לחלץ את השכבה האורגנית. לבודד את השכבה האורגנית ולשטוף אותו שלוש פעמים במים (20 מיליליטר מנות).
    9. ייבש את השכבה האורגנית מעל 15 גרם של MgSO 4 במשך 15 דקות. ברגע שהתייבש, להסיר MgSO 4 מהתערובת באמצעות סינון ואקום באמצעות filנייר ter.
    10. הסר את הממס באמצעות מאייד רוטרי ב 100 מעלות צלזיוס ו -21 kPa. ייבש את המוצר הגולמי תחת ואקום ב RT O / N.
    11. Recrystallize המוצר על ידי הוספה רק אתנול חם מספיק כדי להמס את כל המוצק. ברגע מומס, לקרר את הבקבוק בקרח ולאפשר ליצירת גבישים. לאסוף את המוצר באמצעות סינון ואקום ולשטוף עם אתנול קר.
    12. ייבש את הגבישים תחת ואקום ב RT למשך 24 שעות ולאחסן בארגון עד לשימוש נוסף. הליך זה מייצר 1,4-BIS בנזן (butanoyloxy אתיל).
    13. לאפיין את המוצר באמצעות נקודת התכה וH 1 ו -13 ספקטרוסקופיה NMR C. 28
  4. סינתזה של 1,4-Dialkoxy-2,5-dibromobenzenes
    הערה: המסלול הכימי להכנת 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzenes מוצגת באיור 1 א ו -1 B.
    1. להתאים בקבוק תחתון עגול יבש, שלוש-צוואר עם כניסת ארגון, משפך בנוסף לחץ קבוע כתרים עםפקק זכוכית או מחיצה, ולשקע מחוברים למצוידים במשפך זכוכית הפוך התלוי מעל פתרון 1 M NaOH צינורות פלסטיק.
    2. בבקבוק התחתון בסיבוב הזה, לפזר 218 mmol של 1,4-dialkoxybenzene בdichloromethane (15 מיליליטר).
    3. בנפרד, להוסיף 12 מיליליטר (598 mmol) של Br 2 בבקבוק 250 מ"ל ולדלל עם dichloromethane (12 מיליליטר).
    4. מעבירים את פתרון 2 / dichloromethane Br למשפך בנוסף לחץ המתמיד. להוסיף dropwise פתרון Br 2 לתוך הבקבוק התחתון העגול שלושה-הצוואר עם ערבוב תחת ארגון במשך תקופה של 2 שעות.
    5. לאחר תוספת מלאה, לאפשר התגובה לעורר O / N תחת זרימה רציפה ארגון.
    6. להרוות את התגובה על ידי הוספת המים DI (20 מיליליטר), ויוצקים את התערובת לתוך משפך separatory.
    7. לבודד את השכבה האורגנית ולשטוף שלוש פעמים עם מים די (20 מיליליטר מנות). ייבש את השכבה האורגנית מעל 15 גרם של MgSO 4 במשך 15 דקות.
    8. הסר את MgSO 4 על ידיסינון ואקום באמצעות נייר סינון, ולהסיר את הממס באמצעות מאייד סיבובי על 75 מעלות צלזיוס ו -21 kPa.
    9. לטהר 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzene הגולמי על ידי הוספה רק אתנול חם מספיק כדי להמס את כל המוצק. ברגע מומס, לקרר את הבקבוק בקרח ולאפשר ליצירת גבישים. לאסוף את המוצר באמצעות סינון ואקום ולשטוף עם אתנול קר.
    10. ייבש את המוצר המטוהר תחת ואקום ב RT O / N; לאחסן תחת ארגון.
    11. לאפיין את המוצר באמצעות נקודת התכה וH 1 ו -13 ספקטרוסקופיה NMR C. 27,28
  5. Negishi צימוד של 1,4-Dialkoxy-2,5-dibromobenzenes עם 3,4-Ethylenedioxythiophene (מעדות)
    הערה: תרשים 1C מראה את צימוד Negishi של 1,4-2,5-dibromobenzenes dialkoxy עם מעדות כדי ליצור מונומרים M1 ו- M2.
    1. להתאים בקבוק תחתון נקי שלושה-צוואר עגול עם מחיצה, מצויד במתאם בקרת זרימת כניסה המחובר לארגון הקבל, וזרימה קון לשקע גזמתאם Trol מחובר לbubbler.
    2. חבר את מתאם הכניסה לקו Schlenk באמצעות צינורות PVC-מוקף חומה עבה. בגין זורם ארגון לתוך בקבוק התגובה לכמה דקות.
    3. באמצעות מבער בונזן, להבה-לייבש את המכשיר תחת ואקום ולטהר עם ארגון שלוש פעמים על מנת להבטיח סביבה חסרת אוויר.
    4. שוקל 1.07 גר '(10 mmol) של עדות מטוהרת ולהוסיף לבקבוק התגובה באמצעות מזרק מוחדר דרך המחיצה. לדלל את מהעדות עם THF נטול מים (20 מיליליטר) ומערבבים בארגון.
    5. צ'יל הבקבוק המכיל את הפתרון מהעדות באמצעות אמבט הקרח / אצטון יבש במשך 15 דקות ב-78 מעלות צלזיוס.
    6. לאחר 15 דקות, להוסיף לאט 11 mmol nBuLi בdropwise פתרון hexanes תוך שמירה על הטמפרטורה ב-78 מעלות צלזיוס. מערבבים את התגובה ב-78 מעלות צלזיוס במשך שעה 1.
      הערה: הריכוז של nBuLi המדויק צריך להיקבע על ידי טיטרציה לפני השימוש כאמור בסעיף 1.1.
    7. אחרי שעה 1 של ערבוב, להסיר את הקרח / ba אצטון היבשה.
    8. מייד לאחר הסרת האמבטיה, להוסיף 14.13 מיליליטר של 1.0 dropwise 2 פתרון M ZnCl. אפשר התגובה להמשיך במשך שעה 1 תוך ערבוב על RT.
    9. אחרי שעה 1 של ערבוב, להוסיף 4 mmol של 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzene ופלדיום 0.08 mmol של tetrakis (triphenylphosphine) (0) לתערובת התגובה.
    10. מחממים את תערובת התגובה בריפלוקס (70 מעלות צלזיוס) באמבטית שמן.
    11. לעקוב אחר התקדמות של תגובה באמצעות כרומטוגרפיה בשכבה דקה (TLC): קח את aliquots הקטן (0.2 מיליליטר) של תערובת התגובה יומית באמצעות מזרק ולזרז לתוך 2 מיליליטר 1 M HCl. לחלץ עם 2 מיליליטר CHCl 3 ולזהות את התמצית על צלחת TLC סיליקה צד הכתמים של פתרונות של העדות וappropriate1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzene. Elute עם אצטט 60:40 אתיל: הקסאן.
    12. כאשר התגובה היא מלאה, לאפשר את תערובת התגובה להתקרר לRT. להרוות את התגובה על ידי הוספת 10 מיליליטר של 1 M HCl ואחריו התוספת של dichloromethane (20 מיליליטר).
    13. TR ansfer למשפך separatory ולבודד את השכבה האורגנית.
    14. שטוף את השכבה האורגנית עם מים די עד שהמים לשטוף כבר לא חומצי. בדוק את החומציות של המים לשטוף עם נייר pH
    15. ייבש את השכבה האורגנית מעל 15 גרם של 4 MgSO, מסנן, ולהסיר ממס באמצעות מאייד סיבובי על 50 מעלות צלזיוס ו -21 kPa להניב מונומר הגולמי הוארך נטיה (M1 או M2) ככתום-צהוב מוצק.
    16. Recrystallize המוצר הגולמי באמצעות פתרון חם של 3: 1 אתנול: פתרון לבנזן M1 או 7: 2 הקסאן: בנזין לM2. להוסיף תערובת ממס חמה מספיק כדי להמס את מוצק. ברגע מומס, לקרר את הבקבוק בקרח ולאפשר ליצירת גבישים. לאסוף את המוצר באמצעות סינון ואקום ולשטוף עם אתנול קר.
    17. ייבש את המוצר תחת ואקום במשך 24 שעות ב RT. אחסן בחושך תחת ארגון.
    18. לאפיין את המוצר באמצעות נקודת התכה וH 1 ו -13 ספקטרוסקופיה NMR C. 18

s = "jove_title"> 2. אלקטרוכימיה

  1. Electropolymerization
    1. בבקבוק 50 מיליליטר נפח להכין 100 פרכלורט tetrabutylammonium מ"מ תמיסת אלקטרוליט (TBAP) באצטוניטריל נטול מים (CH 3 CN).
    2. בבקבוק 10 מיליליטר נפח להכין מונומר מ"מ 10 פתרון (M1 או M2) באמצעות פתרון CN 100 מ"מ TBAP / CH 3 כdiluent.
    3. הוסף חוט כסף (אלקטרודה פסאודו-התייחסות) ודגל פלטינה (אלקטרודה דלפק) לתא אלקטרוכימי המיובש בתנור.
    4. הכנס כפתור טרי מלוטש פלטינה (2 מ"מ קוטר 2) לשימוש כאלקטרודה עבודה. ודא שהחלק התחתון של האלקטרודה כפתור פלטינה לא נוגע בחלק התחתון של תא אלקטרוכימי.
    5. מלא את תא אלקטרוכימי עם תמיסת אלקטרוליט מונומר מספיק כדי להבטיח שהעצות של כל שלוש אלקטרודות שקועים בפתרון.
    6. דה-לאוורר את הפתרון במשך 5 דקות על ידי ארגון בעדינות מבעבע באמצעות מחט שקועה בהפתרון דואר.
    7. להעלות את המחט 2 מ"מ מעל הפתרון וימשיך זרימת ארגון לאורך הניסוי כדי לשמור על שמיכת ארגון על הפתרון.
    8. חבר את האלקטרודות לpotentiostat ולהתחיל פילמור ידי רכיבה על אופני חמש פעמים הפוטנציאל מוטלות בשיעור לטאטא של 100 mV / sec ומגוון אפשרי בין -1.5 V ו1.0 V.
    9. רשום את התפוקה הנוכחית במהלך תהליך זה כדי ליצור voltammograms המחזורית.
  2. פולימר אלקטרוכימיה
    1. לאחר סרט הפולימר מופקד על האלקטרודה העבודה כפתור פלטינה, להסיר את כל אלקטרודות מתמיסת אלקטרוליט מונומר ועדינות לשטוף עם פתרון ללא מונומר אלקטרוליט (3 מיליליטר).
    2. הוסף את האלקטרודות לתא אלקטרוכימי נקי ולהוסיף מספיק תמיסת אלקטרוליט ללא מונומר כדי להבטיח שהעצות של כל שלוש אלקטרודות שקועים בפתרון.
    3. חבר את האלקטרודות לpotentiostat. מחזור TW הפוטנציאל מיושםפעמים o בשיעור של 50 mV לטאטא / sec ומגוון אפשרי בין -1.5 V ו1.0 V.
    4. חזור על הניסוי ב 100, 200, 300, ו -400 mV / sec. רשום את התפוקה הנוכחית במהלך כל ניסוי כדי ליצור voltammograms המחזורית.
  3. הכנת Electropolymerized הסרטים לUV-Vis-ניר ספקטרוסקופיה וphotothermal לימודים
    1. הכן סרטי פולימר כאמור בסעיף 2.1 לעיל, הפעם באמצעות תחמוצת אינדיום בדיל (איטו) שקופיות זכוכית -coated כמו האלקטרודה העבודה. לגדול סרטי הפולימר מעל 5 מחזורים בקצב סריקה של 100 mV / sec.
    2. לאחר בתצהיר פולימרים, להסיר את האלקטרודות מפתרון מונומר ולשטוף עם אצטוניטריל (5 מיליליטר).
    3. אחסן את סרט הפולימר באצטוניטריל לפני ספקטרוסקופיות לימודים.

3. הכנת NP

איור 2 מראה סכמטי של התהליך המשמש להכנת NP באמצעות פילמור תחליב.

  1. יחסי ציבורepare פתרון 1 מיליליטר של 2% (w / v) פולי (חומצה 4-styrenesulfonic חומצה-שיתוף maleic) (PSS-שיתוף MA) במים בבקבוקון זכוכית. הוסף בר ומערבבים מגנטיים קטנה לבקבוקון. זהו השלב המימי.
  2. הכן של 16 מ"ג / מיליליטר בפתרון מונומר כלורופורם 100 μl בצינור microcentrifuge.
  3. הכן את הפתרון האורגני על ידי המסת 0.03 גרם של חומצת sulfonic dodecylbenzene (DBSA) בפתרון מונומר 100 μl. מערבבים את הפתרון האורגני באמצעות מערבל מערבולת אוטומטי במשך 30-60 דקות על מנת להבטיח אחידות של הפתרון.
  4. הוסף את השלב האורגני לdropwise השלב המימי ב 10 μl חלקים תוך ערבוב עם בר ומערבבים מגנטי עד הנפח של הפתרון האורגני המלא משמש. לאפשר ערבוב במשך 60 שניות בין תוספות.
  5. הוסף 2 מיליליטר של מים כדי לדלל את התערובת. הסר את סרגל מערבבים מהבקבוקון.
  6. Sonicate התחליב באמצעות sonicator בדיקה עבור הסכום כולל של 20 שניות ב 10-שניות במרווחים במשרעת של 30% ואילו טבילהבקבוקון באמבט קרח.
  7. הסר את בקבוקון המדגם מאמבט הקרח, להחליף את בר ומערבבים, וממשיך לבחוש התחליב.
  8. להוסיף 3.8 μl של פתרון 100 מ"ג / מיליליטר של FeCl 3 במים לתחליב מונומר. לאפשר פילמור להתרחש עבור שעה 1 תוך ערבוב מתמיד. צירופים ותשואות פרוטוקול זה של פולימר התייצבו עם PSS-שיתוף-MA.
  9. הסר את ההשעיה NP מהצלחת ומערבבים ומעביר ל7 מיליליטר צינורות צנטריפוגה. צנטריפוגה ההשעיה ב75600 XG במשך 3 דקות; לשחזר את supernatant וזורקי גלולה.
  10. Dialyze supernatant במשך 24 שעות באמצעות 100 צינורות דיאליזה kDa מולקולריים הפסקת משקל (MWCO).

4. סרטים פולימריים וNP אפיון

הערה: אפיון סרטי הפולימר וצירופים ובאמצעות ספקטרוסקופיה-Vis-ניר UV, וצירופים ובאמצעות פיזור אור דינמי, ניתוח פוטנציאל זטה, ומיקרוסקופ אלקטרונים.

  1. קביעת קליטת הפולימר בUV-Vis-Nספקטרום IR 29
    1. השעיות NP: מעבירים את ההשעיה לקובט קוורץ ולרכוש ספקטרום של 300 - 1,000 ננומטר במרווח סריקה של 5 ננומטר.
    2. סרטי פולימר חמצון: העבר את שקופיות זכוכית איטו מצופה פולימר לקובט קוורץ ולמלא את קובט עם אצטוניטריל נטול מים. הוסף 2 טיפות של תמיסת 100 מ"ג / מיליליטר של FeCl 3 בCHCl 3 לאצטוניטריל ולערבב כדי להבטיח את סרט הפולימר הוא מתחמצן באופן מלא. לרכוש ספקטרום בין 300 - 1,000 ננומטר במרווח סריקה של 5 ננומטר.
    3. סרטי פולימר מופחתים: העבר את שקופיות זכוכית איטו מצופה פולימר לקובט ולמלא את קובט עם אצטוניטריל נטול מים. הוסף טיפה אחת של הידרזין לנוזל ומערבבים על מנת להבטיח את סרט הפולימר מופחת באופן מלא. לרכוש ספקטרום בין 300 - 1,000 ננומטר במרווח סריקה של 5 ננומטר.
  2. קביעת גודל NP שימוש דינמי פיזור אור (DLS) 30
    1. הפעל את מכשיר DLS ולאפשרזה כדי להתחמם במשך 15 דקות.
    2. לדלל את ההשעיה NP במים לריכוז של 0.01 מ"ג / מיליליטר ומקום בקובט קלקר חד פעמי.
    3. הנח קובט בקורא ולהתחיל מדידה.
  3. קביעת פוטנציאל NP זיטה 31
    1. הפעל את מכשיר פוטנציאל זטה ולאפשר לו להתחמם במשך 30 דקות.
    2. הכן את המדגם על ידי דילול 200 μl של ההשעיה NP ב800 μl של 10 מ"מ פתרון KCl.
    3. מלא קובט קלקר חד פעמי עם 700 μl של המדגם.
    4. הכנס את תא אלקטרודה פוטנציאל זטה לתוך המדגם להבטיח כי אין בועות לכודות בין האלקטרודות או בנתיב אור הלייזר.
    5. הכנס את קובט במכשיר ובצע את ההוראות להפעלת תוכנת המדידה.
  4. קביעת גודל NP באמצעות סריקה מיקרוסקופית אלקטרונים (SEM) 32
    1. יצוק ירידה של 10 μl של השעיות NP על הוופלים Si ולאפשר לו להתייבש.
    2. גמגום מעיל הצירופים ויבשים עם 2 ננומטר של אירידיום.
    3. תמונת הדגימות במרחק עבודה של 5 מ"מ ובשעת 5 קילו וולט.

5. לחקור Cytocompatibility של הצירופים ו

הערה: יש לבצע כל מניפולציות התא בארון בטיחות ביולוגית (זרימת מכסה המנוע למינרית) על מנת למנוע זיהום של התאים עם חיידקים, שמרים, פטריות או מהסביבה, וכדי להגן על המשתמש מפני מחלות זיהומיות פוטנציאליות. כל הפתרונות והציוד המשמשים בתאים צריכים להיות סטרילי. להשתמש בטכניקות תרבית תאי ספטית נכונה.

  1. תרבות Skov-3 תאי סרטן השחלות בצלוחיות T75 על 37 מעלות צלזיוס בחממה CO 2 (5% CO 2) באמצעות הנשר בינוני השתנה Dulbecco (DMEM) בתוספת 10% בסרום שור עוברי כמדיום גידול.
  2. תאי זרע בצפיפות תאים של 5000 תאים / גם בצלחת 96-היטב ודגירה של 24 שעות על 37 מעלות צלזיוס בCO 2
  3. מייד לפני השימוש, לדלל השעיה NP במדיום גידול מלא בריכוז של 1 מ"ג / מיליליטר.
  4. סנן את השעיות NP ידי עובר דרך מסנן 0.2 מיקרומטר סטרילי ולדלל את הריכוזים הרצויים חשיפה (2-500 מיקרוגרם / מיליליטר) עם מדיום גידול מלא בתוספת 1% פניצילין / סטרפטומיצין.
  5. הסר את המדיה מכל אחת מהבארות בצלחת 96-היטב בעדינות על ידי pipetting ולהחליף עם של מתלי NP 100 μl בריכוזי החשיפה השונים, או עם של תקשורת NP-חופשית 100 μl עבור שני פקדי cytocompatibility חיוביים ושליליים. לנצל 6 בארות לשכפל לכל מצב.
  6. מייד לפני השלב הבא, להכין פתרון 0.5 מ"ג / מיליליטר של 3 (4,5-dimethylthiazol-2-י.ל.) ברומיד -2,5-diphenyltetrazolium (MTT) בDMEM האדום ללא פנול. סינון סטרילי פתרון MTT דרך מסנן 0.2 מיקרומטר סטרילי.
  7. לאחר מאפשר הצירופים ולדגירה עם התאים לתקופה הרצויה של זמן (typically 24 או 48 שעות), להסיר השעיות NP ידי pipetting בזהירות.
  8. מייד להחליף את התקשורת עם הבא בהתאם למצב:
    1. לשליטה cytocompatibility השלילית, להוסיף 100 מתנול μl לכל אחד מ6 בארות ולאפשר לשבת במשך לפחות 5 דקות. לאחר טיפול מתנול, להחליף את מתנול עם של 0.5 מ"ג / מיליליטר פתרון MTT-מסונן סטרילי 100 μl בDMEM האדום ללא פנול.
    2. לביקורת החיובית ודגימות שטופלו NP, להחליף בינוני עם של 0.5 מ"ג / מיליליטר פתרון MTT-מסונן סטרילי 100 μl בDMEM האדום ללא פנול.
  9. דגירה התאים עבור 2 עד 4 שעות בחממה. לאחר דגירה, לבדוק את התאים תחת מיקרוסקופ כדי לבדוק את היווצרות גבישי formazan.
  10. מוציא בזהירות את פתרון MTT על ידי pipetting ולהחליף אותו עם של dimethylsulfoxide 100 μl (DMSO).
  11. מניחים את הצלחת גם 96 על שייקר ומערבבים במשך כמה דקות כדי לעודד פירוק לגבישי mazan.
  12. מדוד את הספיגה של כל טוב ב590 ננומטר (ספיגת שיא של מוצר formazan) ו -700 ננומטר (בסיס).
  13. להפחית את ספיגת המדגם ב 700 ננומטר (בסיס) שב590 ננומטר עבור כל אחד.
  14. לנרמל את הספיגה תוקנה על ידי חלוקתו בממוצע של הבקרה החיובית ולהמיר אחוז על ידי הכפלה ב -100.
  15. לקבוע את הכדאיות הממוצעת אחוזים וסטיית תקן לכל מצב.

6. photothermal התמרה לימודים

הערה:. בעבודה זו מערכת לייזר שתוארה קודם לכן על ידי פאתני וTunell מנוצלת 33

  1. התמרה photothermal של השעיות NP
    1. לדלל צירופים ובמי DI לריכוז של עניין.
    2. להוסיף השעיה NP 100 μl לטוב של צלחת 96-היטב. מניחים את הצלחת היטב על צלחת חמה נשמרה על 25 מעלות צלזיוס.
    3. הפעל את אספקת החשמל לליזר ולאפשר לו to לחמם לכמה דקות. במחקר זה נעשה שימוש בדיודת לייזר-סיב בשילוב 808 ננומטר דורג עד 1 W של כוח.
    4. מסלול קרן הלייזר לכיוון הבמה המדגם באמצעות סיב אופטי. השתמש בעדשה קמורה לסטות קרן הלייזר לגודל הנקודה הרצויה.
    5. מדוד את תפוקת החשמל באמצעות מד כוח סטנדרטי ולהתאים לעצמה של 1 W / 2 סנטימטר.
    6. הפעל את המצלמה IR (אינפרא אדום המצלמה InSb (מערכות FLIR SC4000)) ולהגדיר את האזור של עניין מקום (ROI) לקרוא את הטמפרטורה של נקודת 6 מ"מ שבו הלייזר ממוקד.
    7. מניחים את גם של ריבית בנקודה של קרן לייזר מוקדי. רשום את הטמפרטורה הבסיסית של המדגם. הפעל את הלייזר ולהקרין גם ברציפות במשך 5 דקות בזמן הקלטת הטמפרטורה.
    8. לאחר 5 דקות, לכבות את הלייזר וממשיך להקליט את הטמפרטורה של היטב עד שהוא מתקרר בחזרה לטמפרטורה הבסיסית מתחילה.
      הערה: חום ולקרר כל השעיה שלוש פעמים ולחשב אתשינוי טמפרטורה ממוצע על פני זמן. השתמשו במי DI של 25 מעלות צלזיוס במקום השעיה NP כביקורת שלילית להמרת photothermal.
  2. התמרה photothermal של פולימר סרטים
    1. העבר את שקופיות זכוכית איטו מצופה פולימר לצלחת חמה נשמרה על 25 מעלות צלזיוס.
    2. הפעל את אספקת החשמל לליזר ולאפשר לו להתחמם במשך כמה דקות. במחקר זה נעשה שימוש בדיודת לייזר-סיב בשילוב 808 ננומטר דורג עד 1 W של כוח.
    3. מסלול קרן הלייזר לכיוון הבמה המדגם באמצעות סיב אופטי. השתמש בעדשה קמורה לסטות קרן הלייזר לגודל הנקודה הרצויה.
    4. מדוד את תפוקת החשמל באמצעות מד כוח סטנדרטי ולהתאים לעצמה של 1 W / 2 סנטימטר.
    5. הפעל את המצלמה IR (אינפרא אדום המצלמה InSb (מערכות FLIR SC4000)) ולהגדיר את האזור של עניין מקום (ROI) לקרוא את הטמפרטורה של נקודת 6 מ"מ שבו הלייזר ממוקד.
    6. מניחים את הסרט בנקודה של קרן לייזר מוקדי. רשום את bטמפרטורת aseline של המדגם. הפעל את הלייזר ומקרין את המדגם ברציפות במשך 5 דקות בזמן הקלטת הטמפרטורה.
    7. לאחר 5 דקות, לכבות את הלייזר וממשיך להקליט את הטמפרטורה של המדגם עד שהוא מתקרר בחזרה לטמפרטורה הבסיסית מתחילה.
      הערה: חום ולקרר כל סרט שלוש פעמים ולחשב את השינוי בטמפרטורה הממוצע על פני זמן. השתמש בשקופית איטו חשופה של 25 מעלות צלזיוס כביקורת שלילית להמרת photothermal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

פרוטוקול תגובת מניב M1 ו- M2 מוצג באיור 1. ניתן לאפיין מונומרים על ידי H 1 ו- 13 ספקטרוסקופיה NMR C, נקודת התכה, וניתוח יסודי. ספקטרום NMR H 1 מספק מידע בנוגע לקישוריות של אטומים והסביבות האלקטרוניים שלהם; כך, הוא משמש באופן שיגרתי כדי לוודא שתגובות הושלמו בהצלחה. תגובות צימוד Negishi כרוכות צימוד של טבעת פניל ​​מהעדות, שגרמו לשיא פרוטון פניל ​​לעבור מ7.1 עמודים לדקה ל -7.8 עמודים לדקה. פרוטון thienyl גם יעבור upfield 6.5 עמודים לדקה. ארבעה הפרוטונים בפחמנים גשר ethylenedioxy יהיו לפצל לשני סטים של multiplets על 4.3 עמודים לדקה. פרוטונים על פחמנים אליפטי לא ישתנו באופן משמעותי. ספקטרום NMR 13 C יפגין פסגות ב 170, 145, 140, 113 ולפחמנים thienyl, ו -150, 120, ו -112 לפחמנים phenylene. עמדות שליפחמנים בגדר יציאה לא ישתנו באופן משמעותי. המבנה הכימי, 1 H NMR, ו -13 C NMR של M2 מוצגים באיור 3.

Electropolymerizations של M2 מניב פולימר (P2) וvoltammetry המחזורית של P2 מוצג באיור 4 באיור 4 א, ​​בתחילה, אין תגובה נוכחית.; עם עלייה בפוטנציאל, את התחלתה של חמצון של מונומר M1 (E ב, מ ') ניתן לראות ב+ 0.25 V, עם חמצון השיא של מונומר (עמ' E, מ ') ב+ 0.61 V. במהלך הסריקה הראשונה, השיא ראשוני נצפה מעיד על חמצון מונומר בלתי הפיך, וכתוצאה מכך היווצרות P2 על פני השטח של האלקטרודה העבודה. במהלך הסריקה השנייה שני תהליכי החמצון הם נצפו: חמצון מונומר נתפס עדיין ב0.25 V, וחמצון פולימר נתפס ב 0 voltammetry V. המחזורי של P2 (איור 4) נערך בשיעורי סריקה החל 50-400 mV / sec. סרט הפולימר הוא כחול כהה במדינת חמצון ואדום במדינה הניטרלית. רכיבה על אופניים הפולימר במגוון רחב של שיעורי סריקה מגלה קשר ליניארי בין קצב סריקה וזרם שיא, מצביע על כך שהפולימר הוא electroactive ודבקו באלקטרודה. 18 חמצון פולימר (E, עמ ') הוא ציין ב-0.02 V עבור P2, והפחתת פולימר (E ג, עמ ') הוא ציין ב-0.3 V כאשר רכב על אופניו ב 100 mV / sec.

הצירופים והיו מסונתזים, כפי שמוצגים באיור 2 ומאופיין באמצעות ספקטרוסקופיה UV-Vis-ניר, במיקרוסקופ אלקטרונים, וDLS. UV-Vis-ניר הספקטרום של סרטי P2 חמצון ומופחתים, ושל הצירופים וP2 חמצון, מוצג באיור 5. סרטי חמצון הפולימר ותערוכת צירופים ומקסימום λ ספיגת שיא ב1.56 eV (795 ננומטר). כאשר מופחת בהידרזין, ספיגת שיא סרט עוברת למקסימום λ של 2.3 eV (540 ננומטר). ז להקת הפולימרap ה) נקבע מתחילת המעבר * π π- בפולימר הניטרלי, כפי שצוין על ידי החץ השחור באיור 5.

תמונת SEM של P2 צירופים ובאיור 6 א מראה כי הצירופים ונמצאים בקוטר כדורי ותת-100 ננומטר. נתונים DLS באיור 6 מראים Z-ממוצע של ההשעיות להיות 104 ננומטר בקוטר עם מדד polydispersity (PDI) של 0.13, מצביעים על כך שמדגם monodispersed בינוני. פוטנציאל זטה של ​​הצירופים וP2 נמצא -30.5 mV. שינוי בטמפרטורה כאשר צירופים ונחשפים לקרינת ניר מדגים המרת photothermal. בהשוואה לקבוצת ביקורת מים, שעובר פחות מעליית מעלות צלזיוס 1 בטמפרטורה, השעיות NP במים יכולות להמיר את אנרגיית הלייזר נספגת לתוך חום כפי שהודגמו על ידי 30 ° C העלייה בטמפרטורה של השעיות NP (איור6 ג). עלייה דומה טמפרטורה (28 מעלות צלזיוס) הוא ציין כאשר סרטי פולימר על זכוכית איטו הם מוקרן ב 808 ננומטר (איור 6 ג).

Cytocompatibility של צירופים ופולימר נקבע באמצעות שימוש במבחני כדאיות תא MTT. תוצאות של מחקרי cytocompatibility לPEDOT:. PSS-שיתוף-MA צירופים ומוצגים באיור 7 כפי שניתן לראות, בטווח ריכוז NP של 0.23-56 / מיקרוגרם מיליליטר, הצירופים ולא להקטין את כדאיויות תא פחות מ 90% מכלל שליטה. בדרך כלל, ירידה בכדאיויות תא של פחות מ -20% (כלומר, כדאיות עד 80%) נחשבת מקובלת לקביעת cytocompatibility NP.

איור 1
איור 1. סינתזה כללית מונומר החלה בסינתזה המבשרת. סינתזה () של 1,4-2,5-dibromobenzene dialkoxy. סינתזה (B) של 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzene מכיל מחצית אסתר. תגובת צלב-צימוד של 1,4-2,5-dibromobenzene dialkoxy-עם מעדות, מניב מונומרים M1 ו- M2 (C). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
תהליך פלמור איור 2. שבפתרון האורגני מתווסף dropwise לתמיסה מימית יצירת תחליב. מונומר והממס האורגני עשויים להשתנות. פילמור חמצוני מתרחש כאשר FeCl 3 מתווספים לתחליב. לאחר הטיהור של ההשעיה colloidal, הצירופים ומושעים במדיום המימי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של זהדְמוּת.

איור 3
איור 3. NMR ספקטרום של מונומר M2. () 1 H NMR ספקטרוסקופיה של M2 בי הפיצול של פרוטוני ethylenedioxy ב4.32 ppm, משמרת upfield של פרוטוני thienyl, ומשמרת upfield של פרוטוני פניל מעיד על צימוד מוצלח . 13 C NMR ספקטרוסקופיה של M2 מראה פסגות thienyl ופחמן פניל (B). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4. פילמור אלקטרוכימי של M2 לP2 (); חמישה מחזורים ב100 mV / sec של 0.01 M M2 ב 0.1 M TBAP / CH 3 CN. voltammetry מחזורית של סרט הפולימר ב 0.1 M TBAP / CH 3 CN (ב) רכב על אופניו בגיל 50, 100, 200, 300, ו -400 mV / sec. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5
איור 5. UV-Vis-ניר ספקטרום של P2 הן כסרט וכמו השעיה של צירופים ו. הספקטרום של סרט חמצון מוצג בכחול, הספקטרום של הסרט המופחת מוצג באדום, ואת הספקטרום של חמצון ההשעיה NP מוצגת בירוק. החץ השחור מתאים לקו המשיק המשמש לקביעת bandgap הפולימר. אורכי גל קליטת שיא לפולימרים מסופקים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של זהדְמוּת.

איור 6
איור תמונת 6. (א) SEM מראה את המורפולוגיה וגודל של P2 צירופים. הפצה (ב) גודל של P2: השעיה PSS-שיתוף-MA NP בי ערך Z-104 ננומטר הוא ממוצע וPDI הוא 0.13. שינוי טמפרטורה של P2 (C):. PSS-שיתוף-MA השעיה NP 1 מ"ג / מיליליטר (כחול) וסרט (ירוק) כאשר מוקרן עם אור ניר עבור 300 שניות, ואחריו קירור פסיבי עם השלמת קרינת לייזר אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 7
איור 7. Cytocompatibility של PEDOT: השעיות PSS-שיתוף-MA NP כפי שנקבע על ידי assay MTT הכדאיות היא.הראה לתאים שנחשפו לריכוזים שונים של צירופים וכממוצע אחוז ביחס לזה של תאים הודגרו עם תקשורת NP-חופשית (ביקורת חיובית). בקרה שלילית מורכבת מתאים נהרגו על ידי חשיפה למתנול לפני assay MTT. ברים שגיאה מייצגים את סטיית התקן בין משכפל (n = 6). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

בעבודה זו, צירופים ופולימר electroactive היו מסונתזים כסוכני PTT פוטנציאל לטיפול בסרטן. ההכנה של הצירופים ומתוארים, החלה בסינתזה של מונומרים אחרי פילמור תחליב. בעוד הכנת צירופים ובאמצעות פולימרים electroactive כגון מעדות וpyrrole תוארה קודם, מאמר זה מתאר את ההכנה של צירופים ופולימרים מתחילה עם מונומרים נטיה מורחבים ייחודיים, הוכחה כי תהליך זה יכול להתארך עד מונומרים גדולים יותר, מורכבים יותר.

שני מסלולים שונים נחוצים לסינתזת מונומרים dialkoxybenzene. בעוד 1,4-dihexyloxybenzene יכול להיות מסונתז באמצעות KOH / EtOH, הגישה שאינה מצליחה בסינתזה של 1,4-BIS (butanoyloxy אתיל) בנזן, ככל הנראה בשל הידרוליזה אסתר-קידם בסיס. כאשר KI / K תערובת 2 CO 3 משמשת, הידרוליזה הוא נמנע, והמוצר מתקבל בהצלחה. ברום של בוטdialkoxybenzenes h מושגת באמצעות Br 2. זה הכרחי כדי לנהל את הניסוי הזה תחת זורם ארגון לעקור HBr נוצר במהלך התגובה. שקע הגז צריך לפרוק מעל פתרון NaOH נטרול למנוע HBr מנירוסטת אביזרי מכסה המנוע; שים לב כי HBr עלול לגרום לצינורות פלסטיק להקשיח לאורך זמן.

BEDOT-B (OR) 2 מונומרים M1 ו- M2 היו מסונתזים באמצעות צימוד Negishi. זוהי שיטה יעילה לצימוד פחמן-פחמן של עדות עם 1,4-2,5-dibromobenzenes dialkoxy להניב BEDOT-B (OR) 2 מונומרים. זה חיוני כדי לצנן את מהעדות ל-78 מעלות צלזיוס לפני התוספת של nBuLi, על מנת למזער תגובות לוואי בלתי רצויות. כאשר כל 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzene מתרוקן מתערובת התגובה (נקבעה באמצעות TLC; זה בדרך כלל לוקח 3-5 ימים), התגובה היא מלאה. התגובה היא מאוד רגישה אוויר, וכל חשיפה לאוויר תשפיע על התשואה של התגובה. לכן, כאשר introducing תרכובות מוצקות (כגון הזרז) לתוך הבקבוק האטום, חשיפת אוויר צריכה להיות ממוזערת על ידי זרימת ארגון הגדלת.

מונומרים ופולימרים electroactive באופן שיגרתי מאופיינים באמצעות voltammetry המחזורית לקבוע פוטנציאלי מונומר וחמצון פולימר ופוטנציאלים הפחתת פולימר, וסרטים שהוכנו באמצעות פילמור אלקטרוכימיים משמשים כדי לקבוע קליטת פולימר בספקטרום UV-Vis-ניר בשתי מדינות חמצון ומופחתות. בעבודה זו, סרטי פולימר הופקדו על שני כפתור פלטינה וזכוכית מצופה איטו ידי electropolymerization. חלק מהיתרונות של electropolymerization הוא שחזור ואת היכולת לשלוט בעובי הסרט על ידי ניטור השוטף של סרט הפולימר ולעצור את electropolymerization כאשר תגובה מסוימת מושגת 34 ניסויי אלקטרוכימי חייבים להתנהל תחת אווירת אינרטי, כמו ארגון.; זרימת הארגון צריכה להיות כל כך איטית, כדי לא להפריע את פני השטח של הפתרון על מנת להבטיח תהליך מבוקר דיפוזיה. לחלופין, ניתן לבצע ניסויים אלקטרוכימיים במצוידים ברכיבים מוזנים אלקטרוכימיים תיבה יבשה אווירת אינרטי. חשוב שאף אחד משלוש האלקטרודות נוגע זה בזה במהלך electropolymerization. לפני פולימרי מחקרי voltammetry מחזוריים, סרטי הפולימר שהופקדו חייבים לשטוף עם תמיסת אלקטרוליט ללא מונומר כדי להסיר כל מונומר unreacted מהסרטים. לכל המחקרים אלקטרוכימיים טווח הפוטנציאל דרוש יהיו תלוי במבנה של מונומר / הפולימר; כך לטווח זה עשוי להשתנות עם מונומרים ופולימרים חלופיים. בהתאם למבנה של מתמירים alkoxy, הממס המשמש להכנת פתרונות אלקטרוליט מונומר יכול גם לפזר את הפולימר. במקרה זה, בתצהיר פולימר על האלקטרודה במהלך electropolymerization יהיה איטי או לא קיים, והממס המשמש לפילמור חייב להיות שונה.

e_content "> פילמור אמולסיה להכנת הצירופים המורכב של פולימרים האלקטרו הוא שיטה יעילה שמניבה צירופים ועם מורפולוגיה אחידה בעבודה זו, תהליך פילמור התחליב מנצל אותו מנגנון פילמור חמצוני נוצל במהלך פילמור אלקטרוכימיים;. ההבדל העיקרי הוא ש חמצון כימי (כלוריד Ferric) משמש במקום פוטנציאל אלקטרוכימי שימושי. פילמור תחליב זה, לכן, מייצר צירופים וזהים בהרכבו הכימי לסרטים שהוכנו באמצעות פילמור אלקטרוכימיים. בעוד פילמור אלקטרוכימיים מספק אמצעי קליל של אפיון תכונות חיזור של מונומרים ופולימרים, פילמור התחליב הוא תהליך מהיר, זול, ושחזור שהוא להרחבה בקלות ועלול להיות בשימוש עם מספר הפולימרים electroactive השונים. פילמור אמולסיה גם מאפשר הכנה של צירופים ומפולימרים שיש מסיסות נמוכה באורגניותמיסות מימיות שלא ניתן היה לתחליב ביעילות ממדינת פולימרים. בpolymerizations תחליבנו, השלב האורגני מורכב ממונומר, ממס אורגני (הקסאן), וחומצת dodecylbenzene sulfonic (שטח). השלב המימי היה מורכב ממים, כלוריד Ferric (חמצון), וPSS-שיתוף MA (שטח). תהליך פילמור התחליב קדמו צעד sonication כדי להבטיח את השלב האורגני מפוזר היטב בשלב המימי. במהלך sonication, יש צורך לטבול את התחליב באמבט קרח כדי למנוע חימום בתפזורת. פעילי השטח PSS-שיתוף-MA וDBSA לאפשר הפיזור של הצירופים והמסונתזים בתמיסות מימיות באמצעות כוחות דוחים אלקטרוסטטית בין חלקיקים. פעילי שטח אלה גם לפעול dopants-איזון תשלום נוסף וכהוכח לייצר גיאומטריה כדורית NP 24 הצירופים והפולימרים יישארו במדינת חמצון, (כפי שמעידים קליטת השיא ב795 ננומטר; איור 4)., שהוא מבקראל עבור יישומים ביו בי הקליטה בטווח ניר היא הכרחית. 24

ניתוח פוטנציאל זטה מבוצע בדרך כלל על מנת להעריך את היציבות של מתלי NP. פוטנציאל זטה הוא הפוטנציאל בגבול בין שכבת שטרן בי יונים קשורים מאוד עם משטח NP, והשכבה המפוזרת בי יונים כבר לא אינטראקציה עם פני השטח NP. 31 מדידות פוטנציאל זטה להסתמך על התנועה של צירופים וטעונים כאשר חשמלי השדה מוחל על ההשעיה. באופן ספציפי, צירופים וטעונים שלילי נמשכים לכיוון האלקטרודה החיובית, ולהיפך. ניתן התייצבו השעיות קולואיד באמצעות repulsions אלקטרוסטטי. באופן ספציפי, השעיות נחשבות יציבה כאשר פוטנציאל זטה הוא גדול יותר מ+/- 30 mV. בניסוחי NP, הנוכחות של קבוצות sulfonate וcarboxylate מDBSA וPSS-שיתוף-MA מניבה תשלום משטח שלילי על הצירופים.

טיהור של הדואר צירופים הוא צעד חיוני כדי להסיר כל שטח עודף וכל חומר התחלת unreacted לפני מחקרי תאים במבחנה. ההסרה פעילי שטח לא יעילה יכולה להוביל למוות של תאים משמעותיים. כמו לכל אחר בassay תא מבחנה, הוא חיוני לעבודה בזרימה למינרית ולעבוד בתנאים סטריליים. גם צירופים וצריכים להיות מעוקרים לפני השימוש על ידי עובר ההשעיה דרך מסנן 0.2 מיקרומטר סטרילי. כמו כן, חשוב לוודא את הריכוז של מתלי NP לאחר סינון סטרילי. לשם כך, כל חלק של ההשעיה NP המסוננת של נפח ידוע יכול להיות מיובש בהקפאה כדי להשיג המסה היבשה. Assay כדאיות תא MTT משמש בדרך כלל כדי לחקור את ההשפעה של ביו-חומרים, כוללים צירופים, על תאים בתרבית. assay זה פשוט יכול להיות מותאם לחקירה של cytocompatibility של מתלי NP עם כל שורת תאי יונקים. Assay colorimetric MTT מבוסס על המרה של tetrazolium צהוב לצבוע לסגול, insolגבישי uble formazan אז מה שיכול להיות מומס בDMSO או פתרונות אלכוהול חומצי. 35,36 בעת ביצוע מבחני תא מבחנה כגון assay כדאיות תא MTT בצלחות רב גם, עקביות בזריעת תאים ומניפולציה היא קריטית להשגת הבדלים מזעריים בין לשכפל דגימות. לפני ובמהלך הניסוי, יש לבחון את תאי זרע במיקרוסקופ כדי להבטיח זריעה עקבית וצמיחה, וגם כדי לשלול זיהום. לבסוף, מיקרוסקופיה יכולה גם להיות מנוצלת כדי לאשר פירוק של גבישי formazan מלא לאחר תוספת של DMSO.

מחקרי photothermal נערכו באמצעות לייזר רציף ב 808 ננומטר. השימוש בלייזר לעומת פעמו רציף יכול לחמם חומרים שונים. מחקרים קודמים בהשוואה המרת photothermal ואבלציה photothermal עם ננו זהב כסוכני PTT, יש צורך במחקר נוסף 37 אבל לחקור המרת photothermal מpolymeriצירופים כמו אלה שתוארו במסמך ג. בעבודה זו, הלייזר התפצל לעדשה קמורה והתמקד בגודל נקודה 6 מ"מ. חשוב להיזהר שלא להפריע את המערכת האופטית בעת הפעלת ניסויים כדי למנוע שינויים מקריים במישור המוקד שיגרמו הבדלים בתוצאות המרת photothermal. צלחת חמה שימשה כדי לחמם ולשמור על טמפרטורה קבועה בסיס למחקר.

לסיכום, פרוטוקול להכנת NP של פולימרים האלקטרו התלויים במדיום המימי מתואר. צימוד Negishi הוא שיטה יעילה לצימוד 1,4-dialkoxy-2,5-dibromobenzenes עם 3,4-ethylenedioxythiophene (מעדות). Electropolymerization של מונומרים הוא מפורט בפרוטוקול זה. זה מוכיח להיות דרך יעילה לייצר במהירות סרטי פולימר וללמוד המאפיינים האלקטרוניים שלהם. סרטי הפולימר מתאפיינים נוסף באמצעות ספקטרוסקופיה-Vis-ניר UV כדי לקבוע את פערי הלהקה של הפולימרים ניטראליים. Electrochתשואות פילמור תחליב emical תת-100 ננומטר צירופים ועם מורפולוגיות כדוריות אחידות. בנוסף לטיפול אבלציה photothermal, יש צירופים אלה יישומים פוטנציאליים רבים במכשירי electroactive, כוללים אחסון אנרגיה וחיישנים. המחקרים התרמיים וcytocompatibility בוצעו מצביעים על כך שצירופים אלה יכולים להיות מועמדים פוטנציאליים ביישומים ביו-רפואיים כסוכני photothermal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgements

עבודה זו מומנה בחלקו על ידי קרן טקסס Emerging Technology (אתחול לשחפת), מדינה באוניברסיטת מחקר תכנית שיפור טקסס, מדינת אוניברסיטת דוקטורט מחקר טקסס (לTC), שותפות NSF למחקר ולחינוך בחומרים (PREM, DMR-1205670), קרן וולש (AI-0045), והמכונים לאומי לבריאות (R01CA032132).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2 mm diameter platinum working electrode CH Instruments CH102 Polished using very fine sandpaper
3,4-ethylenedioxythiophene Sigma-Aldrich 483028 Purified by vacuum distillation
3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromide (MTT) 98% Alfa Aesar L11939
505 Sonic Dismembrator Fisher Scientific™  FB505110 1/8“ tip and rated at 500 watts
808 nm laser diode ThorLabs L808P1WJ Rated at 1 W
Acetonitrile anhydrous 99% Acros 61022-0010
Avanti J-26 XPI Beckman Coulter 393127
Bromohexane 98% MP Biomedicals 202323
Dialysis (100,000) MWCO SpectrumLabs G235071
Dimethyl sulfoxide 99% (DMSO) BDH BDH1115
Dimethylformamide anhydrous (DMF) 99% Acros 326870010
Dodecyl benzenesulfonate (DBSA)  TCI D0989
Dulbecco’s modified eagle medium (DMEM)  Corning 10-013 CV
EMS 150 TES sputter coater Electron Microscopy Sciences
Ethanol (EtOH) 100% BDH BDH1156
ethyl 4-bromobutyrate (98%) Acros 173551000
Ethyl acetate 99% Fisher UN1173
Fetal bovine serum (FBS) Corning 35-010-CV
Helios NanoLab 400 FEI
Hexane Fisher H306-4
Hydrochloric acid (HCl) Fisher A142-212
Hydroquinone 99.5% Acros 120915000
Hydrozine anhydrous 98% Sigma-Aldrich 215155
Indium tin oxide (ITO) coated galss Delta Technologies CG-41IN-CUV 4-8 Ω/sq
Iron chloride 97% FeCl3 Sigma-Aldrich 157740
Magnesium sulfate (MgSO4) Fisher 593295 Dried at 100 °C
SKOV-3 ATCC HTB-26
Methanol BDH BHD1135
n-Butlithium (2.5 M)  Sigma-Aldrich 230707 Pyrophoric
Poly(styrenesulfonate-co-malic acid) (PSS-co-MA) 20,000 MW Sigma-Aldrich 434566
Potassium carbonate Sigma-Aldrich 209619 Dried at 100 °C
Potassium hydroxide Alfa Aesar A18854
Potassium iodide Fisher P410-100
RO-5 stirplate IKA-Werke
SC4000 IR camera FLIR
Synergy H4 Hybrid Reader Biotek
Tetrabutylammonium perchlorate (TBAP) 99% Sigma-Aldrich 3579274 Purified by recrystallization in ethyl acetate
Tetrahydrofuran anhydrous (THF) 99% Sigma-Aldrich 401757
tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0) Sigma-Aldrich 216666 Moisture sensitive
Thermomixer Eppendorf
USB potentiostat/galvanostat WaveNow AFTP1
Zetasizer Nano Zs Malvern Optical Arrangment 175°
Zinc chloride (1 M) ZnCl2 Acros 370057000

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Irvin, J., Irvin, D., Stenger-Smith, J. Electrically active polymers for use in batteries and supercapacitors. Handbook of Conducting Polymers. (2007).
  2. Amb, C. M., Dyer, A. L., Reynolds, J. R. Navigating the color palette of solution-processable electrochromic polymers. Chemistry of Materials. 23, (3), 397-415 (2011).
  3. Beaujuge, P. M., Reynolds, J. R. Color control in pi-conjugated organic polymers for use in electrochromic devices. Chemical Reviews. 110, (1), 268-320 (2010).
  4. Ananthakrishnan, N., Padmanaban, G., Ramakrishnan, S., Reynolds, J. R. Tuning polymer light-emitting device emission colors in ternary blends composed of conjugated and nonconjugated polymers. Macromolecules. 38, (18), 7660-7669 (2005).
  5. Zhu, Y., Otley, M. T., et al. Neutral color tuning of polymer electrochromic devices using an organic dye. Chemical Communications, Cambridge, England. 50, (60), 8167-8170 (2014).
  6. Kline, W. M., Lorenzini, R. G., Sotzing, G. A. A review of organic electrochromic fabric devices. Coloration Technology. 130, (2), 73-80 (2014).
  7. Gerard, M., Chaubey, A., Malhotra, B. D. Application of conducting polymer to biosensors. Biosensors & Bioeletronics. 17, 345-359 (2002).
  8. Abidian, M. R., Kim, D. -H., Martin, D. C. Conducting-polymer nanotubes for controlled drug release. Advanced materials. 18, (4), 405-409 (2006).
  9. Ge, D., Qi, R., et al. A self-powered and thermally-responsive drug delivery system based on conducting polymers. Electrochemistry Communications. 12, (8), 1087-1090 (2010).
  10. George, P. M., LaVan, D. A., Burdick, J. A., Chen, C. -Y., Liang, E., Langer, R. Electrically controlled drug delivery from biotin-doped conductive polypyrrole. Advanced Materials. 18, (5), 577-581 (2006).
  11. Li, Y., Neoh, K. G., Kang, E. T. Controlled release of heparin from polypyrrole-poly(vinyl alcohol) assembly by electrical stimulation. Journal of biomedical materials research. Part A. 73, (2), 171-181 (2005).
  12. Svirskis, D., Travas-Sejdic, J., Rodgers, A., Garg, S. Electrochemically controlled drug delivery based on intrinsically conducting polymers. Journal of controlled release: official journal of the Controlled Release Society. 146, (1), 6-15 (2010).
  13. Cheng, L., Yang, K., Chen, Q., Liu, Z. Organic stealth nanoparticles for highly effective in vivo near-infrared photothermal therapy of cancer. ACS Nano. 6, (6), 5605-5613 (2012).
  14. Chougule, M. A. Synthesis and characterization of polypyrrole (PPy) thin films. Soft Nanoscience Letters. 01, (01), 6-10 (2011).
  15. Yang, K., Xu, H., Cheng, L., Sun, C., Wang, J., Liu, Z. In vitro and in vivo near-infrared photothermal therapy of cancer using polypyrrole organic nanoparticles. Advanced materials. 24, (41), 5586-5592 (2012).
  16. Diniz, S. N., Sosnik, A., Mu, H., Valduga, C. J. Nanobiotechnology. BioMed research international. 2013, (2013).
  17. Weissleder, R. A Clearer Vision for in vivo Imaging. Nature Biotechnology. (2001).
  18. Irvin, J., Reynolds, J. Low-oxidation-potential conducting polymer: alternating substituted para-phenylene and 3,4-ethylenedioxythiophene repeat units. Polymer. 39, (11), 2339-2347 (1998).
  19. Yang, Y., Oldenhius, N., Buchwald, S. Mild and general condition for Negishi cross-coupling enabled by the use of palladacycle percatalysts. Angew Chem. 29, (6), 997-1003 (2012).
  20. Negishi, E., Hu, Q., Huang, Z., Qian, M., Wang, G. The Negishi Coupling: an update: Enantiopure sulfoxides and sulfinamides. New products from Aldrich R & D. Aldrichchimica Acta. 38, (3), (2005).
  21. Bilati, U., Allémann, E., Doelker, E. Development of a nanoprecipitation method intended for the entrapment of hydrophilic drugs into nanoparticles. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 24, (1), 67-75 (2005).
  22. Nagavarma, B. V. N., Yadav, H. K. S., Ayaz, A., Vasudha, L. S., Shivakumar, H. G. Different techniques for preparation of polymeric nanopaticles-A review. Asian Journal of Pharaceutical and Clinical Research. 5, (3), 16-23 (2012).
  23. Vaitkuviene, A., Kaseta, V., et al. Evaluation of cytotoxicity of polypyrrole nanoparticles synthesized by oxidative polymerization. Journal of Hazardous Materials. 250-251, 167-174 (2013).
  24. Han, Y. K., Yih, J. N., et al. Facile synthesis of aqueous-dispersible nano-PEDOT:PSS-co-MA core/shell colloids through spray emulsion polymerization. Macromolecular Chemistry and Physics. 212, (4), 361-366 (2011).
  25. Winkel, K. L., Carberry, J. R., Irvin, J. A. Synthesis and electropolymerization of 3,5-bis-(3,4-ethylenedioxythien-2-yl)-4,4-dimethyl isopyrazole: A donor-acceptor-donor monomer. Journal of the Electrochemical Society. 160, (8), G111-G116 (2013).
  26. Hoye, T., Eklov, B., Voloshin, M. No-D NMR spectroscopy as a convenient method for titering. Organic Letters. 6, (15), 2567-2570 (2004).
  27. Umezawa, K., Oshima, T., Yoshizawa-Fujita, M., Takeoka, Y., Rikukawa, M. Synthesis of hydrophilic-hydrophobic block copolymer ionomers based on polyphenylenes. ACS Macro Letters. 1, (8), 969-972 (2012).
  28. Tao, Z., Fan, H., Zhou, J., Jin, Q. Conjugated polyelectrolyte with pendant caboxylate groups: synthesis, photophysics, and pH responses in the presence of surfactants. Journal of Polymer Science Part A-Polymer Chemistry. 46, (3), 830-843 (2008).
  29. Winkel, K. L., Carberry, J. R., et al. Donor-acceptor-donor polymers utilizing pyrimidine-based acceptors. Reactive & Functional Polymers. 83, 113-122 (2014).
  30. Kròl, E., Scheffers, D. -J. FtsZ polymerization assays: simple protocols and considerations. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (81), e50844 (2013).
  31. Zolnik, B., Potter, T. M., Stern, S. T. Zeta potential measurement. Methods in Molecular Biology. 697, 173-179 (2011).
  32. Nogi, K., Naito, M., Yokoyama, T. Nanoparticle technology handbook. Elsevier. (2012).
  33. Pattani, V. P., Tunnell, J. W. Nanoparticle-mediated photothermal therapy: A comparative study of heating for different particle types. Lasers in Surgery and Medicine. 44, (8), 675-684 (2012).
  34. Subianto, S., Will, G. D., Kokot, S. Templated electropolymerization of pyrrole in a capillary. Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry. 41, (12), 1867-1869 (2003).
  35. Sgouras, D., Duncan, R. Methods for the evaluation of biocompatibility of soluble synthetic polymers which have potential for biomedical use: use of the tetrazolium-based colorimetric assay (MTT) as a preliminary screen for evaluation of in vitro cytotoxicity. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 1, (2), 61-68 (1990).
  36. Ahmadian, S., Barar, J., Saei, A. A., Fakhree, M. A. A., Omidi, Y. Cellular toxicity of nanogenomedicine in MCF-7 cell line: MTT assay. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (26), (2009).
  37. Huang, X., Kang, B., et al. Comparative study of photothermolysis of cancer cells with nuclear-targeted or cytoplasm-targeted gold nanospheres: continuous wave or pulsed lasers. Journal of Biomedical Optics. 15, (5), 058002 (2015).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats