Elektroaktiven Polymer-Nanopartikel Teilnahmephotothermische Eigenschaften

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
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Engineering

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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).

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Abstract

Introduction

Elektroaktive Polymere die Eigenschaften (Farbe, Leitfähigkeit, Reaktivität, Volumen, etc.) ändern, in Gegenwart eines elektrischen Feldes. Die schnelle Schaltzeiten, Einstellbarkeit, Langlebigkeit und leichten Eigenschaften der elektroaktiven Polymere sind in viele vorgeschlagenen Anwendungen, einschließlich der alternativen Energie, Sensoren, elektrochrome und biomedizinische Geräte geführt. Elektroaktive Polymere sind potentiell als flexible, leichte Batterie und Kondensator-Elektroden. 1 Anwendungen der elektroaktiven Polymere in elektrochromen Vorrichtungen sind blendMinderungsSysteme für Gebäude und Autos, Sonnenbrillen, Schutzbrillen, optische Speichergeräte und Smart Textiles. 2-5 Smart-Fenster kann der Energiebedarf durch die Blockade spezifischer Wellenlängen des Lichts auf Abruf und zum Schutz der Innenräume von Häusern und Autos zu reduzieren. Intelligente Textilien können in der Kleidung verwendet werden, um zum Schutz vor UV-Strahlung. 6 Elektroaktive Polymere haben also begonnen, bei medizinischen Vorrichtungen verwendet werden. Unter elektroaktive Polymere in biomedizinischen Vorrichtungen verwendet, Polypyrrol (PPy), Polyanilin (PANI) und Poly (3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT) gehören zu den am häufigsten. Beispielsweise werden diese Typen von Polymeren allgemein als Wandler in Biosensorvorrichtungen benutzt 7 Anwendungen in therapeutischen Abgabe wurden ebenfalls als vielversprechend erwiesen. Studien haben die Freisetzung von Medikamenten und therapeutischen Proteinen aus Vorrichtungen aus elektroaktiven Polymeren, hergestellt jüngerer demonstriert. 8-12 wurden elektroaktive Polymere als therapeutische Mittel in photothermische Therapie verwendet worden. 13-15 In photothermische Therapie muss der photothermischen Mitteln Licht im nahen absorbieren -Infrarot (NIR) Region (~ 700-900 nm), die auch als therapeutische Fenster, wo Licht die maximale Eindringtiefe in Gewebe, in der Regel bis zu 1 cm. 16,17 In diesem Bereich ist bekannt, biologische Chromophore wie Hämoglobin haben oxygeniertem Hämoglobin, Lipiden und Wasser wenig bis keinenAbsorption, die Licht ermöglicht, leicht durchdringen. Wenn photothermische Mittel absorbieren Licht in diesem therapeutischen Fensters wird die Lichtenergie, um photothermische Energie umgewandelt.

Irvin und Mitarbeiter haben zuvor berichtet alkoxysubstituierten Bis-EDOT Benzol Monomere, die unter Verwendung von Negishi-Kupplung synthetisiert. 18 Negishi-Kupplung ist eine bevorzugte Methode für die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsbildung. Dieses Verfahren hat viele Vorteile, einschließlich der Verwendung von zinkorganischen Zwischenprodukte, die weniger toxisch sind und in der Regel höhere Reaktivität aufweisen als andere metallorganische Verbindungen eingesetzt. 19,20 organischer Verbindungen sind auch mit einer Vielzahl von funktionellen Gruppen an den Organohalogeniden kompatibel. 20 in der Negishi-Kupplungsreaktion, ein Organohalogenid und Organometall werden durch die Verwendung eines Palladium (0) -Katalysators 20 gekoppelt ist. In der hier vorgestellten Arbeit wird diese Kreuzkupplungsverfahren zur Synthese von 1,4-Dialkoxy-2,5-bis genutzt ( 3,4-ethylenedioxythienyl) benzene (Bedot-B (OR) 2) Monomeren. Diese Monomere können dann leicht elektrochemisch oder chemisch polymerisiert werden, um Polymere, die vielversprechende Kandidaten für die Verwendung in biomedizinischen Anwendungen ergeben.

Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von kolloidalen, polymeren Suspensionen in wässrigen Lösungen für biomedizinische Anwendungen beinhalten typischerweise die Auflösung des Massenpolymeren gefolgt von Nanopräzipitation oder Emulsion-Lösungsmittelverdampfungsverfahren. 21,22 Um NPs Poly (Bedot-B (OR) 2) , ein Bottom-up-Ansatz ist hier gezeigt, in der die nationalen Parlamente werden über in situ Emulsionspolymerisation synthetisiert. Die Emulsionspolymerisation ist ein Prozess, der leicht skalierbar ist und eine relativ schnelle Methode zur NP Vorbereitung. 22 Studien mit Emulsionspolymerisation NPs anderer elektroaktive Polymere herzustellen, sind für PPy und PEDOT gemeldet. 15,23,24 PEDOT NPs beispielsweise Verwendung Sprühemulsion p sind vorbereitetolymerization. 24. Dieses Verfahren ist nur schwer zu reproduzieren, und in der Regel ergibt größer Mikrometergrße Teilchen. Die in diesem Artikel beschriebenen Protokoll untersucht die Verwendung von einem Drop-Beschallungsverfahren reproduzierbar herzustellen 100-nm-Polymer-Nanopartikel.

In diesem Protokoll elektroPolymere auf Licht im NIR-Bereich ähnlich wie zuvor berichtet Poly absorbieren (Bedot-B (OR) 2) synthetisiert und charakterisiert, um ihr Potential in elektrochromen Vorrichtungen und als PTT Mittel demonstrieren. Zuerst wird das Protokoll für die Synthese der Monomere über Negishi-Kupplung beschrieben. Die Monomere werden unter Verwendung von NMR und UV-Vis-NIR-Spektroskopie charakterisiert. Die Herstellung von NP Kolloidsuspensionen über oxidative Emulsionspolymerisation in wässrigen Medien ist ebenfalls beschrieben. Das Verfahren beruht auf einer bereits von Han et al., Die den verschiedenen Monomeren angewendet wird beschriebene zweistufige Emulsionspolymerisationsverfahren basiert. Ein Zwei-Tensidsystemverwendet, um die NP Monodispersität steuern. Eine Zelllebensfähigkeitstest wird verwendet, um cytocompatibility der NPs zu bewerten. Schließlich wird das Potential dieser Nanopartikel als PTT Wandler wirken durch Bestrahlung mit einem NIR-Laser nachgewiesen.

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Protocol

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1. Monomersynthese

ANMERKUNG: Abbildung 1 zeigt die chemischen Weg zur Herstellung von Grundstoffen und Monomeren, deren Synthese wird in den Abschnitten 1.2 - 1.5.

  1. Materialien
    1. Reinige EDOT wie zuvor beschrieben. 25
    2. Kristallisiere Tetrabutyltitanat Ammoniumperchlorat (TBAP) aus Ethylacetat und trockene unter Vakuum für 24 Stunden. Titrieren n-Butyllithium (nBuLi, 2,5 M in Hexan) nach Hoye et al.
    3. Trockenes Magnesiumsulfat und Kaliumcarbonat bei 100 ° C für 24 Stunden vor der Verwendung. Verwenden Sie alle anderen Chemikalien, die in diesem Protokoll verwendet wie erhalten.
  2. Synthese von 1,4-Dialkoxybenzenes
    Anmerkung: 1A zeigt die Herstellung von 1,4-Dihexyloxybenzol Verwendung von 1-Bromhexan.
    1. Auszustatten einen ofengetrockneten Dreihalsrundkolben mit einem Septum, einem Argoneinlaßadapter und einem Kühler mit einem Gasaustrittsteil an eine Waschflasche angeschlossen ausgestattet. Fügen Sie einen Rührstab in den Kolben vor dem Versiegeln.
    2. Schließen Sie das Einlassadapter in ein Schlenk-Linie unter Verwendung von Poly (vinylchlorid) (PVC) Schläuche und spülen Sie das Rundkolben mit Argon.
    3. Anschließend 12,5 g (113,5 mmol) Hydrochinon in den Rundkolben und löst ihn in 20 ml wasserfreiem Tetrahydrofuran (THF) unter Rühren zugegeben.
    4. Separat auflösen 14 g (250 mmol) KOH in 30 ml Ethanol in einem einzigen HalsRundkolben und rühren bis gelöst.
    5. Sobald Lösung langsam der KOH-Lösung zum Dreihalsrundkolben wurde unter Verwendung einer Spritze. Das Gemisch kann für 1 Stunde rühren.
    6. Nach 1 Stunde, fügen Sie 250 mmol 1-Bromalkan zu dem Reaktionsgemisch.
    7. Das Reaktionsgemisch wird am Rückfluss für 24 h unter Rühren unter Argon zugegeben.
    8. Nach 24 Stunden, damit das Reaktionsgemisch auf RT abkühlen und fügen Sie 15 ml VE-Wasser und 10 ml Dichlormethan.
    9. Überführt die Mischung in einen Scheidetrichter. Isolieren der organischen Schicht und waschen Sie es dreimal mit 10 ml VE-Wasser.
    10. Die organische Phase wird über 15 g MgSO 4 für 15 min.
    11. Entfernen Sie die MgSO4 mittels Vakuumfiltration durch Filterpapier.
    12. Entfernen des Lösungsmittels aus der filtrierten Lösung mit einem Rotationsverdampfer bei 50 ° C und 21 kPa bis 1,4-Dialkoxybenzol als roher weißer Feststoff erhalten.
    13. Man kristallisiert das rohe Produkt durch Zugabe von gerade genug heißem Ethanol zulösen Sie das Produkt. Einmal gelöst, legen Sie in einem Eisbad, um die Kristallisation zu induzieren.
    14. Sammeln Sie Kristalle durch Vakuumfiltration durch Filterpapier und wäscht mit kaltem Ethanol.
    15. Trocknen Sie die Kristalle unter Vakuum für 24 Stunden bei Raumtemperatur und speichert sie unter Argon bis zur weiteren Verwendung. Dieses Verfahren produziert 1,4-Dihexyloxybenzol.
    16. Charakterisieren das Produkt mit Schmelzpunkt und 1 H- und 13 C-NMR-Spektroskopie. 27
  3. Synthese von 1,4-Dialkoxybenzenes haltigen Estergruppierungen
    ANMERKUNG: Abbildung 1B zeigt die chemische Weg zur Herstellung eines 1,4-Dialkoxybenzol mit Ethyl-4-brombutanoat.
    1. Auszustatten einen ofengetrockneten Dreihalsrundkolben mit einem Septum, einem Argoneinlaßadapter und einem Kühler mit einem Glasauslaß Adapter an eine Waschflasche angeschlossen ausgestattet. Fügen Sie einen Rührstab in den Kolben vor dem Versiegeln.
    2. Schließen Sie das Einlassteil an den Schlenk-Leitung mit PVC-Schlauch zu spülen und mit Argon.
    3. Man wiegt 1,88 g (93,5 mmol) KI und 15,69 g (93,3 mmol) K 2 CO 3 und fügen Sie den Rundkolben.
    4. 25 ml wasserfreiem N, N-Dimethylformamid (DMF) und Rühren, bis die Salze zu lösen.
    5. Einmal gelöst, fügen 2,5 g (18,7 mmol) Hydrochinon der Reaktionsmischung, die die Reaktion zu rühren bis gelöst.
    6. Wenn alle Feststoffe gelöst sind, fügen 46,8 mmol Alkyl bromoalkanoate; Das Reaktionsgemisch wird am Rückfluss für 24 h unter Argon unter kontinuierlichem Rühren.
    7. Entfernen Sie das Reaktionsgemisch von der Hitze und lassen Sie es auf RT abkühlen.
    8. Übertragen der Reaktionsmischung in einen Scheidetrichter und Wasser (20 ml) und Ethylacetat (20 ml), um die organische Schicht zu extrahieren. Isolieren der organischen Schicht und waschen Sie es dreimal mit Wasser (20 ml).
    9. Die organische Phase wird über 15 g MgSO 4 für 15 min. Einmal getrocknet, entfernen MgSO 4 aus dem Gemisch mittels Vakuumfiltration durch filter Papier.
    10. Entfernung des Lösungsmittels mit einem Rotationsverdampfer bei 100 ° C und 21 kPa. Trocknen Sie das Rohprodukt unter Vakuum bei RT O / N.
    11. Man kristallisiert das Produkt durch Zugabe von gerade genug heißem Ethanol zu lösen die ganze solide. Einmal gelöst, abkühlen der Kolben in Eis und ermöglichen Kristalle zu bilden. Sammeln Sie das Produkt durch Vakuumfiltration und wasche mit kaltem Ethanol.
    12. Trocknen Sie die Kristalle im Vakuum bei RT für 24 h und speichern unter Argon bis zur weiteren Verwendung. Dieses Verfahren erzeugt 1,4-Bis (ethyl butanoyloxy) benzol.
    13. Charakterisieren das Produkt mit Schmelzpunkt und 1 H- und 13 C-NMR-Spektroskopie. 28
  4. Synthese von 1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzolen
    Anmerkung: Der chemische Weg zur Herstellung von 1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzolen ist in 1A und 1B gezeigt.
    1. Setzen Sie einen trockenen Dreihalsrundkolben mit Argoneinlass, einem konstanten Druck Zugabetrichter mit einem verkapptenGlasstopfen oder Septum und einem Auslass, um Kunststoffschlauch mit einem invertierten Glastrichter über einen 1 M NaOH-Lösung suspendiert ausgestattet verbunden.
    2. In diesem Rundkolben löst man 218 mMol 1,4-Dialkoxybenzol in Dichlormethan (15 ml).
    3. Separat, fügen 12 ml (598 mmol) Br 2 in einen 250 ml Kolben gegeben und mit Dichlormethan (12 ml) verdünnen.
    4. Übertragen Sie die Br 2 / Dichlormethan-Lösung, um den konstanten Druck Zugabetrichter. Fügen Sie die Br 2-Lösung tropfenweise in den Dreihalsrundkolben mit Rühren unter Argon über einen Zeitraum von 2 Stunden.
    5. Nach der vollständigen Zugabe reagieren lassen, O / N im Dauerargonstrom gerührt.
    6. Quenche die Reaktion durch Zugabe von DI-Wasser (20 ml) und die Mischung in einen Scheidetrichter.
    7. Isolieren Sie die organische Schicht und wäscht dreimal mit VE-Wasser (20 ml). Die organische Phase wird über 15 g MgSO 4 für 15 min.
    8. Entfernen Sie die MgSO 4 durchVakuumfiltration über Filterpapier, und das Lösungsmittel mit einem Rotationsverdampfer bei 75 ° C und 21 kPa.
    9. Reinige rohe 1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzol durch Zugabe von gerade genug heißem Ethanol zu lösen die ganze solide. Einmal gelöst, abkühlen der Kolben in Eis und ermöglichen Kristalle zu bilden. Sammeln Sie das Produkt durch Vakuumfiltration und wasche mit kaltem Ethanol.
    10. Trocknen Sie das gereinigte Produkt unter Vakuum bei RT O / N; speichern unter Argon.
    11. Charakterisieren das Produkt mit Schmelzpunkt und 1 H- und 13 C-NMR-Spektroskopie. 27,28
  5. Negishi-Kupplung von 1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzolen mit 3,4-Ethylendioxythiophen (EDOT)
    Hinweis: 1C zeigt die Negishi-Kupplung von 1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzolen mit EDOT Monomere M1 und M2 bilden.
    1. Setzen Sie eine saubere Dreihalsrundkolben, der mit einem Septum, einem Kühler mit einer Einlassströmungssteuerteil an Argon verbunden montiert, und ein Gasaustrittsströmung conSteuerungsadapter an eine Waschflasche angeschlossen.
    2. Schließen Sie das Einlassteil an den Schlenk-Linie mit dickwandigen PVC-Schlauch. Beginnen Argonstrom in den Reaktionskolben für einige Minuten.
    3. Mit Hilfe eines Bunsenbrenners, flamm trocknen das Gerät unter Vakuum und Spülen mit Argon dreimal, um einen luftlosen Umgebung zu gewährleisten.
    4. Wiegt 1,07 g (10 mmol) gereinigtes EDOT und zu dem Reaktionskolben unter Verwendung einer Spritze durch das Septum eingeführt ist. Verdünnt das EDOT mit wasserfreiem THF (20 ml) und rührt unter Argon.
    5. Chill-Kolbens, der das EDOT Lösung unter Verwendung eines Trockeneis / Aceton-Bad 15 Minuten lang bei -78 ° C.
    6. Nach 15 Minuten gibt man langsam 11 mmol n-BuLi in Hexan tropfenweise unter Halten der Temperatur bei -78 ° C. Rühre das Reaktionsgemisch bei -78 ° C für 1 Stunde.
      Hinweis: Die genaue Konzentration des nBuLi sollte durch Titration vor der nach Abschnitt 1.1 zu verwenden bestimmt werden.
    7. Nach 1 Stunde Rühren, entfernen Sie die Trockeneis / Aceton-bath.
    8. Unmittelbar nach dem Entfernen des Bades, fügen 14,13 ml von 1,0 M ZnCl & sub2; -Lösung zugetropft. Die die Reaktion für 1 h ablaufen unter Rühren bei RT.
    9. Nach 1 h Rühren werden 4 mmol des 1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzol und 0,08 mMol Tetrakis (triphenylphosphin) palladium (0) in der Reaktionsmischung.
    10. Das Reaktionsgemisch wird am Rückfluss (70 ° C) in einem Ölbad.
    11. Verfolgen Reaktionsverlauf mittels Dünnschichtchromatographie (TLC): Nehmen Sie kleine (0,2 ml) Aliquots der Reaktionsmischung täglich mit einer Spritze und fallen in 2 ml 1 M HCl. Auszug mit 2 ml CHCl 3 und Spot des Extrakts auf einer Silica-TLC-Platte neben Spots von Lösungen von EDOT und dem appropriate1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzol. Elution mit 60:40 Ethylacetat: Hexan.
    12. Wenn die Reaktion abgeschlossen ist, damit das Reaktionsgemisch auf RT abkühlen. Die Reaktion wird durch Zugabe von 10 ml 1 M HCl, gefolgt von der Zugabe von Dichlormethan (20 ml).
    13. Transfer in einen Scheidetrichter und Isolierung der organischen Schicht.
    14. Die organische Schicht wird mit DI-Wasser, bis das Waschwasser nicht mehr sauer. Testen Sie den Säuregrad des Waschwassers mit pH-Papier.
    15. Die organische Phase wird über 15 g MgSO 4, filtriert und das Lösemittel am Rotationsverdampfer bei 50 ° C und 21 kPa, um das rohe ausgedehntes konjugiertes Monomer (M1 oder M2) in Form eines gelb-orangen Feststoff zu ergeben.
    16. Umkristallisation des Rohprodukts unter Verwendung einer heißen Lösung von 3: 1 Ethanol: Benzollösung für M1 oder 7: 2 Hexan: Benzol M2. Fügen Sie gerade genug, heiße Lösungsmittelgemisch, um den Feststoff zu lösen. Einmal gelöst, abkühlen der Kolben in Eis und ermöglichen Kristalle zu bilden. Sammeln Sie das Produkt durch Vakuumfiltration und wasche mit kaltem Ethanol.
    17. Trocknen Sie das Produkt unter Vakuum für 24 Stunden bei RT. Lagern Sie im Dunkeln unter Argon.
    18. 18 kennzeichnen das Produkt unter Verwendung von Schmelzpunkt und 1 H- und 13 C-NMR-Spektroskopie.

  1. Elektropolymerisation
    1. In einem 50-ml-Messkolben bereiten eine 100 mM Tetrabutylammoniumperchlorat (TBAP) Elektrolytlösung in wasserfreiem Acetonitril (CH 3 CN).
    2. In einen 10-ml-Messkolben bereiten ein 10 mM Monomer (M1 oder M2) Lösung unter Verwendung der 100 mM TBAP / CH 3 CN-Lösung als Verdünnungsmittel.
    3. Hinzufügen eines Silberdraht (Pseudo-Referenzelektrode) und eine Platinfahne (Gegenelektrode) in einen ofengetrockneten elektrochemischen Zelle.
    4. Legen Sie eine frisch polierten Platin-Taste (2 mm 2 Durchmesser) für die Verwendung als Arbeitselektrode. Stellen Sie sicher, dass der Boden des Platinknopfelektrode wird die Unterseite der elektrochemischen Zelle nicht zu berühren.
    5. Füllen der elektrochemischen Zelle mit genügend Monomer Elektrolytlösung, um sicherzustellen, dass die Spitzen aller drei Elektroden in die Lösung eingetaucht.
    6. Entlüften Sie die Lösung für 5 Minuten durch leichtes sprudelnden Argon durch eine Nadel in th eingetauchte-Lösung.
    7. Heben Sie die Nadel 2 mm über der Lösung und Argonstrom weiterhin während des gesamten Versuchs, eine Argondecke über der Lösung zu halten.
    8. Die Elektroden an den Potentiostaten und beginnen die Polymerisation durch Aus- und das angelegte Potential fünfmal bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von 100 mV / s und einem Potentialbereich zwischen -1,5 V und 1,0 V.
    9. Notieren Sie sich die aktuelle Ausgabe während dieses Prozesses zu Cyclovoltammogramme generieren.
  2. Polymer Elektrochemie
    1. Nachdem der Polymerfilm auf der Platinknopf Arbeitselektrode abgeschieden wird, zu entfernen alle Elektroden aus dem Monomer Elektrolytlösung und vorsichtig gründlich mit monomerenfreien Elektrolytlösung (3 ml).
    2. Hinzufügen der Elektroden an einem sauberen elektrochemischen Zelle und fügen genug monomerfreie Elektrolytlösung, um sicherzustellen, dass die Spitzen aller drei Elektroden in die Lösung eingetaucht.
    3. Die Elektroden an den Potentiostaten. Zyklus das angelegte Potential two-mal bei einer Sweep-Rate von 50 mV / s und einem Potentialbereich -1,5 V und +1,0 V.
    4. Wiederhole den Versuch bei 100, 200, 300 und 400 mV / sec. Notieren Sie sich die aktuelle Ausgabe während jedes Experiment zu Cyclovoltammogramme generieren.
  3. Herstellung von elektropolymerisierten Films für die UV-Vis-NIR-Spektroskopie und Photothermische Untersuchungen
    1. Bereiten Polymerfilme, wie in Abschnitt 2.1 mit einem Indium-Zinn-Oxid (ITO) beschichteten Glasträger als Arbeitselektrode beschrieben, diesmal. Wachsen die Polymerfolien über 5 Zyklen bei einer Abtastgeschwindigkeit von 100 mV / sec.
    2. Nach Polymerabscheidung, entfernen Sie die Elektroden von der Monomer-Lösung und spülen Sie mit Acetonitril (5 ml).
    3. Bewahren Sie die Polymerfolie in Acetonitril vor der spektroskopischen Untersuchungen.

3. NP Vorbereitung

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der für NP Herstellung durch Emulsionspolymerisation verwendete Verfahren.

  1. Prepare eine 1 ml-Lösung von 2% (w / v) Poly (4-styrolsulfonsäure-co-maleinsäure) (PSS-co-MA) in Wasser in einem Glasfläschchen. Fügen Sie einen kleinen magnetischen Rührstab in das Fläschchen. Dies ist die wässrige Phase.
  2. Vorzubereiten 100 ul 16 mg / ml Monomerlösung in Chloroform in einem Mikrozentrifugenröhrchen.
  3. Bereiten Sie die organische Lösung durch Auflösen von 0,03 g Dodecylbenzolsulfonsäure (DBSA) in 100 ul Monomerlösung. Mischen der organischen Lösung unter Verwendung eines automatischen Vortex-Mischer für 30-60 min, um die Homogenität der Lösung sicherzustellen.
  4. Hinzufügen der organischen Phase in die wäßrige Phase tropfenweise in 10 ul-Portionen unter Rühren mit einem Magnetrührstab bis zur vollständigen Volumens der organischen Lösung eingesetzt wird. Erlauben Rühren für 60 sec in zwischen den Zugaben.
  5. 2 ml Wasser, um die Mischung zu verdünnen. Entfernen Sie den Rührstab aus dem Fläschchen.
  6. Beschallen der Emulsion unter Verwendung einer Ultraschallsonde für insgesamt 20 Sekunden im 10-Sekunden-Intervallen bei einer Amplitude von 30%, während das Eintauchen desFläschchen in einem Eisbad.
  7. Entfernen Sie die Probenfläschchen aus dem Eisbad, den Rührstab zu ersetzen, und weiterhin Rühren der Emulsion.
  8. Add 3,8 ul 100 mg / ml Lösung von FeCl 3 in Wasser zu der Monomeremulsion. Ermöglichen die Polymerisation für 1 Stunde stattfinden, während kontinuierlich gerührt wird. Dieses Protokoll Erträge NPs von Polymer stabilisiert mit PSS-co-MA.
  9. Entfernen Sie den NP-Suspension aus der Rührplatte und Überführung in 7 ml Zentrifugenröhrchen. Zentrifugieren Sie die Suspension bei 75.600 × g für 3 min; erholen Sie den Überstand und Pellet verwerfen.
  10. Dialysieren des Überstands 24 h mit 100 kDa Molekulargewichtsgrenze (MWCO) Dialyseschlauch.

4. Polymerfolien und NP Charakterisierung

Anmerkung: Charakterisieren der Polymerfolien und Nanopartikeln mittels UV-Vis-NIR-Spektroskopie und die Nanopartikel unter Verwendung von dynamischer Lichtstreuung, Zeta-Potential-Analyse und Elektronenmikroskopie.

  1. Bestimmung der Polymer-Absorption im UV-Vis-NIR-Spektrum 29
    1. NP Suspensionen: Übertragen Sie die Suspension auf eine Quarzküvette und erwerben ein Spektrum von 300 - 1000 nm bei einem Abtastintervall von 5 nm.
    2. Oxidierte Polymerfilme: Übertragen Sie die polymerbeschichteten ITO Glasobjektträger in eine Quarzküvette und füllen Sie die Küvette mit wasserfreiem Acetonitril. 2 Tropfen einer 100 mg / ml Lösung von FeCl 3 in CHCl 3 zu dem Acetonitril und zu mischen, um sicherzustellen, dass der Polymerfilm vollständig oxidiert wird. Erwerben Sie ein Spektrum von 300 - 1000 nm bei einem Abtastintervall von 5 nm.
    3. Reduzierte Polymerfilme: Übertragen Sie die polymerbeschichteten ITO Glasobjektträger in eine Küvette und füllen Sie die Küvette mit wasserfreiem Acetonitril. Einen Tropfen Hydrazin zu der Flüssigkeit und zu mischen, um sicherzustellen, dass der Polymerfilm vollständig reduziert wird. Erwerben Sie ein Spektrum von 300 - 1000 nm bei einem Abtastintervall von 5 nm.
  2. Bestimmung der NP-Größe unter Verwendung Dynamische Lichtstreuung (DLS) 30
    1. Schalten Sie den DLS-Instrument und lassenes zum Aufwärmen 15 min.
    2. Verdünnen Sie die NP-Suspension in Wasser zu einer Konzentration von 0,01 mg / ml und in einen Einmal Polystyrol Küvetten.
    3. Zeigen Küvette in Reader und beginnen Messung.
  3. Bestimmung der Zeta-Potential NP 31
    1. Schalten Sie das Zetapotential Instrument und lassen Sie es warm up für 30 min.
    2. Vorbereitung der Probe durch Verdünnen von 200 ul NP Suspension in 800 ul 10 mM KCl-Lösung.
    3. Füllen eine Wegwerfpolystyrol Küvette mit 700 ul der Probe.
    4. Einfügen des Zetapotentials Elektrodenzelle in der Probe sicherzustellen, dass sich keine Luftblasen zwischen den Elektroden oder in dem Laserlichtpfad eingeschlossen.
    5. Setzen Sie die Küvette in das Instrument und folgen Sie Software-Anweisungen für die Ausführung der Messung.
  4. Bestimmung der NP Größe mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) 32
    1. Drop-Druckguss 10 ul der NP Suspensionen auf Si-Wafern undTrocknen lassen.
    2. Sputter-Beschichtung der getrockneten Nanopartikel mit 2 nm von Iridium.
    3. Bild die Proben bei einem Arbeitsabstand von 5 mm und bei 5 kV.

5. Untersuchen Sie die Cytocompatibility der NPs

Anmerkung: Alle Zellmanipulationen sollte in einem biologischen Sicherheitsschrank (Laminarströmungshaube), um eine Kontamination der Zellen mit Bakterien, Hefen oder Pilze aus der Umgebung zu verhindern und um den Benutzer von potentiell infektiösen Krankheiten schützen erfolgen. Alle Lösungen und liefert mit den Zellen verwendet werden, sollten steril sein. Verwenden Sie geeignete aseptische Zellkulturtechniken.

  1. Kultur der SKOV-3-Eierstockkrebszellen in T75-Kolben bei 37 ° C in einem CO 2 -Inkubator (5% CO 2) unter Verwendung von Dulbeccos modifiziertem Eagle Medium (DMEM) mit 10% fötalem Rinderserum als Nährmedium ergänzt.
  2. Samenzellen in einer Zelldichte von 5.000 Zellen / Well in einer 96-Well-Platte und Inkubation für 24 h bei 37 ° C in einem CO 2
  3. Unmittelbar vor der Verwendung zu verdünnen NP Suspension in Vollwachstumsmedium in einer Konzentration von 1 mg / ml.
  4. Filtern Sie die NP-Suspensionen, indem sie durch ein steriles 0,2-um-Filter und mit Wasser auf den gewünschten Expositionskonzentrationen (2-500 ug / ml) mit voller Wachstumsmedium mit 1% Penicillin / Streptomycin ergänzt.
  5. Druckmaterial aus jeder der Vertiefungen in der Platte mit 96 Vertiefungen durch vorsichtiges Pipettieren und Ersetzen durch 100 ul NP Suspensionen bei verschiedenen Belichtungskonzentrationen oder über 100 & mgr; l NP-freien Medien für positive und negative cytocompatibility Kontrollen. Nutzen 6 Wiederholungsvertiefungen pro Bedingung.
  6. Unmittelbar vor dem nächsten Schritt, bereiten eine 0,5 mg / ml Lösung von 3- (4,5-Dimethylthiazol-2-yl) -2,5-diphenyltetrazoliumbromid (MTT) in Phenolrot-freiem DMEM. Sterilfilter die MTT-Lösung durch ein steriles 0,2-um-Filter.
  7. Nachdem man die Nanopartikel mit den Zellen für den gewünschten Zeitraum inkubieren (typically 24 oder 48 h), zu entfernen NP Suspensionen durch vorsichtiges Pipettieren aus.
  8. Sofort zu ersetzen, die Medien mit der folgenden je nach dem Zustand:
    1. Für die negative cytocompatibility Steuerung 100 l Methanol zu jeder der 6 Vertiefung und lassen für mindestens 5 min stehen lassen. Nach Methanolbehandlung, ersetzen Sie das Methanol mit 100 ul sterilfiltriert 0,5 mg / ml MTT-Lösung in Phenolrot-freiem DMEM.
    2. Für die positive Kontrolle und NP-behandelten Proben, ersetzen Sie das Medium mit 100 & mgr; l steril filtriert 0,5 mg / ml MTT-Lösung in Phenolrot-freiem DMEM.
  9. Inkubieren der Zellen für 2 bis 4 h in den Inkubator. Nach der Inkubation untersuchen die Zellen unter dem Mikroskop, um für die Bildung von Formazankristalle überprüfen.
  10. Entfernen Sie vorsichtig die MTT-Lösung durch Pipettieren und ersetzen Sie es mit 100 ul Dimethylsulfoxid (DMSO).
  11. Legen Sie die Platte mit 96 Vertiefungen auf einem Schüttler und mischen Sie für einige Minuten, um die Auflösung der für die FörderungMazan Kristallen.
  12. Die Extinktion jeder Vertiefung bei 590 nm (Absorptionsmaximum von Formazan-Produkt) und 700 nm (Baseline).
  13. Subtrahieren Sie die Probe Extinktion bei 700 nm (Baseline) aus, dass bei 590 nm für jede Vertiefung.
  14. Normalisieren der korrigierte Extinktion durch Division mit dem Mittelwert der positiven Kontrolle und die Umwandlung in einen Prozentsatz durch Multiplikation mit 100.
  15. Bestimmen Sie die durchschnittliche prozentuale Lebensfähigkeit und Standardabweichung für jede Bedingung.

6. Photothermische Transduktionsuntersuchungen

. Hinweis: In dieser Arbeit wird ein zuvor von Pattani und Tunell beschriebenen Lasersystem verwendet wird 33

  1. Photothermische Transduktion von NP Suspensionen
    1. Verdünnen Sie NPs in DI-Wasser auf die Konzentration von Interesse.
    2. 100 ul NP Suspension in eine Vertiefung einer 96-Well-Platte. Legen Sie die Well-Platte auf einer heißen Platte bei 25 ° C gehalten.
    3. Schalten die Stromversorgung für den Laser und ermöglichen es To erwärmt für mehrere Minuten. In dieser Studie wurde eine fasergekoppelte 808-nm-Laserdiode mit einer Leistung bis zu 1 W Leistung verwendet.
    4. Route der Laserstrahl in Richtung auf die Probenstufe über eine optische Faser. Verwenden eine konvexe Linse, um den Laserstrahl auf die gewünschte Punktgröße abweichen.
    5. Messen Sie die Leistung mit einem Standard-Leistungsmesser und passen zu einer Leistung von 1 W / cm 2.
    6. Schalten Sie IR-Kamera (InSb Infrarotkamera (FLIR Systems SC4000)) und stellen Sie die Region of Interest (ROI) vor Ort, um die Temperatur des 6 mm Stelle, wo der Laser fokussiert zu lesen.
    7. Legen Sie das auch von Interesse an dem Brennpunkt des Laserstrahls. Nehmen Sie die Grundlinie Temperatur der Probe. Schalten Sie den Laser und bestrahlen die auch kontinuierlich für 5 min, während die Aufzeichnung der Temperatur.
    8. Nach 5 Minuten, schalten Sie den Laser und auch weiterhin die Aufzeichnung der Temperatur der gut, bis es wieder in die Ausgangsgrundlinientemperatur abkühlt.
      Hinweis: Wärme und kühlen jeder Suspension dreimal und berechnen dieDurchschnittstemperatur Laufe der Zeit ändern. Verwenden DI-Wasser bei 25 ° C anstelle eines NP-Suspension als negative Kontrolle für die photothermische Umwandlungs.
  2. Photothermische Transduction von Polymerfilmen
    1. Übertragen der Polymer-beschichteten ITO-Glasobjektträger auf einer heißen Platte bei 25 ° C gehalten.
    2. Schalten die Stromversorgung für den Laser und lassen es für einige Minuten zu erwärmen. In dieser Studie wurde eine fasergekoppelte 808-nm-Laserdiode mit einer Leistung bis zu 1 W Leistung verwendet.
    3. Route der Laserstrahl in Richtung auf die Probenstufe über eine optische Faser. Verwenden eine konvexe Linse, um den Laserstrahl auf die gewünschte Punktgröße abweichen.
    4. Messen Sie die Leistung mit einem Standard-Leistungsmesser und passen zu einer Leistung von 1 W / cm 2.
    5. Schalten Sie IR-Kamera (InSb Infrarotkamera (FLIR Systems SC4000)) und stellen Sie die Region of Interest (ROI) vor Ort, um die Temperatur des 6 mm Stelle, wo der Laser fokussiert zu lesen.
    6. Platzieren der Folie in dem Brennpunkt des Laserstrahls. Notieren Sie die baseline Temperatur der Probe. Schalten Sie den Laser und bestrahlen die Probe kontinuierlich für 5 min, während die Aufzeichnung der Temperatur.
    7. Nach 5 Minuten, schalten Sie den Laser und auch weiterhin die Aufzeichnung der Temperatur der Probe, bis es wieder in die Ausgangsgrundlinientemperatur abkühlt.
      Hinweis: Wärme und kühlen jedem Film drei Mal und die Berechnung der durchschnittliche Temperaturänderung über die Zeit. Verwenden Sie einen blanken ITO Schieber bei 25 ° C als eine negative Kontrolle für die photothermische Umwandlungs.

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Representative Results

Das Reaktionsprotokoll ergibt M1 und M2 wird in 1 gezeigt. Die Monomere können durch 1 H und 13 C NMR-Spektroskopie charakterisiert werden, der Schmelzpunkt und Elementaranalyse. Das 1 H-NMR-Spektrum enthält Informationen hinsichtlich der Konnektivität der Atome und ihre elektronischen Umgebungen; Somit ist es routinemäßig verwendet, um zu verifizieren, dass die Reaktionen erfolgreich durchgeführt wurden. Negishi-Reaktionen involvieren Kopplung des Phenylrings an den EDOT, wodurch das Phenyl ender Protonen-Peak von 7,1 ppm bis 7,8 ppm verschieben. Die Thienyl Protonen auch verschieben Hochfeld bis 6,5 ppm. Die vier Protonen am Ethylendioxy-Brücke Kohlenstoffe bei 4,3 ppm in zwei Sätze von Multipletts aufgeteilt. Protonen an aliphatische Kohlenstoffatome werden nicht signifikant verändert. 13 C-NMR-Spektrum wird bei 170 Spitzen aufweisen, 145, 140 und 113 für die thienyl Kohlenstoffen, und 150, 120 und 112 für das Phenylen Kohlenstoffen. Positionen aliphatische Kohlenstoffe nicht wesentlich ändern. Die chemische Struktur, 1 H NMR und 13 C-NMR von M2 sind in Abbildung 3 dargestellt.

Electropolymerizations M2 wodurch Polymer (P2) und Cyclovoltammetrie von P2 in Figur 4 gezeigt In 4A zunächst, gibt es keinen Stromantwort. als potentielle zunimmt, tritt die Oxidation des Monomers M1 (E auf, m) kann bei + 0,25 V zu sehen ist, mit dem Gipfel der Oxidation des Monomers (E p, m) auf + 0,61 V. Während des ersten Zyklus wird das beobachteten anfänglichen Peaks für irreversible Oxidation Monomer, was zu P2 Bildung auf der Oberfläche der Arbeitselektrode. Während der zweiten Abtastung zwei Oxidationsverfahren eingehalten werden: Monomer Oxidation noch +0,25 V gesehen, und Polymer Oxidation wird bei 0 V. Cyclovoltammetrische P2 (4B) gesehen wurde bei Scanraten von 50 bis 4 durchgeführt,00 mV / s. Die Polymerfolie ist dunkelblau im oxidierten Zustand und rot in den neutralen Zustand. Rad des Polymers bei einer Vielzahl von Abtastraten zeigt eine lineare Beziehung zwischen der Abtastrate und der Spitzenstrom, was anzeigt, daß das Polymer elektroaktive und zur Elektrode. 18 Polymer Oxidations verklebt (E a, p) bei -0.02 V P2 beobachtet, und Polymerreduktion (E c, p) wird bei -0,3 V beobachtet, wenn bei 100 mV / s gefahren.

Die Nanopartikel wurden synthetisiert, wie in 2 gezeigt und unter Verwendung von UV-Vis-NIR-Spektroskopie, Elektronenmikroskopie und DLS aus. Das UV-Vis-NIR-Spektren der oxidierten und reduzierten P2 Folien und oxidierter P2 NPs sind in Figur 5 bei 1,56 eV (795 nm) angegeben. Die oxidierte Polymerfolien und Nanopartikel weisen eine Peakabsorption λ max. Wenn in Hydrazin reduziert, geht die Filmabsorptionsmaximum an eine λ max von 2,3 eV (540 nm). Das Polymerband gap (E g) von dem Beginn der & pgr; * -Übergang & pgr im neutralen Polymers bestimmt, wie durch den schwarzen Pfeil in 5 angezeigt.

Das SEM-Bild P2 NPs in 6A zeigt, dass die Nanopartikel sphärisch sind und Sub-100 nm im Durchmesser. DLS-Daten in 6B zeigt ein Z-Mittel der Suspensionen bis 104 nm Durchmesser mit einem Polydispersitätsindex (PDI) von 0,13, was anzeigt, dass die Probe mäßig monodispers. Das Zeta-Potential der P2-Nanopartikel wurde gefunden -30.5 mV. Änderung der Temperatur, wenn Nanopartikel sind NIR-Strahlung ausgesetzt zeigt Lichtwärmeumsetzmaterial. Im Vergleich zu Wasser steuert, die weniger als 1 ° C Temperaturerhöhung unterzogen werden, sind in der Lage, die absorbierte Laserenergie in Wärme umwandeln NP Suspensionen in Wasser, wie durch die 30 ° C Temperaturerhöhung der NP Suspensionen (Abbildung gezeigt6C). Eine ähnliche Temperaturerhöhung (28 ° C) beobachtet wird, wenn Polymerfilme auf ITO-Glas bei 808 nm (6C) bestrahlt.

Die cytocompatibility von Polymer-Nanopartikel wird mit MTT Lebensfähigkeit der Zellen-Assays bestimmt. Ergebnisse cytocompatibility Untersuchungen für PEDOT:. PSS-co-MA NPs sind in 7 dargestellt, wie gezeigt, innerhalb des NP Konzentrationsbereich von 0,23 bis 56 & mgr; g / ml, werden die Nanopartikel nicht die Lebensfähigkeit der Zellen zu verringern, um weniger als 90% der Kontrolle. Typischerweise wird eine Verringerung der Lebensfähigkeit der Zellen von weniger als 20% (dh, bis zu 80% Lebensfähigkeit) als für die Bestimmung von NP cytocompatibility akzeptabel.

Abbildung 1
Figur 1. Allgemeine Monomersynthese beginnend mit dem Vorläufer-Synthese. (A) Synthese von 1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzol. (B) Synthese von 1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzol enthaltende Estereinheit. (C) Kreuzkupplung von 1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzol mit EDOT, was Monomere M1 und M2. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abbildung 2. Polymerisationsverfahren, bei dem die organische Lösung wird zu einer wässrigen Lösung, die Schaffung einer Emulsion. Das Monomer und das organische Lösungsmittel kann variieren zugegeben. Oxidative Polymerisation tritt FeCl 3 zu der Emulsion zugegeben. Nach der Reinigung der kolloidalen Suspension werden die Nanopartikel in dem wässrigen Medium suspendiert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version davon zu sehenAbbildung.

Figur 3
Abbildung 3. NMR-Spektrum des Monomers M2. (A) 1 H-NMR-Spektroskopie von M2, wo die Spaltung der Ethylendioxy-Protonen bei 4,32 ppm, der Hochfeldverschiebung der Thienyl-Protonen und der Hochfeldverschiebung der Phenylprotonen sind bezeichnend für erfolgreiche Kopplung . (B) 13 C-NMR-Spektroskopie von M2, die die Thienyl und Phenyl Kohlenspitzen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 4
Abbildung 4 (A) elektrochemische Polymerisation von M2 bis P2; fünf Zyklen bei 100 mV / sec von 0,01 M M2 in 0,1 M TBAP / CH 3 CN. (B) Cyclovoltammetrie der Polymerfolie in 0,1 M TBAP / CH 3 CN radelte bei 50, 100, 200, 300 und 400 mV / sec. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 5
Figur 5. UV-Vis-NIR-Spektren von P2 sowohl als Film und als eine Suspension von Nanopartikeln. Das Spektrum des oxidierten Films ist in blau dargestellt, ist das Spektrum des reduzierten Folien rot dargestellt wird, und das Spektrum des oxidierten NP Suspension wird in grün dargestellt. Der schwarze Pfeil entspricht der Tangente zur Bestimmung der Polymerbandlücke verwendet wird. Spitzenabsorptionswellenlängen für die Polymere sind zur Verfügung gestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version davon zu sehenAbbildung.

Figur 6
Abbildung 6. (A) REM-Aufnahme, die die Morphologie und Größe der P2-Nanopartikel. (B) Größenverteilung P2: PSS-co-MA NP Suspension in dem die Z-Mittelwert beträgt 104 nm und die PDI 0,13. (C) Temperaturänderung eines P2:. PSS-co-MA NP Suspension bei 1 mg / ml (blau) und Film (grün), wenn sie mit NIR-Licht für 300 Sekunden bestrahlt, gefolgt von passiven Kühlung nach Beendigung der Laserbestrahlung Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 7
Abbildung 7. Cytocompatibility von PEDOT: PSS-co-MA NP Suspensionen, wie durch den MTT-Assay bestimmt Lebensfähigkeit ist.für Zellen, die variierende Konzentrationen von Nanopartikeln als durchschnittliche prozentuale relativ zu derjenigen von Zellen mit NP-freien Medien (positive Kontrolle) inkubiert ausgesetzt gezeigt. Negative Kontrolle besteht aus Zellen, die durch Exposition getötet, um vor dem MTT-Assay Methanol ist. Fehlerbalken stellen die Standardabweichung zwischen den Wiederholungen (n = 6). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Discussion

In dieser Arbeit wurden elektroaktiven Polymer-Nanopartikel als potenzielle PTT Agenten zur Behandlung von Krebs synthetisiert. Die Herstellung der Nanopartikel beschrieben, beginnend mit der Synthese der Monomere, gefolgt von Emulsionspolymerisation. Während die Herstellung von Nanopartikeln mit elektroaktiven Polymeren wie EDOT und Pyrrol zuvor beschrieben worden ist, beschreibt dieses Dokument die Herstellung von polymeren Nanopartikeln, beginnend mit einzigartigen ausgedehnte Konjugation Monomere, die zeigen, dass dieses Verfahren auf die größere, komplexere Monomeren verlängert.

Zwei verschiedene Routen sind notwendig, um die Dialkoxybenzol Monomere zu synthetisieren. Während die 1,4-Dihexyloxybenzol kann mit KOH / EtOH synthetisiert werden können, ist diese Vorgehensweise nicht erfolgreich bei der Synthese von 1,4-Bis (ethyl butanoyloxy) benzol aufgrund basenkatalysierte Esterhydrolyse am wahrscheinlichsten. Wenn eine KI / K 2 CO 3 Gemisch eingesetzt, so wird die Hydrolyse vermieden wird und das Produkt erfolgreich erhalten. Bromierung von Bot-h dialkoxybenzenes wird mit Br 2 erreicht. Es ist notwendig, dieses Experiment unter strömendem Argon auf HBr während der Reaktion gebildete verdrängen befragen. Der Gasaustritt sollte über Entlüftungs eine neutralisierende NaOH-Lösung auf HBr korrodiert Haube Einrichtungen in Berührung kommt; beachten Sie, dass HBr kann dazu führen, Kunststoffschlauch, um im Laufe der Zeit zu härten.

Bedot-B (OR) 2 Monomeren M1 und M2 wurden mit Negishi-Kupplung synthetisiert. Dies ist eine wirksame Methode für die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Kupplung von EDOT mit 1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzolen zu Bedot-B (OR) 2 Monomeren ergeben. Es ist entscheidend, die EDOT Chill auf -78 ° C vor der Zugabe von n-BuLi, um unerwünschte Nebenreaktionen zu minimieren. Wenn das gesamte 1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzol ist, aus dem Reaktionsgemisch abgereichert (bestimmt mit DSC, dies dauert üblicherweise 3-5 Tage), ist die Reaktion beendet. Die Reaktion ist extrem luftempfindlich, und jeder Kontakt mit Luft wird die Ausbeute der Reaktion beeinflussen. Somit wird, wenn Introducing festen Verbindungen (wie beispielsweise des Katalysators) in den versiegelten Kolben sollte Luftexposition durch Erhöhung Argonstrom minimiert werden.

Elektroaktive Monomere und Polymere werden routinemäßig unter Verwendung von cyclischer Voltametrie an Monomer und Polymer Oxidationspotentiale und Polymerreduktionspotentiale zu bestimmen ist, und Folien mittels elektrochemischer Polymerisation hergestellt werden verwendet, um Polymer-Absorption im UV-VIS-NIR-Spektrum sowohl die oxidierten und reduzierten Zuständen zu bestimmen. In dieser Arbeit wurden Polymerfilme auf beiden Platintaste und ITO-beschichtetes Glas durch Elektropolymerisation hinterlegt. Einige der Vorteile der Elektropolymerisation werden die Reproduzierbarkeit und die Möglichkeit, die Filmdicke durch Überwachen des Stroms des polymerisierten Films und Stoppen der Elektropolymerisation, wenn eine spezifische Reaktion erreicht die Steuerung 34 Elektrochemische Experimente muß unter einer inerten Atmosphäre, wie Argon, durchgeführt werden. der Argonstrom sollte so langsam, daß nicht Störungen der Oberfläche der Lösung, um eine diffusionskontrollierte Prozesses sicherzustellen. Alternativ können die elektrochemischen Experimenten in einer inerten Atmosphäre Trockenbox mit elektroFührungen ausgestattet geführt werden. Es ist wichtig, dass keine der drei Elektroden während Elektropolymerisation berühren einander. Vor Cyclovoltammetrie Studien Polymer müssen die abgeschiedenen Polymerfilme mit monomerenfreien Elektrolytlösung gewaschen werden, um jegliches nicht umgesetztes Monomer aus den Filmen zu entfernen. Für alle elektrochemischen Untersuchungen der Potentialbereich benötigt wird von der Struktur des Monomers / Polymers ab; so dass dieser Bereich kann mit alternativen Monomeren und Polymeren variieren. Abhängig von der Struktur der Alkoxysubstituenten verwendete Lösungsmittel, um das Monomer Elektrolytlösungen herzustellen kann auch das Polymer zu lösen. In diesem Fall wird die Polymerabscheidung an der Elektrode während der Elektropolymerisation langsam oder gar nicht vorhanden sein, und die für die Polymerisation verwendete Lösungsmittel muss geändert werden.

e_content "> Die Emulsionspolymerisation zur Herstellung von Nanopartikeln aus elektroaktiven Polymeren besteht, ist eine effektive Methode, die Nanopartikel mit einer einheitlichen Morphologie Ausbeuten bei dieser Arbeit verwendet die Emulsionspolymerisation die während der elektrochemischen Polymerisation verwendet gleiche oxidative Polymerisation Mechanismus;. Der Hauptunterschied ist, dass ein chemisches Oxidationsmittel (Eisenchlorid) anstelle einer angelegten elektrochemische Potential verwendet. Diese Emulsionspolymerisation erzeugt daher NPs in der chemischen Zusammensetzung auf die mittels elektrochemischer Polymerisation hergestellten Folien identisch. Während elektrochemische Polymerisation stellt ein einfaches Mittel zur Charakterisierung der Redoxeigenschaften des Monomere und Polymere, ist die Emulsionspolymerisation eine schnelle, kostengünstige und reproduzierbares Verfahren, das leicht skalierbar und können möglicherweise mit einer Reihe von verschiedenen elektroaktiven Polymere verwendet werden. Die Emulsionspolymerisation ermöglicht auch die Herstellung von Nanopartikeln, die aus Polymeren, die eine geringe Löslichkeit in organischen habenund wässrige Lösungen, die nicht wirksam von der polymeren Zustand emulgiert werden konnte. In unserem Emulsionspolymerisationen, die organische Phase-Monomer, ein organisches Lösungsmittel (Hexan) und Dodecylbenzolsulfonsäure (Tensid). Die wässrige Phase aus Wasser, Eisenchlorid (Oxidationsmittel) und PSS-co-MA (Tensid). Verfahren zur Emulsionspolymerisation von einem Beschallungsschritt vorausgeht, um die organische Phase und in der wässrigen Phase dispergiert gewährleisten. Während der Beschallung, ist es notwendig, die Emulsion in einem Eisbad einzutauchen Schütt Erwärmung zu verhindern. Die Tenside PSS-co-MA und DBSA ermöglichen die Dispersion der synthetisierten Nanopartikel in wässriger Lösung durch interpartikuläre elektrostatischen Abstoßungskräfte. Diese oberflächenaktiven Mittel als zusätzliche ladungsausgleich Dotanden wirken auch und haben gezeigt, dass sphärische NP Geometrie erzeugen 24 Die polymeren Nanopartikel verbleiben im oxidierten Zustand (wie durch das Absorptionsmaximum bei 795 nm nachgewiesen; Abbildung 4)., Die Kritiker istal für biomedizinische Anwendungen, bei denen die Absorption im NIR-Bereich erforderlich ist. 24

Zeta-Potential-Analyse wird gewöhnlich durchgeführt, um die Stabilität der Suspensionen NP zu beurteilen. Zeta-Potential ist das Potential an der Grenze zwischen der Stern-Schicht, wo Ionen stark mit dem NP Fläche zugeordnet ist und der diffusen Schicht in dem Ionen nicht mehr mit dem NP Oberfläche wechselwirken. 31 Zeta-Potential-Messungen basieren auf der Bewegung geladener Nanopartikel, wenn ein elektrisches Feld an die Suspension angelegt wird. Insbesondere werden negativ geladene Nanopartikel in Richtung der positiven Elektrode angezogen, und umgekehrt. Kolloidalen Suspensionen können über elektrostatische Abstoßung stabilisiert werden. Insbesondere werden Suspensionen als stabil, wenn ihre Zetapotential größer als +/- 30 mV. In unserem NP-Formulierungen, die Anwesenheit von Sulfonat- und Carboxylatgruppen von DBSA und PSS-co-MA ergibt sich eine negative Oberflächenladung auf den Nanopartikeln.

Reinigung von the-Nanopartikel ist ein entscheidender Schritt, um überschüssiges Tensid und nicht umgesetztes Ausgangsmaterial vor der In-vitro-Zellstudien zu entfernen. Unwirksame Tensidentfernung kann zu erheblichen Zelltod führen. Wie bei allen anderen in vitro-Zellassay, ist es wichtig, in einer Haube mit laminarer Strömung zu arbeiten und unter sterilen Bedingungen zu arbeiten. NPs sollte auch vor, indem die Suspension durch ein steriles 0,2-um-Filter Gebrauch sterilisiert werden. Es ist auch wichtig, die Konzentration an NP Suspensionen nach sterilfiltrieren verifizieren. Zu diesem Zweck kann ein Bruchteil des gefilterten NP Suspension mit bekanntem Volumen gefriergetrocknet werden, um das Trockengewicht zu erhalten. Der MTT Zellviabilität Assay wird üblicherweise verwendet, um die Wirkung von Biomaterialien, einschließlich Nanopartikeln, an kultivierten Zellen zu untersuchen. Dieser einfache Test kann zur Untersuchung der cytocompatibility NP Suspensionen mit irgendeinem Säugerzelllinie angepasst werden. Der MTT colorimetrischen Test basiert auf der Umwandlung eines gelben Tetrazolium Farbstoff auf der Basis in lila, insoluble Formazankristalle, die dann in DMSO oder sauren Alkohollösungen, gelöst werden kann. 35,36 Bei Durchführung in-vitro-Zellassays, wie dem MTT-Zelllebensfähigkeit Assay in Platten mit mehreren Vertiefungen, ist die Konsistenz der Zell Aussaat und Manipulation kritische minimale Unterschiede zwischen erreichen Parallelproben. Vor und während dem Versuch sollten die angesiedelten Zellen unter einem Mikroskop untersucht werden, um konsistente Aussaat und Wachstum und auch zu gewährleisten, dass jegliche Verunreinigungen. Schließlich kann die Mikroskopie ebenfalls verwendet werden, um eine vollständige Auflösung Formazankristalle nach Zugabe von DMSO zu bestätigen.

Photothermische Untersuchungen wurden unter Verwendung eines kontinuierlichen Lasers bei 808 nm durchgeführt. Der Einsatz von kontinuierlichen vs. gepulste Laser können Materialien unterschiedlich zu erwärmen. Frühere Studien haben Lichtwärmeumsetzmaterial und photothermische Ablation mit Gold-Nanostrukturen als PTT Mittel, 37, aber mehr Forschung ist notwendig, um photothermische Umwandlungs von Polymeri untersuchen Vergleichc NPs wie die hier beschriebenen. In dieser Arbeit wurde der Laser in eine konvexe Linse divergiert und konzentrierte sich auf einen 6 mm Spotgröße. Es ist wichtig, darauf, nicht die Optik stören bei der Ausführung von Experimenten, um versehentliche Änderungen in der Brennebene, die Unterschiede in den photothermischen Umwandlungs Ergebnissen führen würde, zu verhindern ist. Eine heiße Platte wurde verwendet, um zu wärmen und eine konstante Grundlinientemperatur für die Studie.

Zusammenfassend ist ein Protokoll für den NP Herstellung der elektroaktiven Polymere in wäßrigen Medium suspendiert beschrieben. Negishi-Kupplung ist eine wirksame Methode zum Kuppeln 1,4-Dialkoxy-2,5-Dibrombenzolen mit 3,4-Ethylendioxythiophen (EDOT). Elektropolymerisation der Monomere in diesem Protokoll detailliert. Dies erweist sich als ein wirksames Mittel, um schnell zu produzieren Polymerfolien und studieren ihre elektronischen Eigenschaften sein. Die Polymerfolien werden weiter unter Verwendung von UV-Vis-NIR-Spektroskopie, um die Bandlücken der neutralen Polymere zu bestimmen ist. Electrochemical Emulsionspolymerisation Erträge Sub-100 nm-Nanopartikel mit einheitlicher sphärischer Morphologie. Zusätzlich zur photothermischen Ablationsbehandlung haben diese NPs viele mögliche Anwendungen in elektroaktive Geräte, einschließlich der Energiespeicherung und Sensoren. Die thermischen und cytocompatibility Studien durchgeführt, zeigen, dass diese Nanopartikel könnten potenzielle Kandidaten für biomedizinische Anwendungen als photothermische Mittel sein.

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Acknowledgements

Diese Arbeit wurde zum Teil durch die Texas Emerging Technology Fund (Startup, um TB), der Texas State University Research Enhancement Program, der Texas State University Doctoral Research Fellowship (TC), der NSF Partnerschaft für Bildung und Forschung in der Material (PREM finanziert, DMR-1205670), The Welch Foundation (AI-0045), und die National Institutes of Health (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

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