Sintesi facile di micelle vermiforme dalla luce visibile mediata polimerizzazione in dispersione Utilizzando Photoredox Catalyst
Summary
This article describes a process for producing polymeric self-assembled nanoparticles using visible light mediated dispersion polymerization. Using low energy visible light to control the polymerization allows for the reproducible formation of self-assembled worm-like micelles at high solids content.
Abstract
Presented herein is a protocol for the facile synthesis of worm-like micelles by visible light mediated dispersion polymerization. This approach begins with the synthesis of a hydrophilic poly(oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate) (POEGMA) homopolymer using reversible addition-fragmentation chain-transfer (RAFT) polymerization. Under mild visible light irradiation (λ = 460 nm, 0.7 mW/cm2), this macro-chain transfer agent (macro-CTA) in the presence of a ruthenium based photoredox catalyst, Ru(bpy)3Cl2 can be chain extended with a second monomer to form a well-defined block copolymer in a process known as Photoinduced Electron Transfer RAFT (PET-RAFT). When PET-RAFT is used to chain extend POEGMA with benzyl methacrylate (BzMA) in ethanol (EtOH), polymeric nanoparticles with different morphologies are formed in situ according to a polymerization-induced self-assembly (PISA) mechanism. Self-assembly into nanoparticles presenting POEGMA chains at the corona and poly(benzyl methacrylate) (PBzMA) chains in the core occurs in situ due to the growing insolubility of the PBzMA block in ethanol. Interestingly, the formation of highly pure worm-like micelles can be readily monitored by observing the onset of a highly viscous gel in situ due to nanoparticle entanglements occurring during the polymerization. This process thereby allows for a more reproducible synthesis of worm-like micelles simply by monitoring the solution viscosity during the course of the polymerization. In addition, the light stimulus can be intermittently applied in an ON/OFF manner demonstrating temporal control over the nanoparticle morphology.
Introduction
La sintesi di non sferiche (e altri) morfologie nanoparticelle è stata tradizionalmente realizzato utilizzando una procedura di auto-assemblaggio multistep iniziano la sintesi e la purificazione di diblock ben definita amfifilico (o multiblock) copolimeri. Una delle tecniche di auto-assemblaggio più comuni è diffuso da Eisenberg nel 1990 e comporta la dissoluzione del copolimero a blocchi anfifilo in un solvente comune per entrambi i blocchi polimerici seguita dalla lenta aggiunta di un selettivo solvente per uno dei blocchi 1-3 . Come si aggiunge il solvente selettivo (tipicamente acqua), il copolimero a blocchi subisce auto-assemblaggio per formare nanoparticelle polimeriche. La morfologia finale (o miscele di morfologie) delle nanoparticelle sono determinati da un gran numero di fattori quali le relative lunghezze di ciascun blocco polimerico, velocità di aggiunta acqua e la natura del solvente comune. Tuttavia, questo approccio generalmente consente solo per la produzione di nanoparticelle relativamente basso contenuto di solidi (meno dell'1% in peso) e quindi limita la sua scalabilità pratico 4. Inoltre, la formazione riproducibile di fasi "intermedi" come micelle vermiformi può essere difficile a causa della ristretta gamma di parametri necessari per stabilizzare questa morfologia non sferica 5.
L'approccio polimerizzazione indotta autoassemblaggio (PISA) affronta parzialmente gli inconvenienti dell'approccio Eisenberg utilizzando il processo di polimerizzazione stesso per guidare autoassemblaggio in situ consentendo la sintesi di nanoparticelle a molto più elevato contenuto di solidi (tipicamente 10-30% in peso) 6 -8. In un tipico approccio PISA, un processo di polimerizzazione vivente è utilizzato per catena estendere un macroinitiator solvente solubile (o macro-CTA) con un monomero che inizialmente è solubile nel mezzo di reazione, ma forma un polimero insolubile. L'approccio PISA è stato usato per sintetizzare micelle vermiformi testando sistematicamente un numero di ex parametri sperimentali e l'utilizzo di diagrammi di stato dettagliate come una "tabella di marcia" sintetica 5,9.
Nonostante la loro sintesi impegnativo, c'è un grande interesse per le nanoparticelle vermiformi causa delle loro proprietà interessanti relativi alle loro controparti sferiche. Ad esempio, abbiamo dimostrato che farmaci caricato micelle a breve e lungo vermiformi sintetizzati utilizzando un approccio PISA hanno significativamente più elevata nel citotossicità in vitro rispetto a micelle sferiche o vescicole 10. Altri hanno mostrato una correlazione tra le proporzioni delle nanoparticelle e ora la circolazione del sangue in modelli in vivo 11. Altri hanno dimostrato che la sintesi di nanoparticelle vermi come usando una metodologia PISA appropriata produce un gel macroscopica causa della entanglement nanoscala dei filamenti di nanoparticelle. Questi gel hanno dimostrato potenziale come gel sterilizzabili a causa della loro termoreversibile comportamento sol-gel 12.
ontent "> Questo protocollo descrive un metodo che consenta l'in situ monitoraggio della formazione di micelle vermiformi semplicemente osservando la viscosità della soluzione durante la polimerizzazione. Precedenti studi simili gel micellari vermiformi hanno dimostrato che sopra di una temperatura critica, questi nanoparticelle subiscono una transizione reversibile verme-sfera e così formare dispersioni fluidità a temperature elevate. ad oggi, questi sistemi hanno utilizzato un composto AZO termosensibile per iniziare la polimerizzazione controllata 13,14 e così gelificazione non può essere facilmente osservata in questi sistemi durante la polimerizzazione termica. Da questi studi, è stato ipotizzato che la sintesi di nanoparticelle PISA derivati a temperature inferiori può consentire l'osservazione di questo comportamento gelificazione in situ.Recentemente abbiamo riportato l'uso di una tecnica temperatura ambiente fotopolimerizzazione facile per mediare il processo PISA a produrre nanoparticelle didiverse morfologie 15. Qui, un protocollo visualizzato viene presentato per la sintesi riproducibile di micelle vermiformi osservando il comportamento viscosità della soluzione durante la polimerizzazione. Il ricavato dispersione di polimerizzazione facilmente utilizzando disponibili in commercio diodi emettitori di luce (LED) (λ = 460 nm, 0,7 mW / cm 2).
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo visualizzato dimostra la capacità di controllare la formazione di micelle vermiformi semplicemente osservando l'insorgenza di comportamento simile a gel. L'utilità di questo approccio consiste nella capacità di monitorare formazione verme durante la polimerizzazione in confronto ad altri metodi. Questa procedura può essere eseguita utilizzando una polimerizzazione in due fasi dei due monomeri disponibili in commercio (OEGMA e BzMA) a cedere POEGMA- b -PBzMA copolimeri anfifilici di…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
CB is thankful for his Future Fellowship from Australian Research Council (ARC-FT12010096) and UNSW Australia.
Materials
| 4-Cyano-4-(phenylcarbonothioylthio)pentanoic acid (CPADB) | Sigma-Aldrich | 722995-5G | |
| Oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA) | Sigma-Aldrich | 447935-500ML | Average Mn 300, contains 100 ppm MEHQ as inhibitor, 300 ppm BHT as inhibitor |
| 2,2′-Azobis(2-methylpropionitrile) (AIBN) | Sigma-Aldrich | ||
| Ru(bpy)3Cl2.6H2O | Sigma-Aldrich | 544981-1G | |
| Benzyl methacrylate (BzMA) | Sigma-Aldrich | 409448-1L | Contains monomethyl ether hydroquinone as inhibitor |
| Aluminium oxide (basic) | Chem-Supply Pty Ltd Australia | AL08371000 | |
| 95% Ethanol (EtOH) | Sucrogen Bio Ethanol | 80889 | |
| Acetonitrile (MeCN) | Chem-Supply Pty Ltd Australia | RP1005-G2.5L | |
| Tetrahydrofuran (THF) | Chem-Supply Pty Ltd Australia | TA011-2.5L | |
| Petroleum Spirits (40-60oC) | Chem-Supply Pty Ltd Australia | PA044-2.5L | |
| Diethyl Ether | Chem-Supply Pty Ltd Australia | EA0362.5L | |
| Dimethylacetamide (DMAc) | VWR International Australia | ALFA22916.M1 | For GPC analysis |
| Pasteur pipettes (230 mm) | Labtek | 355.050.503 | |
| Glass beakers | Labtek | 025.01.902 (2L)/ 2110654 (1L) | 2L beaker is for attaching LED strips to form the circular reactor |
| Commercial LED strip | EcoLab | n/a | λ = 460 nm, 4.8 W/m |
| 4 mL Glass Vials | Labtek | APC502214B | |
| 0.9 mL Quartz Cuvette | Starna Scientific Ltd | 21/Q/2 | |
| Needle (0.8 mm x 38 mm) | Beckton Dickson | 302017 | For deoxygenating reactions |
| Needle (0.8 mm x 120 mm) | B Braun Australia | 4665643 | For deoxygenating reactions |
| Sleeve stopper septa (rubber septum) | Sigma-Aldrich | z564680/z564702 | |
| Stirring hotplates | VWR International Australia/In Vitro Technologies | 97018-488/RADRR91200 | |
| Vortex mixer | VWR International Australia | 412-0098 | |
| Vacuum oven | In Vitro Technologies | MEMVO200 |
Referenzen
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