Synthèse Facile de micelles Worm-like par lumière visible Mediated Dispersion Polymérisation En utilisant 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 synthèse de non-sphériques (et d'autres) morphologies de nanoparticules a été traditionnellement effectuée en utilisant une procédure en plusieurs étapes d'auto-assemblage en commençant par la synthèse et la purification des deux séquences bien définies amphiphiles (ou multibloc) des copolymères. Une des techniques d' auto-assemblage les plus courantes a été popularisé par Eisenberg dans les années 1990 et implique la dissolution du copolymère séquencé amphiphile dans un solvant commun pour les deux blocs de polymère suivie par l'addition lente d'un solvant sélectif pour l' un des blocs 1-3 . On ajoute que le solvant sélectif (habituellement de l'eau), le copolymère séquencé subit une auto-assemblage pour former des nanoparticules polymères. La morphologie finale (ou des mélanges de morphologies) des nanoparticules sont déterminées par un grand nombre de facteurs tels que la longueur relative de chaque bloc de polymère, le taux d'addition de l'eau et de la nature du solvant commun. Cependant, cette approche ne permet généralement que pour la production de nanoparticles relativement faible teneur en matières solides (moins de 1% en poids) et ainsi limite son évolutivité pratique 4. En outre, la formation reproductible des phases «intermédiaires» tels que des micelles vermiformes peut être difficile en raison de la gamme étroite de paramètres requis pour stabiliser cette morphologie non sphérique 5.
La induite polymérisation auto-assemblage (PISA) approche répond en partie aux inconvénients de l'approche Eisenberg en utilisant le procédé de polymérisation lui – même pour conduire l' auto-assemblage in situ permettant la synthèse de nanoparticules à beaucoup plus forte teneur en matières solides (typiquement 10-30% en poids) 6 -8. Dans une approche typique PISA, un procédé de polymérisation vivante est utilisée pour allonger la chaîne d'un solvant soluble dans l'macroamorceur (ou macro-DEC) avec un monomère qui est initialement soluble dans le milieu réactionnel, mais forme un polymère insoluble. L'approche PISA a été utilisé pour synthétiser des micelles vermiformes en testant systématiquement un certain nombre d'ex paramètres expérimentaux et en utilisant des diagrammes de phases détaillées comme une «feuille de route» synthétique. 5,9
Malgré leur synthèse difficile, il y a un grand intérêt dans des nanoparticules de type ver en raison de leurs propriétés intéressantes par rapport à leurs homologues sphériques. Par exemple, nous avons démontré que les micelles vermiformes chargées de médicament à court et long synthétisés en utilisant une approche PISA ont significativement plus élevée dans cytotoxicité in vitro par rapport à micelles sphériques ou vésicules 10. D' autres ont montré une corrélation entre le rapport d'aspect des nanoparticules et le temps de circulation du sang dans les modèles in vivo 11. D'autres ont montré que la synthèse de nanoparticules de type ver utilisant une méthodologie appropriée PISA donne un gel macroscopique due à l'enchevêtrement nanométrique des filaments de nanoparticules. Ces gels ont démontré le potentiel que les gels stérilisables en raison de leur comportement sol-gel thermoréversible 12.
ontenu "> Ce protocole décrit une méthode permettant le suivi in situ de la formation de micelles vermiformes en observant simplement la viscosité de la solution pendant la polymérisation. Des études antérieures de gels micellaires vermiformes similaires ont montré qu'au – dessus d' une température critique, ces nanoparticules subissent une transition ver-sphère réversible et forment ainsi des dispersions à écoulement libre à des températures élevées. à ce jour, ces systèmes ont utilisé un composé azoïque sensible à la chaleur pour amorcer la polymérisation contrôlée 13,14 et ainsi gélification ne peut pas être facilement observé dans ces systèmes pendant la polymérisation thermique. a partir de ces études, on a émis l' hypothèse que la synthèse des nanoparticules PISA dérivées à des températures plus basses peuvent permettre l' observation de ce comportement de gélification in situ.Récemment, nous avons signalé l'utilisation d'une technique de photopolymérisation de la température ambiante facile à la médiation du processus PISA pour obtenir des nanoparticules de15 morphologies différentes. Ici, un protocole visualisé est présenté pour la synthèse reproductible de micelles vermiformes en observant le comportement de viscosité de la solution pendant la polymérisation. La polymérisation en dispersion produit facilement en utilisant des diodes électroluminescentes (LED disponibles dans le commerce) (λ = 460 nm, 0,7 mW / cm2).
Protocol
Representative Results
Discussion
Ce protocole visualisé démontre la capacité de surveiller la formation de micelles vermiformes simplement en observant l'apparition d'un comportement analogue à un gel. L'utilité de cette approche réside dans la capacité à contrôler la formation de vis sans fin au cours de la polymérisation, par comparaison avec d'autres méthodes. Cette procédure peut être effectuée en utilisant une polymérisation en deux étapes de deux monomères disponibles dans le commerce et OEGMA (BzMA) pour donner P…
Divulgaciones
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 |
Referencias
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