Síntese Facile de micelas Worm-like por luz visível Mediated Dispersão Polimerização Usando Photoredox Catalisador
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
A síntese de não esféricas (e outros) morfologias de nanopartículas tem sido tradicionalmente conseguida utilizando um procedimento de auto-montagem de múltiplos passos começando com a síntese e purificação de dibloco bem definido anfifílico (ou multibloco) copolímeros. Uma das técnicas de auto-montagem mais comuns foi popularizado por Eisenberg na década de 1990, e envolve a dissolução do copolímero de blocos anfifílico de um solvente comum para ambos os blocos de polímero seguindo-se a adição lenta de um solvente selectivo para um dos blocos de 1-3 . À medida que o solvente selectivo (normalmente água) é adicionado, o copolímero em bloco é submetido a auto-montagem de modo a formar nanopartículas poliméricas. A morfologia final (ou misturas de morfologias) das nanopartículas são determinadas por um grande número de factores, tais como os comprimentos relativos de cada bloco de polímero, a taxa de adição de água e da natureza do solvente comum. No entanto, esta abordagem geralmente só permite a produção de nanopartigos a relativamente baixo teor em sólidos (menos do que 1% em peso) e por isso limita a sua prática escalabilidade 4. Além disso, a formação reprodutível de fases "intermédias", como micelas semelhantes a vermes pode ser difícil devido à estreita gama de parâmetros necessários para estabilizar esta morfologia não esféricas 5.
A abordagem induzida por auto-montagem de polimerização (PISA) resolve parcialmente os inconvenientes da abordagem Eisenberg, utilizando-se o processo de polimerização para conduzir a auto-montagem in situ, permitindo a síntese de nanopartículas de muito mais alto teor de sólidos (tipicamente 10-30% em peso) 6 -8. Em uma abordagem típica PISA, um processo de polimerização viva é utilizada para prolongar a cadeia de uma macroiniciador solvente solúvel (ou macro-CTA) com um monómero que é inicialmente solúvel no meio de reacção, mas forma um polímero insolúvel. A abordagem PISA foi usado para sintetizar micelas vermiformes testando sistematicamente um número de ex parâmetros rimentais e usando diagramas de fase detalhadas como um "roteiro" sintética 5,9.
Apesar de sua síntese desafiador, há um grande interesse em nanopartículas semelhantes a vermes, devido às suas propriedades interessantes em relação aos seus homólogos esféricas. Por exemplo, demonstramos que as micelas carregadas com droga de curta e longa vermiformes sintetizados usando uma abordagem PISA têm significativamente maior citotoxicidade in vitro em comparação com micelas esféricas ou vesículas 10. Outros têm mostrado uma correlação entre a proporção de nanopartículas e tempo de circulação sanguínea in vivo em modelos 11. Outros mostraram que a síntese de nanopartículas vermiformes utilizando uma metodologia PISA apropriada produz um gel macroscópico devido à nanoescala emaranhamento dos filamentos de nanopartículas. Estes géis demonstraram potencial como géis esterilizáveis, devido ao seu comportamento de sol-gel termorreversível 12.
onteúdo "> Este protocolo descreve um método que permite o in situ de monitorização da formação de micelas vermiformes simplesmente observando a viscosidade da solução durante a polimerização. Estudos anteriores de géis micelares vermiformes semelhantes demonstraram que acima de uma temperatura crítica, estes nanopartículas sofrer uma transição sem-fim-esfera reversível e assim formar dispersões de fluxo livre a temperaturas elevadas. até à data, estes sistemas têm utilizado um composto azo sensível ao calor para iniciar a polimerização controlada 13,14 e assim a gelificação não podem ser facilmente observados nestes sistemas durante a polimerização térmica. a partir destes estudos, foi colocada a hipótese de que a síntese de nanopartículas PISA derivados a temperaturas mais baixas pode permitir a observação deste comportamento de gelificação in situ.Recentemente, relatou a utilização de uma técnica temperatura ambiente fotopolimerização fácil para mediar o processo de PISA para produzir nanopartículas dediferentes morfologias 15. Aqui, um protocolo visualizado é apresentado para a síntese reprodutível de micelas vermiformes ao observar o comportamento viscosidade da solução durante a polimerização. A dispersão polimerização prossegue prontamente utilizando diodos emissores de luz disponíveis comercialmente (LEDs) (λ = 460 nm, 0,7 mW / cm2).
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo visualizado demonstra a capacidade para controlar a formação de micelas vermiformes simplesmente observando o aparecimento de um comportamento do tipo gel. A utilidade desta abordagem reside na capacidade para controlar a formação de sem-fim durante a polimerização em comparação com outros métodos. Este procedimento pode ser realizado usando uma polimerização em duas etapas de dois monómeros disponíveis comercialmente (OEGMA e BzMA) para se obter POEGMA- b -PBzMA copolímeros dibloco…
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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