विद्युत-पॉलिमर नैनोकणों प्रदर्शनी Photothermal गुण
Summary
A protocol is presented for the synthesis and preparation of nanoparticles consisting of electroactive polymers.
Abstract
A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step process that finishes with Negishi coupling. Negishi coupling is a cross-coupling process in which a chemical precursor is first lithiated, followed by transmetallation with ZnCl2. The resultant organozinc compound can be coupled to a dibrominated aromatic precursor to give the conjugated monomer. Polymer films can be prepared via electropolymerization of the monomer and characterized using cyclic voltammetry and ultraviolet-visible-near infrared (UV-Vis-NIR) spectroscopy. Nanoparticles (NPs) are prepared via emulsion polymerization of the monomer using a two-surfactant system to yield an aqueous dispersion of the polymer NPs. The NPs are characterized using dynamic light scattering, electron microscopy, and UV-Vis-NIR-spectroscopy. Cytocompatibility of NPs is investigated using the cell viability assay. Finally, the NP suspensions are irradiated with a NIR laser to determine their effectiveness as potential materials for photothermal therapy (PTT).
Introduction
विद्युत-पॉलिमर एक बिजली के क्षेत्र की उपस्थिति में उनके गुणों (रंग, चालकता, जेट, मात्रा, आदि) बदल जाते हैं। तेजी से स्विचन बार, tunability, सहनशीलता, और electroactive पॉलिमर के हल्के विशेषताओं वैकल्पिक ऊर्जा, सेंसर, electrochromics, और जैव चिकित्सा उपकरणों सहित कई प्रस्तावित अनुप्रयोगों, के लिए मार्ग प्रशस्त किया है। विद्युत-पॉलिमर लचीला, हल्के वजन बैटरी और संधारित्र इलेक्ट्रोड के रूप में संभावित रूप से उपयोगी हैं। Electrochromic उपकरणों में electroactive पॉलिमर की एक एप्लीकेशन इमारतों और ऑटोमोबाइल, धूप का चश्मा, सुरक्षात्मक eyewear, ऑप्टिकल भंडारण उपकरणों, और स्मार्ट वस्त्र उद्योग के लिए चकाचौंध से कमी सिस्टम शामिल हैं। 2-5 स्मार्ट खिड़कियां मांग पर प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के विशिष्ट अवरुद्ध और घरों और ऑटोमोबाइल के अंदरूनी हिस्सों की रक्षा के द्वारा ऊर्जा आवश्यकताओं को कम कर सकते हैं। स्मार्ट कपड़ा पराबैंगनी विकिरण के खिलाफ की रक्षा में मदद करने के लिए कपड़ों में इस्तेमाल किया जा सकता है। 6 विद्युत-पॉलिमर ए एल एस हैओ चिकित्सा उपकरणों में इस्तेमाल किया जा करने के लिए शुरू कर दिया। जैव चिकित्सा उपकरणों में इस्तेमाल किया electroactive पॉलिमर के अलावा, polypyrrole (PPy), polyaniline (पानी), और पाली (3,4 ethylenedioxythiophene) (PEDOT) सबसे आम के बीच में हैं। उदाहरण के लिए, पॉलिमर के इन प्रकार आमतौर पर biosensor उपकरणों में transducers के रूप में इस्तेमाल कर रहे हैं चिकित्सीय वितरण में 7 आवेदन भी वादा दिखाया है। अध्ययनों electroactive पॉलिमर से तैयार उपकरणों से दवाओं और चिकित्सकीय प्रोटीन की रिहाई का प्रदर्शन किया है। 8-12 अभी हाल ही में electroactive पॉलिमर photothermal चिकित्सा में चिकित्सीय एजेंट के रूप में इस्तेमाल किया गया है। 13-15 photothermal थेरेपी में, photothermal एजेंटों के पास में प्रकाश को अवशोषित चाहिए यह भी प्रकाश आम तौर पर 1 सेमी तक। 16,17 इस रेंज में, ऊतक में प्रवेश की अधिकतम गहराई है जहां चिकित्सकीय खिड़की के रूप में जाना -infrared (NIR) क्षेत्र (~ 700-900 एनएम), इस तरह के हीमोग्लोबिन के रूप में जैविक chromophores , ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन, लिपिड, और पानी थोड़ा करने वाली कोईप्रकाश सक्षम बनाता है जो absorbance, आसानी से घुसना करने के लिए। Photothermal एजेंटों इस चिकित्सीय विंडो में प्रकाश को अवशोषित करते हैं, photoenergy photothermal ऊर्जा में बदल जाती है।
Negishi युग्मन का उपयोग कर संश्लेषित कर रहे थे कि बीआईएस EDOT बेंजीन मोनोमर्स प्रतिस्थापित alkoxy-इरविन और सह कार्यकर्ता पहले से सूचना दी है। 18 Negishi युग्मन कार्बन-कार्बन बांड गठन के लिए एक पसंदीदा तरीका है। इस प्रक्रिया को कम विषाक्त कर रहे हैं और अन्य Organometallics इस्तेमाल किया तुलना में अधिक जेट हो जाते हैं, जो organozinc मध्यवर्ती के उपयोग सहित कई फायदे है। 19,20 Organozinc यौगिकों भी organohalides पर कार्य समूहों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ संगत कर रहे हैं। 20 में Negishi युग्मन प्रतिक्रिया, एक organohalide और organometal एक पैलेडियम (0) उत्प्रेरक के उपयोग के माध्यम से मिलकर कर रहे हैं। 20 इस के साथ साथ प्रस्तुत काम में, इस पार युग्मन विधि (1,4-dialkoxy-2,5-बीआईएस के संश्लेषण में उपयोग किया जाता है 3,4-ethylenedioxythienyl) benzeपूर्वोत्तर (BEDOT-बी (या) 2) मोनोमर्स। ये मोनोमर्स तो आसानी से जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों में प्रयोग के लिए होनहार उम्मीदवार हैं कि पॉलिमर उपज के लिए electrochemically या रासायनिक polymerized जा सकता है।
जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए जलीय समाधान में कोलाइडयन polymeric निलंबन की तैयारी के लिए पारंपरिक तरीकों आमतौर पाली की एनपीएस का उत्पादन करने के लिए आदेश में nanoprecipitation या पायस विलायक वाष्पीकरण की तकनीक से। 21,22 पीछा थोक पॉलिमर के विघटन को शामिल () BEDOT-बी (या 2) एनपीएस सीटू पायस polymerization में के माध्यम से संश्लेषित कर रहे हैं, जहां एक नीचे अप दृष्टिकोण यहां प्रदर्शन किया है। पायस polymerization आसानी से स्केलेबल है और एनपी तैयारी के लिए एक अपेक्षाकृत तेजी से विधि है कि एक प्रक्रिया है। अन्य electroactive पॉलिमर के एनपीएस का उत्पादन करने के लिए पायस polymerization का उपयोग करते हुए 22 अध्ययनों PPy और PEDOT के लिए सूचित किया गया है। 15,23,24 PEDOT एनपीएस, उदाहरण के लिए, स्प्रे पायस पी का उपयोग कर तैयार कर दिया गया हैolymerization। 24 इस विधि को पुन: पेश करने के लिए मुश्किल है, और आमतौर पर बड़े, माइक्रोन आकार के कणों अर्जित करता है। इस आलेख में वर्णित प्रोटोकॉल reproducibly 100 एनएम बहुलक एनपीएस तैयार करने के लिए एक बूंद-sonication पद्धति के उपयोग की पड़ताल।
इस प्रोटोकॉल में, electroactive पॉलिमर पहले से सूचना दी पाली के समान NIR क्षेत्र में प्रकाश को अवशोषित करने के लिए परिचय (BEDOT-बी (या) 2) संश्लेषित और electrochromic उपकरणों में और पीटीटी एजेंट के रूप में अपनी क्षमता का प्रदर्शन करने की विशेषता है। सबसे पहले, Negishi युग्मन के माध्यम से monomers के संश्लेषण के लिए प्रोटोकॉल में वर्णित है। मोनोमर्स एनएमआर और यूवी तुलना- NIR स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग विशेषता है। जलीय मीडिया में ऑक्सीडेटिव पायस polymerization के माध्यम से एनपी कोलाइड निलंबन की तैयारी भी वर्णन किया गया है। प्रक्रिया पहले से हान एट अल। अलग मोनोमर्स करने के लिए लागू किया जाता है कि द्वारा वर्णित एक दो कदम पायस polymerization की प्रक्रिया पर आधारित है। एक दो पृष्ठसक्रियकारक प्रणाली हैएनपी monodispersity नियंत्रित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। एक सेल व्यवहार्यता परख एनपीएस के cytocompatibility मूल्यांकन करने के लिए प्रयोग किया जाता है। अन्त में, पीटीटी ट्रांसड्यूसर के रूप में कार्य करने के लिए इन एनपीएस के संभावित एक Nir लेजर के साथ विकिरण द्वारा प्रदर्शन किया है।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस काम में, electroactive बहुलक एनपीएस के कैंसर के इलाज के लिए संभावित पीटीटी एजेंट के रूप में संश्लेषित किया गया है। एनपीएस की तैयारी पायस polymerization के द्वारा पीछा monomers के संश्लेषण के साथ शुरू में वर्णित है। ऐसे EDOT और…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम, टेक्सास उभरते प्रौद्योगिकी कोष (टीबी के लिए स्टार्टअप), टेक्सास राज्य विश्वविद्यालय के अनुसंधान संवर्धन कार्यक्रम, टेक्सास राज्य विश्वविद्यालय डॉक्टरेट रिसर्च फैलोशिप (टीसी के लिए), सामग्री में अनुसंधान और शिक्षा के लिए NSF भागीदारी (प्रेम में भाग द्वारा वित्त पोषित किया गया डीएमआर-1205670), स्वास्थ्य की वेल्च फाउंडेशन (एआई 0045), और राष्ट्रीय संस्थान (R01CA032132)।
Materials
| 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 oC |
| 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 oC |
| 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 175o | |
| Zinc chloride (1 M) ZnCl2 | Acros | 370057000 |
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