Proprietà elettroattivo Polymer Nanoparticelle Esporre fototermiche
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
Polimeri elettroattivi modificano le loro proprietà (colore, conducibilità, reattività, volumi, ecc) in presenza di un campo elettrico. I tempi di commutazione rapidi, tunability, durata e caratteristiche di leggerezza dei polimeri elettroattivi hanno portato a numerose applicazioni proposte, compresa l'energia alternativa, i sensori, Electrochromics e dispositivi biomedici. Polimeri elettroattivi sono potenzialmente utili come flessibili, leggeri batteria e condensatore elettrodi. 1 Applicazioni di polimeri elettroattivi in dispositivi elettrocromici includono i sistemi di riduzione del riverbero per edifici e automobili, occhiali da sole, occhiali protettivi, dispositivi di archiviazione ottica e tessuti intelligenti. 2-5 finestre intelligenti possono ridurre il fabbisogno energetico bloccando specifiche lunghezze d'onda della luce on-demand e la protezione interni di case e automobili. Tessuti intelligenti possono essere utilizzati in abbigliamento per aiutare a proteggere contro le radiazioni UV. 6 polimeri elettroattivi hanno also iniziato ad essere utilizzato in dispositivi medici. Tra i polimeri elettroattivi utilizzati nei dispositivi biomedici, polipirrolo (PpY), polianilina (PANI), e poli (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) sono tra i più comuni. Ad esempio, questi tipi di polimeri sono comunemente usati come trasduttori a dispositivi biosensori 7 Applicazioni in consegna terapeutico hanno mostrato risultati promettenti.; Studi hanno dimostrato il rilascio di farmaci e proteine terapeutiche da dispositivi preparati polimeri elettroattivi. 8-12 Più recentemente, i polimeri elettroattivi sono stati utilizzati come agenti terapeutici nella terapia fototermica. 13-15 Nella terapia fototermica, agenti fototermiche devono assorbire la luce nel prossimo -Infrared (NIR) regione (~ 700-900 nm), noto anche come la finestra terapeutica, dove la luce ha la profondità massima di penetrazione nei tessuti, tipicamente fino a 1 cm. 16,17 In questa gamma, cromofori biologici come emoglobina , emoglobina ossigenata, lipidi, e l'acqua hanno poco-a-noassorbanza, che permette alla luce di penetrare facilmente. Quando gli agenti fototermiche assorbono la luce in questa finestra terapeutica, il photoenergy viene convertita in energia fototermica.
Irvin e collaboratori hanno già riportato alcossi-sostituito bis-Edot monomeri benzene che sono stati sintetizzati mediante accoppiamento Negishi. 18 accoppiamento Negishi è un metodo preferito per la formazione di legami carbonio-carbonio. Questo processo ha molti vantaggi, compreso l'uso di intermedi organozinco, che sono meno tossici e tendono ad avere una maggiore reattività rispetto ad altri composti organometallici utilizzati. 19,20 composti organozinco sono compatibili con una vasta gamma di gruppi funzionali sulle alogenuri organici. 20 Nel reazione di accoppiamento Negishi, un organohalide e organometallico sono accoppiati tramite l'uso di palladio (0) catalizzatore. 20 Nel lavoro qui presentato, questo metodo di accoppiamento incrociato è utilizzato nella sintesi di 1,4-dialcossi-2,5-bis ( 3,4-ethylenedioxythienyl) benzeNE (BEDOT-B (OR) 2) monomeri. Questi monomeri possono essere facilmente polimerizzati elettrochimicamente o chimicamente per produrre polimeri che sono candidati promettenti per applicazioni biomediche.
I metodi convenzionali per la preparazione di sospensioni colloidali polimeriche in soluzione acquosa per applicazioni biomediche tipicamente coinvolgono la dissoluzione dei polimeri sfusi seguita da nanoprecipitation o emulsione solvente tecniche di evaporazione. 21,22 Per produrre nanoparticelle di poli (BEDOT-B (OR) 2) , un approccio bottom-up è dimostrato qui dove sono sintetizzate le NP via in situ polimerizzazione in emulsione. Polimerizzazione in emulsione è un processo che è facilmente scalabile ed è un metodo relativamente veloce per la preparazione NP. 22 Studi con polimerizzazione in emulsione per produrre nanoparticelle di polimeri elettroattivi altri sono stati riportati per PpY e PEDOT. 15,23,24 PEDOT NP, per esempio, è stato redatto utilizzando emulsione a spruzzo polymerization. 24 Questo metodo è difficile da riprodurre, e produce in genere, le particelle di micron di dimensioni più grandi. Il protocollo descritto in questo articolo esplora l'uso di un metodo drop-sonicazione per preparare riproducibile 100 nm NP polimeriche.
In questo protocollo, i polimeri elettroattivi su misura per assorbire la luce nella regione NIR simile a poli riportato in precedenza (BEDOT-B (OR) 2) sono sintetizzati e caratterizzati per dimostrare il loro potenziale in dispositivi elettrocromici e come agenti PTT. In primo luogo, il protocollo per la sintesi dei monomeri mediante accoppiamento Negishi è descritto. I monomeri sono caratterizzati usando spettroscopia NMR e UV-Vis-NIR. La preparazione di sospensioni colloidali NP via ossidativa emulsione polimerizzazione in ambiente acquoso è anche descritto. La procedura si basa su un processo di polimerizzazione in emulsione a due fasi precedentemente descritto da Han et al. Che viene applicato ai vari monomeri. Un sistema a due tensioattivo èutilizzato per controllare il monodispersity NP. Un test vitalità cellulare viene utilizzato per valutare citocompatibilità delle NP. Infine, il potenziale di questi NP per agire come trasduttori PTT è dimostrata mediante irraggiamento con un laser NIR.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo lavoro, NP polimeri elettroattivi sono stati sintetizzati come potenziali agenti PTT per il trattamento del cancro. La preparazione delle nanoparticelle è descritta, iniziando con la sintesi di monomeri seguita da polimerizzazione in emulsione. Mentre la preparazione di polimeri elettroattivi NP utilizzando come EDOT e pirrolo è stato descritto in precedenza, questo documento descrive la preparazione di nanoparticelle polimeriche iniziano uniche monomeri coniugazione estese, dimostrando che questo processo p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato finanziato in parte dal Texas Emerging Technology Fund (Avvio a TB), l'Università Statale di Ricerca Enhancement Programma Texas, il Texas State University di dottorato di ricerca Fellowship (TC), il Partenariato NSF di Ricerca e Formazione sui Materiali (PREM, DMR-1205670), la Fondazione Welch (AI-0045), e National Institutes of Health (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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