電気活性ポリマーナノ粒子出展光熱プロパティ
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
電気活性ポリマーは、電場の存在下で、それらの特性（色、導電性、反応性、量など ）を変更します。迅速なスイッチング時間、同調性、耐久性、電気活性ポリマーの軽量特性は代替エネルギー、センサー、エレクトロクロミック、および生物医学的装置を含む多くの提案の用途、につながっています。電気活性ポリマーは、柔軟、軽量電池、キャパシタ電極として有用である可能性がある。エレクトロクロミック素子における電気活性ポリマーの1アプリケーションは、建物や自動車、サングラス、保護メガネ、光記憶装置、スマート繊維用グレア低減システムを含む。2-5スマートウィンドウは、オンデマンド特定の波長の光を遮断し、家庭や自動車の内装を保護することによって、エネルギー必要量を減らすことができます。スマートテキスタイルは、UV放射線から保護するために衣服に使用することができます。6電気活性ポリマーは、ALSを持っていますO医療機器で使用され始めて。生物医学装置に使用される電気活性ポリマーの中でも、ポリピロール（のPPy）、ポリアニリン（PANI）、およびポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）（PEDOT）は、最も一般的なの一つです。例えば、ポリマーのこれらの種類は、一般的に、バイオセンサデバイス内のトランスデューサとして使用されている治 療的送達7応用も有望であることが示されています。研究では、電気活性ポリマーから調製されたデバイスからの薬物および治療 用タンパク質の放出を実証した。8-12最近では、電気活性ポリマーは、光熱治療における治療薬として使用されている。13-15を光熱治療において、光熱剤は、近くの光を吸収しなければなりませんまた、光は、典型的には、1センチメートルまで、組織に浸透の最大の深さを持っている治 療の窓、として知られている、（NIR）領域（〜700〜900 nm）を-infrared。この範囲では16,17、ヘモグロビンのような生物学的な発色団は、 、酸化ヘモグロビン、脂質、および水が持っている少しツーなし簡単に浸透する光を可能に吸光度、。光熱剤は、この治療域の光を吸収するとき、光エネルギーは、光熱エネルギーに変換されます。
根岸カップリングを用いて合成したビス- EDOTベンゼンモノマー、置換アルコキシ、アービンおよび共同研究者は、以前に報告されている。18根岸カップリングは、炭素-炭素結合形成のための好ましい方法です。このプロセスは、低毒性であり、他の有機金属を用いるよりも高い反応性を有する傾向がある有機亜鉛中間体の使用を含む多くの利点を有している。19,20有機亜鉛化合物は、有機ハロゲン化物に官能基の幅広い互換性がある。20では根岸カップリング反応は、有機ハロゲン化物及び有機金属は、パラジウム（0）触媒の使用を介して連結されている20本明細書に提示研究では、このクロスカップリング法は、（1,4-ジアルコキシ-2,5-ビスの合成に利用されています3,4- ethylenedioxythienyl）benzeNE（BEDOT-B（OR）2）モノマー。これらのモノマーは、簡単に生物医学的用途における使用のための有望な候補であるポリマーを得るために、電気化学的または化学的に重合することができます。
生物医学的用途のための水性溶液中のコロイド状ポリマー懸濁液を調製するための従来の方法は、典型的には、ナノ析出またはエマルジ ョン溶媒蒸発法に続いて、バルクポリマーの溶解を伴う。21,22のポリNPを（BEDOT-B（OR）2）を製造するためにNPは、 その場で乳化重合中により合成される場合には、ボトムアップアプローチがここで示されています。乳化重合は、容易にスケーラブルであり、NPの製造のための比較的高速な方法であるプロセスである。他の電気活性ポリマーのNPを製造するために乳化重合を用いて、22の研究は、のPPy及びPEDOTのために報告されている。15,23,24 PEDOTのNP、例えばスプレーエマルションpを使用して調製されていますolymerization。24、この方法は、再現するのが困難であり、通常はより大きなミクロンサイズの粒子が得られます。この資料に記載されているプロトコルは、再現性100-nmのポリマーのNPを製造するためのドロップ、超音波処理法の使用を探ります。
このプロトコルでは、以前に報告されたポリ同様のNIR領域の光を吸収するように調整電気活性ポリマー（BEDOT-B（OR）は、2） 合成されたエレクトロクロミックデバイスおよびPTT剤としての可能性を実証することを特徴とします。まず、根岸カップリングを介して、単量体の合成のための手順が記載されています。モノマーは、NMR及び紫外可視近赤外分光法を用いて特徴付けられます。水性媒体中で酸化乳化重合を介してNPのコロイド懸濁液の調製も記載されています。手順は、以前にHanらによって記載された2段階乳化重合プロセスに基づいている。別の単量体に適用されます。二界面活性剤系でありますNPの単分散性を制御するために使用されます。細胞生存率アッセイは、NPの細胞適合性を評価するために使用されます。最後に、PTTトランスデューサとして作用するこれらのNPの電位は、NIRレーザを照射することによって実証されます。
Protocol
Representative Results
Discussion
この作業では、電気活性ポリマーNPは、癌治療のための潜在的なPTT剤として合成されています。 NPの調製は、乳化重合に続いて、モノマーの合成から出発し、記載されています。かかるEDOT及びピロールのような電気活性ポリマーを用いたNPの調製は以前に記載されているが、この論文では、このプロセスは、より大きな、より複雑な単量体に拡張することができることを実証し、ユニークな?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was funded in part by the Texas Emerging Technology Fund (Startup to TB), the Texas State University Research Enhancement Program, the Texas State University Doctoral Research Fellowship (to TC), the NSF Partnership for Research and Education in Materials (PREM, DMR-1205670), The Welch Foundation (AI-0045), and 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 |
References
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