Propiedades Electroactivos Polymer Nanopartículas Exponer fototérmica
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
Polímeros electroactivos cambian sus propiedades (color, conductividad, reactividad, volumen, etc.) en presencia de un campo eléctrico. Los tiempos de conmutación rápidos, tunability, la durabilidad, y las características de peso ligero de polímeros electroactivos han dado lugar a muchas aplicaciones propuestas, incluida la energía alternativa, sensores, Electrochromics, y dispositivos biomédicos. Polímeros electroactivos son potencialmente útiles como, baterías y condensadores electrodos ligeros flexibles. 1 Aplicaciones de polímeros electroactivos en dispositivos electrocrómicos incluyen sistemas de reducción de deslumbramiento para edificios y automóviles, gafas de sol, gafas de protección, dispositivos de almacenamiento ópticos y textiles inteligentes. 2.5 ventanas inteligentes pueden reducir los requerimientos de energía mediante el bloqueo de determinadas longitudes de onda de la luz a la carta y la protección de los interiores de las casas y automóviles. Textiles inteligentes pueden ser utilizados en la ropa para ayudar a proteger contra la radiación UV. 6 polímeros electroactivos tienen als,o comenzado a ser utilizado en dispositivos médicos. Entre los polímeros electroactivos utilizados en dispositivos biomédicos, polipirrol (PPy), polianilina (PANI), y poli (3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT) se encuentran entre los más comunes. Por ejemplo, estos tipos de polímeros se utilizan comúnmente como transductores en dispositivos biosensores 7 Aplicaciones en la entrega terapéutico también se han mostrado prometedores.; estudios han demostrado la liberación de los fármacos y proteínas terapéuticas de los dispositivos preparados a partir de polímeros electroactivos 8-12. Más recientemente, polímeros electroactivos se han utilizado como agentes terapéuticos en la terapia fototérmica 13-15. En la terapia fototérmica, agentes fototérmicos deben absorber la luz en el Cercano infrarrojo de (NIR) región (~ de 700-900 nm), también conocida como la ventana terapéutica, donde la luz tiene la profundidad máxima de penetración en el tejido, típicamente de hasta 1 cm. 16,17 En este rango, cromóforos biológicos tales como la hemoglobina , la hemoglobina oxigenada, lípidos y agua tienen poco que-noabsorbancia, que permite que la luz penetre fácilmente. Cuando los agentes fototérmicos absorben la luz en esta ventana terapéutica, la foto energético se convierte en energía fototérmica.
Irvin y colaboradores han informado anteriormente alcoxi-monómeros sustituidos de benceno bis-Edot que se sintetizaron usando un acoplamiento de Negishi. 18 de acoplamiento de Negishi es un método preferido para la formación de enlaces carbono-carbono. Este proceso tiene muchas ventajas, incluyendo el uso de productos intermedios organometálicos de cinc, que son menos tóxicos y tienden a tener mayor reactividad que otros compuestos organometálicos utilizados. 19,20 compuestos orgánico de zinc también son compatibles con una amplia gama de grupos funcionales en los organohaluros. 20 En el reacción de acoplamiento de Negishi, un organohaluro y organometálico están acoplados mediante el uso de un catalizador de paladio (0) catalizador. 20 En el trabajo presentado en el presente documento, este método de acoplamiento cruzado se utiliza en la síntesis de 1,4-dialcoxi-2,5-bis ( 3,4-ethylenedioxythienyl) benzemonómeros ne (2 Bedot-B (OR)). Estos monómeros pueden ser fácilmente polimerizan electroquímicamente o químicamente para producir polímeros que son candidatos prometedores para su uso en aplicaciones biomédicas.
Los métodos convencionales para la preparación de suspensiones poliméricas coloidales en soluciones acuosas para aplicaciones biomédicas implican típicamente la disolución de polímeros a granel seguido por nanoprecipitation o emulsión técnicas de evaporación de disolvente. 21,22 A fin de producir NPs de poli (Bedot-B (OR) 2) , un enfoque de abajo hacia arriba se demuestra aquí, donde los PN se sintetizan a través de polimerización en emulsión situ. La polimerización en emulsión es un proceso que es fácilmente escalable y es un método relativamente rápido para la preparación de NP. 22 Los estudios que utilizan la polimerización en emulsión para producir NPs de otros polímeros electroactivos se han reportado para PPy y PEDOT. 15,23,24 PEDOT NPs, por ejemplo, se han preparado utilizando emulsión de aerosol polymerization. 24 Este método es difícil de reproducir, y por lo general produce, partículas de tamaño micrométrico más grandes. El protocolo se describe en este artículo explora el uso de un método de la gota-sonicación para preparar de forma reproducible 100 nm PN polímero.
En este protocolo, los polímeros electroactivos adaptados para absorber la luz en la región NIR similar al poli informó anteriormente (Bedot-B (OR) 2) se sintetizan y caracterizado para demostrar su potencial en dispositivos electrocrómicos y como agentes de PTT. En primer lugar, se describe el protocolo para la síntesis de los monómeros a través de acoplamiento de Negishi. Los monómeros se caracterizan usando espectroscopía de RMN y UV-Vis-NIR. También se describe la preparación de suspensiones coloidales NP a través de polimerización en emulsión oxidativo en medios acuosos. El procedimiento se basa en un proceso de polimerización en emulsión de dos etapas descrito previamente por Han et al. Que se aplica a los diferentes monómeros. Un sistema de dos tensioactivo esutilizado para controlar el monodispersidad NP. Un ensayo de viabilidad celular se utiliza para evaluar citocompatibilidad de los NPs. Por último, el potencial de estas NPs para actuar como transductores de PTT se demuestra por la irradiación con un láser NIR.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este trabajo, los PN de polímeros electroactivos se han sintetizado como agentes potenciales de PTT para el tratamiento del cáncer. La preparación de los NPs se describe, a partir de la síntesis de los monómeros seguido por polimerización en emulsión. Mientras que la preparación de NPs utilizando polímeros electroactivos tales como EDOT y pirrol se ha descrito antes, este documento describe la preparación de NPs poliméricos a partir de monómeros de conjugación extendidos únicos, lo que demuestra que est…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue financiado en parte por el Fondo de Texas Emerging Technology (inicio a la tuberculosis), el Programa de Mejora de Texas State University Research, el Texas State University Doctorado Becas de Investigación (al TC), la Asociación de la NSF para la Investigación y Educación en Materiales (PREM, DMR-1205670), la Fundación Welch (AI-0045), y los Institutos Nacionales de Salud (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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