दृश्य प्रकाश मध्यस्थता फैलाव polymerization द्वारा कीड़ा की तरह micelles की सतही संश्लेषण Photoredox उत्प्रेरक का उपयोग
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
nonspherical (और अन्य) nanoparticle morphologies के संश्लेषण के पारंपरिक रूप से एक multistep आत्म विधानसभा प्रक्रिया संश्लेषण और अच्छी तरह से परिभाषित amphiphilic diblock (या multiblock) copolymers की शुद्धि के साथ शुरू का उपयोग कर पूरा किया गया है। सबसे आम आत्म विधानसभा तकनीकों में से एक 1990 के दशक में Eisenberg द्वारा लोकप्रिय और ब्लॉक 1-3 से एक के लिए एक विलायक चयनात्मक की धीमी अलावा द्वारा पीछा दोनों बहुलक ब्लॉकों के लिए एक आम विलायक में amphiphilic ब्लॉक copolymer के विघटन शामिल था । के रूप में चयनात्मक विलायक (आमतौर पर पानी) जोड़ा जाता है, ब्लॉक copolymer से होकर गुजरती है आत्म विधानसभा polymeric नैनोकणों के रूप में। अंतिम आकृति विज्ञान (या morphologies का मिश्रण) नैनोकणों के ऐसे प्रत्येक बहुलक ब्लॉक, पानी के अलावा की दर और आम विलायक की प्रकृति के रिश्तेदार लंबाई के रूप में कारकों की एक बड़ी संख्या के द्वारा निर्धारित किया जाता है। हालांकि, इस दृष्टिकोण आम तौर पर केवल nanopar के उत्पादन के लिए अनुमति देता हैअपेक्षाकृत कम ठोस सामग्री (कम से कम 1% wt) पर ticles और इसलिए इसके व्यावहारिक scalability 4 की सीमा। इसके अलावा, इस तरह कीड़ा की तरह micelles के रूप में "मध्यवर्ती" चरणों की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य गठन इस nonspherical आकृति विज्ञान 5 को स्थिर करने के लिए आवश्यक मानकों के सीमित दायरे के कारण मुश्किल हो सकता है।
(आमतौर पर 10-30 भार%) 6 polymerization प्रेरित आत्म विधानसभा (पीसा) दृष्टिकोण आंशिक रूप से polymerization प्रक्रिया ही उपयोग nanoparticle संश्लेषण के लिए अनुमति बगल में विधानसभा स्वयं ड्राइव करने के लिए बहुत अधिक ठोस सामग्री द्वारा Eisenberg दृष्टिकोण की कमियों को संबोधित -8। एक ठेठ पीसा दृष्टिकोण में, एक जीवित polymerization की प्रक्रिया एक मोनोमर है कि शुरू में प्रतिक्रिया मध्यम में घुलनशील है लेकिन एक अघुलनशील बहुलक रूपों के साथ एक विलायक घुलनशील macroinitiator (या मैक्रो-सीटीए) का विस्तार श्रृंखला के लिए प्रयोग किया जाता है। पीसा दृष्टिकोण व्यवस्थित पूर्व के एक नंबर के परीक्षण के द्वारा कीड़ा की तरह micelles के संश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया गया है perimental मापदंडों और एक कृत्रिम "रोडमैप" 5,9 के रूप में विस्तृत चरण आरेख का उपयोग कर।
उनके चुनौतीपूर्ण संश्लेषण के बावजूद, वहाँ उनके दिलचस्प गुण उनके गोलाकार समकक्षों के सापेक्ष के कारण कीड़ा की तरह नैनोकणों में बहुत रुचि है। उदाहरण के लिए, हम दिखा दिया है दवा भरी हुई छोटी और लंबी कीड़ा की तरह micelles एक पीसा दृष्टिकोण का उपयोग कर संश्लेषित काफी गोलाकार मिसेल्स करने के लिए या 10 vesicles तुलना में इन विट्रो cytotoxicity में उच्च है। दूसरों में विवो मॉडल 11 में nanoparticle पहलू अनुपात और रक्त परिसंचरण समय के बीच एक संबंध दिखाई है। दूसरों से पता चला है कि एक उचित पीसा पद्धति का उपयोग कीड़ा की तरह नैनोकणों के संश्लेषण nanoparticle तंतु की nanoscale उलझाव के कारण एक स्थूल जेल पैदावार है। ये जैल उनकी thermoreversible प जेल व्यवहार 12 के कारण sterilizable जैल के रूप में संभावित प्रदर्शन किया है।
ontent "> इस प्रोटोकॉल एक विधि बस polymerization के दौरान समाधान चिपचिपापन देख द्वारा कीड़ा की तरह micelles के गठन के बगल में निगरानी के लिए अनुमति का वर्णन है। इसी तरह की कीड़ा की तरह micellar जैल के पिछले अध्ययनों से दिखा दिया है कि एक महत्वपूर्ण तापमान ऊपर, इन नैनोकणों एक प्रतिवर्ती कीड़ा क्षेत्रः संक्रमण से गुजरना और इतना ऊंचा तापमान पर मुक्त बह dispersions के रूप में। तिथि करने के लिए, इन पद्धतियों नियंत्रित polymerization 13,14 और इतने जमाना आसानी से इन पद्धतियों में नहीं मनाया जा सकता है आरंभ करने के लिए एक thermally संवेदनशील ऐजो यौगिक का उपयोग किया है थर्मल polymerization। इन अध्ययनों से दौरान, यह धारणा थी कि कम तापमान पर synthesizing पीसा निकाली गई नैनोकणों सीटू यह जमाना व्यवहार के अवलोकन के लिए अनुमति दे सकता।हाल ही में हम नैनोकणों उपज के लिए पीसा प्रक्रिया मध्यस्थता करने के लिए एक सतही कमरे के तापमान photopolymerization तकनीक के उपयोग की सूचना दीअलग morphologies 15। इधर, एक कल्पना प्रोटोकॉल polymerization के दौरान समाधान चिपचिपापन व्यवहार को देख कर कीड़ा की तरह micelles की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य संश्लेषण के लिए प्रस्तुत किया है। फैलाव polymerization आगम आसानी से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) का उपयोग (λ = 460 एनएम, 0.7 मेगावाट / 2 सेमी)।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह कल्पना की प्रोटोकॉल बस जेल की तरह व्यवहार की शुरुआत देख कर कीड़ा की तरह micelles के गठन की निगरानी करने की क्षमता को दर्शाता है। इस दृष्टिकोण की उपयोगिता अन्य तरीकों की तुलना में polymerization के दौरान कीड़ा गठन क…
Disclosures
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 |
References
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