Свойства Электроактивный полимер наночастицы Участие фототермические

A protocol is presented for the synthesis and preparation of nanoparticles consisting of electroactive polymers.

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).

Электроактивные полимеры изменить свои свойства (цвета, проводимость, реактивность, объем и т.д.) в присутствии электрического поля. Быстрые времена переключения, перестройки частоты, долговечность и легкий характеристики электроактивных полимеров привели к многочисленным предлагаемых приложений, в том числе альтернативной энергетики, датчиков, Electrochromics и биомедицинских устройств. Электроактивные полимеры потенциально полезными в качестве гибких, легких батареи и электродов конденсаторов. ¹ Приложения электроактивных полимеров в электрохромных устройств включают в себя системы антиивобликовый для зданий и автомобилей, солнцезащитные очки, защитные очки, оптических запоминающих устройств и смарт-тканей. ^2-5 Умные окна могут снизить энергетические потребности блокируя определенные длины волн света по требованию и защиты интерьеры домов и автомобилей. Умные текстиль можно использовать в одежде, чтобы помочь защитить от УФ-излучения. ⁶ Электроактивные полимеры имеют ALSО начали использовать в медицинских устройствах. Среди электроактивных полимеров, используемых в биомедицинских устройств, полипиррол (PPy), полианилин (ПАНИ), и поли (3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT) являются одними из наиболее распространенных. Например, эти типы полимеров обычно используются в качестве преобразователей в биосенсора устройств ⁷ Применение в терапевтической доставки также показали обещание. исследования показали, высвобождение лекарственных средств и терапевтических белков из устройств, изготовленных из электроактивных полимеров. ^8-12 Совсем недавно, электроактивных полимеров были использованы в качестве терапевтических средств при лечении фототермической. ^13-15 В фототермической терапии, фототермические агенты должны поглощать свет в ближнем -Инфракрасный (БИК) области (~ 700-900 нм), также известный как терапевтическое окно, в котором свет имеет максимальную глубину проникновения в ткани, как правило, до 1 см. ^16,17 В этом диапазоне, биологические хромофоры, такие как гемоглобин , оксигемоглобина, липиды, и вода имеют мало к неПоглощение, которая позволяет свету легко проникать. При фототермические агенты поглощают свет в этом терапевтическое окно, то фотоэнергетических преобразуется в фототермической энергии.

Ирвин с сотр, ранее сообщалось, алкокси-замещенную бис-Edot бензола мономеры, которые были синтезированы с использованием Negishi сцепление. ¹⁸ Негиши муфты является предпочтительным способом для образования углерод-углеродной связи. Этот способ имеет много преимуществ, в том числе использование промежуточных цинкорганических, которые менее токсичны и имеют тенденцию к более высокой реакционной чем другие металлоорганические используется. ^19,20 Цинкорганические соединения также совместимы с широким спектром функциональных групп на organohalides. ^{20 в} Негиши реакцию сочетания, А.Н. organohalide и металлорганическое соединены посредством использования палладия (0) катализатора. ²⁰ В работе, представленной в данном документе, этот метод кросс муфта используется в синтезе 1,4-диалкокси-2,5-бис ( 3,4-ethylenedioxythienyl) бензолNE (BEDOT-B _(OR) 2) мономеров. Эти мономеры могут быть легко полимеризуется электрохимически или химически с образованием полимеров, которые являются перспективными кандидатами для использования в биомедицинских применений.

Обычные способы получения коллоидных суспензий полимерных в водных растворах для биомедицинских применений обычно включают растворение блочных полимеров с последующим nanoprecipitation или эмульсии растворитель методов испарения. ^21,22 Для получения NPS поли (BEDOT-B (OR) ₂₎ , снизу вверх подход демонстрируется здесь, где наночастицы синтезируются с помощью на месте эмульсионной полимеризации. Эмульсионная полимеризация представляет собой процесс, который легко масштабируется и является относительно быстрым способом получения НП. ²² Исследования с использованием эмульсионной полимеризации для получения NPS других электроактивных полимеров были зарегистрированы для Ppy и PEDOT. ^15,23,24 PEDOT наночастицы, например, были получены с использованием спрей эмульсии рolymerization. ²⁴ Этот метод трудно воспроизвести, и, как правило, приводит к более крупные, микронных размеров частиц. Протокол, описанный в этой статье исследует использование метода раскрывающемся ультразвуком воспроизводимо приготовить 100 нм полимерных NPS.

В этом протоколе, электроактивные полимеры с учетом поглощают свет в ближней инфракрасной области спектра, похожий на ранее сообщалось поли (BEDOT-B _(OR) 2) синтезируются и характеризуется продемонстрировать свой потенциал в электрохромных устройств и, как PTT агентов. Во-первых, протокол для синтеза мономеров через Негиши связи описан. Мономеры характеризуются использованием ЯМР и УФ-VIS-NIR спектроскопии. Подготовка НП коллоидных суспензий с помощью полимеризации окислительного эмульсии в водных средах также описано. Методика основана на процессе эмульсионной полимеризации двухступенчатой ​​описанной ранее Хан и др., Которые наносят на различных мономеров. Система двух поверхностно-используется для управления монодисперсность NP. Жизнеспособность клеток анализ используется для оценки cytocompatibility из наночастиц. Наконец, потенциал этих наночастиц выступать в качестве PTT преобразователей продемонстрирована путем облучения с NIR лазера.

Внимание: Пожалуйста, обратитесь все соответствующие листы безопасности (SDS) перед использованием. Некоторые из реагентов, используемых в этих синтезах являются потенциально опасными. Пожалуйста, используйте все необходимые практики безопасности, включая средства индивидуальной защиты (защитные очки, перчатки, плащи, длинные штаны, и закрытую обувь), а также выполнять синтез в вытяжных. Литиирующего особенно опасны и должны выполняться только обученным лиц с контролем.

1. Мономер Синтез

Примечание: На рисунке 1 показана химическая маршрут для подготовки прекурсоров и мономеров, синтез описан в разделах 1.2 - 1.5.

1. Материалы
   1. Очищают Edot, как описано выше. ²⁵
   2. Перекристаллизовывают тетрабутил перхлорат аммония (TBAP) из этилацетата и сушили под вакуумом в течение 24 ч. Титрование н-бутиллитий (nBuLi, 2,5 М в гексане), как описано в Хойе и др. 26 в 48 ч до использования для определения фактической концентрации.
   3. Сухой сульфатом магния и карбонат калия при 100 ° С в течение 24 ч перед использованием. Используйте все другие химические вещества, используемые в настоящем протоколе как получено.
2. Синтез 1,4-Dialkoxybenzenes
   Примечание: 1А показано получение 1,4-dihexyloxybenzene использованием 1-bromohexane.
   1. Персонаже в трехгорлую круглодонную колбу сушили в сушильном шкафу с перегородкой, вводом для аргона адаптера, и конденсатор, снабженный выхода газа, подключенного к адаптеру барботер. Добавить мешалку в колбе до уплотнения.
   2. Подключение входной переходник к линии Шленка с использованием поли (винилхлорид) (PVC) труб и очистить в круглодонную колбу аргоном.
   3. Добавить 12,5 г (113,5 ммоль) гидрохинона в круглодонную колбу и растворить его в 20 мл безводного ТГФ (тетрагидрофурана) при перемешивании.
   4. Отдельно растворяют 14 г (250 ммоль) КОН в 30 мл этанола в одном шеикруглодонную колбу и размешать до полного растворения.
   5. После растворения медленно добавить раствор КОН в трехгорлую круглодонную колбу с помощью шприца. Разрешить смесь перемешивают в течение 1 часа.
   6. Через 1 ч добавляют 250 ммоль 1-bromoalkane к реакционной смеси.
   7. Реакционную смесь нагревают с обратным холодильником в течение 24 ч при перемешивании в атмосфере аргона.
   8. Через 24 часа дают реакционной смеси остыть до комнатной температуры и добавить 15 мл ДИ воды и 10 мл дихлорметана.
   9. Передача смесь в делительную воронку. Изолировать органический слой и мыть его три раза с 10 мл дистиллированной воды.
   10. Сушат органический слой над 15 г _MgSO 4 в течение 15 мин.
   11. Извлеките _MgSO 4 с помощью вакуумной фильтрации через фильтровальную бумагу.
   12. Растворитель удаляют из отфильтрованного раствора с помощью роторного испарителя при 50 ° С и 21 кПа с получением 1,4-dialkoxybenzene в виде неочищенного твердого вещества белого цвета.
   13. Перекристаллизовывают сырой продукт добавлением только достаточно горячего этанола срастворения продукта. После растворения место в бане со льдом, чтобы вызвать кристаллизацию.
   14. Сбор кристаллов вакуумной фильтрацией через фильтровальную бумагу и промывают холодным этанолом.
   15. Сушат кристаллы в вакууме в течение 24 ч при комнатной температуре и не хранить их в атмосфере аргона до дальнейшего использования. Эта процедура производит 1,4-dihexyloxybenzene.
   16. Охарактеризуйте продукт, используя точку плавления ^и 1 H ^и 13 C ЯМР-спектроскопии. ²⁷
3. Синтез 1,4-Dialkoxybenzenes содержащих сложноэфирные фрагменты
   Примечание: 1В показывает химический маршрут для получения 1,4-dialkoxybenzene использованием этил-4-бромбутаноата.
   1. Персонаже в трехгорлую круглодонную колбу сушили в сушильном шкафу с перегородкой, вводом для аргона адаптера, и конденсатор, снабженный выпускным стекла адаптера, соединенного с барботером. Добавить мешалку в колбе до уплотнения.
   2. Подключите входной переходник к линии Шленка с использованием трубки ПВХ и очистить аргоном.
   3. Взвесьте 1,88 г (93,5 ммоль) KI и 15.69 г (93,3 ммоль) _K 2 CO ₃ и добавить в круглодонную колбу.
   4. Добавить 25 мл безводного N, N-диметилформамиде (ДМФ) и перемешивают до тех пор, пока соли растворяются.
   5. После растворения, добавить 2,5 г (18,7 ммоль) гидрохинона к реакционной смеси и оставляют реакционную смесь перемешиваться до полного растворения.
   6. Когда все твердые вещества растворяют, добавьте 46,8 ммоль алкильной bromoalkanoate; нагревать реакционную смесь при кипении в течение 24 ч в атмосфере аргона при непрерывном перемешивании.
   7. Удалить реакционной смеси от жары и дайте ему остыть до комнатной температуры.
   8. Передача реакционной смеси в делительную воронку и добавляют воду (20 мл) и этилацетат (20 мл), чтобы извлечь органический слой. Изолировать органический слой и мыть его три раза водой (20 мл порциями).
   9. Сушат органический слой над 15 г _MgSO 4 в течение 15 мин. После сушки _над MgSO 4 удалить из смеси с помощью вакуумной фильтрации через филтер бумаги.
   10. Растворитель удаляют с помощью роторного испарителя при температуре 100 ° С и 21 кПа. Сушат сырой продукт в вакууме при комнатной температуре O / N.
   11. Перекристаллизовывают продукта путем добавления только достаточно горячего этанола, чтобы растворить все твердое вещество. После растворения охлаждают колбу на льду и позволяют кристаллы в форме. Соберите продукт с помощью вакуумной фильтрации и промыть холодной этанола.
   12. Сушат кристаллы в вакууме при комнатной температуре в течение 24 ч и не хранить в атмосфере аргона до дальнейшего использования. Эта процедура дает 1,4-бис (этил бутаноилокси) бензол.
   13. Охарактеризуйте продукт, используя точку плавления ^и 1 H ^и 13 C ЯМР-спектроскопии. ²⁸
4. Синтез 1,4-диалкокси-2,5-dibromobenzenes
   Примечание: Химический путь для подготовки 1,4-диалкокси-2,5-dibromobenzenes показано на рисунке 1А и 1В.
   1. Установить сухую трехгорлую круглодонную колбу с трубкой дл подачи аргона, постоянное давление капельной воронкой закрывалистеклянной пробкой или перегородки, и выпускное отверстие, подключен к пластиковой трубке, снабженной инвертированным воронку стекла подвесного течение 1 М раствора NaOH.
   2. В этом круглодонную колбу, растворяют 218 ммоль 1,4-dialkoxybenzene в дихлорметане (15 мл).
   3. Отдельно добавить 12 мл (598 ммоль) _Br 2 в 250 мл колбу и разбавляют дихлорметаном (12 мл).
   4. Передача Br ₂ / дихлорметан решение постоянной капельной воронки давление. Добавл ют по капле раствор в _Br 2 в трехгорлую круглодонную колбу при перемешивании в атмосфере аргона в течение определенного периода 2 ч.
   5. После завершения добавления, позволяют реакционную смесь в O / N при непрерывном потоке аргона.
   6. Гасят реакцию добавлением деионизированной воде (20 мл), и выливают смесь в делительную воронку.
   7. Изолировать органический слой и мыть три раза дистиллированной водой (порциями по 20 мл). Сушат органический слой над 15 г _MgSO 4 в течение 15 мин.
   8. Снимите _MgSO 4 повакуумную фильтрацию через фильтровальную бумагу, и удаляют растворитель с помощью роторного испарителя при 75 ° С и 21 кПа.
   9. Очищают сырую 1,4-диалкокси-2,5-дибромбензол добавлением только достаточно горячего этанола, чтобы растворить все твердое вещество. После растворения охлаждают колбу на льду и позволяют кристаллы в форме. Соберите продукт с помощью вакуумной фильтрации и промыть холодной этанола.
   10. Сушат очищенного продукта под вакуумом при комнатной температуре O / N; хранить в атмосфере аргона.
   11. Охарактеризуйте продукт, используя точку плавления ^и 1 H ^и 13 C ЯМР-спектроскопии. ^27,28
5. Негиши Взаимодействие 1,4-диалкокси-2,5-dibromobenzenes с 3,4-этилендиокситиофена (Edot)
   Примечание: На рисунке 1C показывает Negishi соединение 1,4-диалкокси-2,5-dibromobenzenes с Edot с образованием мономеров M1 и M2.
   1. Установить чистую трехгорлую круглодонную колбу с перегородкой, конденсатора, снабженную адаптером управления потоком на входе соединенного с аргоном, и кон потока газа на выходеTrol адаптер, подключенный к барботер.
   2. Подключите входной переходник для линии Шленка с использованием толстостенных труб из ПВХ. Начало токе аргона в реакционную колбу в течение нескольких минут.
   3. Использование горелку, пламенно-высушить аппарат в вакууме и продувают аргоном три раза, чтобы обеспечить безвоздушного среды.
   4. Взвешивают 1,07 г (10 ммоль) очищенного Edot и добавить в реакционную колбу с помощью шприца вставлен через перегородку. Развести Edot с безводном ТГФ (20 мл) и перемешивают в атмосфере аргона.
   5. Холод колбу, содержащую раствор Edot использованием сухой лед / ацетон в течение 15 мин при -78 ° С.
   6. Через 15 мин медленно добавляют 11 ммоль nBuLi в каплям раствор гексана при поддержании температуры при -78 ° С. Реакционную смесь перемешивают при -78 ° С в течение 1 часа.
      Примечание: точная концентрация nBuLi должны быть определены путем титрования до использования в соответствии с разделом 1.1.
   7. После 1 часа перемешивания удалить сухой лед / ацетон батыс.
   8. Сразу после удаления бане, добавить 14.13 мл 1,0 М ZnCl ₂ каплям раствора. Разрешить реакции протекать в течение 1 часа при перемешивании при комнатной температуре.
   9. После 1 часа перемешивания добавляют 4 ммоль 1,4-диалкокси-2,5-дибромбензола и 0,08 ммоль тетракис (трифенилфосфин) палладий (0) к реакционной смеси.
   10. Реакционную смесь нагревают с обратным холодильником в (70 ° C) в масляной ванне.
   11. Отслеживать ход реакции с помощью тонкослойной хроматографии (ТСХ): Делайте небольшие (0,2 мл) аликвот реакционной смеси в день, используя шприц и выпадают в осадок в 2 мл 1 М HCl. Выписка с 2 мл _CHCl 3 и определить выдержку по кварцевого пластину ТСХ наряду пятен решений Edot и appropriate1,4-диалкокси-2,5-дибромбензола. Элюируют 60:40 этилацетат: гексан.
   12. Когда реакция завершена, дают реакционной смеси остыть до комнатной температуры. Гасят реакцию добавлением 10 мл 1 М HCl с последующим добавлением дихлорметана (20 мл).
   13. Трansfer в делительную воронку и изолировать органический слой.
   14. Промыть органический слой деионизированной водой до тех пор, вода для стирки, больше не станет кислым. Тест на кислотность промывной воды с рН бумаги.
   15. Сушат органический слой над 15 г _MgSO 4, фильтруют и удаления растворителя с использованием роторного испарителя при 50 ° С и 21 кПа с получением неочищенного расширенный сопряжения мономера (M1 или M2) в виде желтого твердого вещества-оранжевый.
   16. Перекристаллизовывают сырой продукт с помощью горячего раствор 3: 1 этанол: бензол решение для M1 или 7: 2 гексан: бензол для М2. Добавьте достаточно просто горячей смеси растворителей для растворения твердого вещества. После растворения охлаждают колбу на льду и позволяют кристаллы в форме. Соберите продукт с помощью вакуумной фильтрации и промыть холодной этанола.
   17. Сушат продукт в вакууме в течение 24 ч при комнатной температуре. Хранить в темноте в атмосфере аргона.
   18. Охарактеризуйте продукт, используя точку плавления ^и 1 H ^и 13 C ЯМР-спектроскопии. ¹⁸

2. Электрохимия

1. Электрополимеризации
   1. В 50 мл мерную колбу подготовить 100 мМ тетрабутиламмоний перхлорат (TBAP) раствора электролита в безводном ацетонитриле _(CH 3 CN).
   2. В 10 мл мерную колбу подготовить 10 мМ мономер (M1 или M2) раствор использованием CN решение 100 мМ TBAP / _CH 3 в качестве разбавителя.
   3. Добавить серебряной проволоки (псевдо-электродный) и флаг платины (противоположный электрод) к абсолютно сухой электрохимической ячейки.
   4. Вставка свеже полированной кнопку платины (2 мм ² диаметр) для использования в качестве рабочего электрода. Убедитесь, что в нижней части кнопки платинового электрода не касаясь дна электролизера.
   5. Заполните электрохимическую ячейку с достаточным раствора мономеров электролита для того, чтобы кончики всех трех электродов погружают в раствор.
   6. Де-аэрации раствора в течение 5 мин, аккуратно кипящей аргона через иглу, погруженную в гое решение.
   7. Поднять иглу на 2 мм выше раствору и продолжают потоком аргона в течение всего эксперимента, чтобы поддерживать атмосфере аргона над раствором.
   8. Подсоединения электродов к потенциостата и начинают полимеризацию циклически приложенный потенциал пять раз со скоростью развертки 100 мВ / с и потенциального диапазона от -1,5 В до +1,0 В.
   9. Запишите выходной ток во время этого процесса для генерации циклических вольтамперограммы.
2. Полимер электрохимии
   1. После того, как полимерная пленка наносится на рабочем электроде кнопки платины, удалить все электроды из раствора электролита мономера и осторожно промыть раствором электролита мономера свободной (3 мл).
   2. Добавить электроды чистой электрохимической ячейки и добавить достаточно раствора электролита мономера свободной для того, чтобы кончики всех трех электродов погружают в раствор.
   3. Подключите электроды к потенциостата. Цикл приложенный потенциал TWO раз в размере развертки 50 мВ / сек и потенциалов между -1.5 V и +1.0 В.
   4. Повторите эксперимент при 100, 200, 300, и 400 мВ / с. Запишите выходной ток в течение каждого эксперимента, чтобы генерировать циклические вольтамперограммы.
3. Подготовка Electropolymerized Фильмы для УФ-VIS-NIR спектроскопии и фототермические исследований
   1. Подготовка полимерных пленок, как описано в разделе 2.1 выше, на этот раз с помощью оксида индия и олова (ITO) -покрытие предметное стекло в качестве рабочего электрода. Выращивают полимерных пленок более 5 циклов при скорости сканирования 100 мВ / с.
   2. После осаждения полимера, снять электроды из раствора мономера и промыть ацетонитриле (5 мл).
   3. Храните полимерную пленку в ацетонитриле до спектроскопических исследований.

3. Подготовка НП

Рисунок 2 показывает схему процесса, используемого для приготовления НП через эмульсионной полимеризации.

1. Прepare раствор 1 мл 2% (вес / объем) поли (4-стиролсульфокислоту и малеиновой кислоты) (PSS-CO-MA) в воде в стеклянный флакон. Добавьте небольшое магнитной мешалкой в ​​ампулу. Это водную фазу.
2. Подготовьте 100 мкл 16 мг / мл раствора мономера в хлороформе в микроцентрифужных трубки.
3. Готовят органический раствор путем растворения 0,03 г додецилбензолсульфокислоты (БРЮА) в растворе мономера 100 мкл. Смешайте органический раствор с использованием автоматического миксера вихревую в течение 30-60 мин с целью обеспечить гомогенность раствора.
4. Добавить органическую фазу по каплям водной фазы в 10 мкл порции при перемешивании магнитной мешалкой до полного объема органического раствора не используется. Разрешить перемешивания в течение 60 сек между ними добавками.
5. Добавляют 2 мл воды, чтобы растворить смесь. Извлеките мешалкой из флакона.
6. Разрушать ультразвуком эмульсии с использованием ультразвукового зонда в общей сложности 20 сек в 10-секундными интервалами при амплитуде 30%, тогда как погружениефлакон на бане со льдом.
7. Снимите флакон образец из ледяной бане, заменить мешалку, и продолжают перемешивание эмульсии.
8. Добавить 3,8 мкл 100 мг / мл раствора _FeCl 3 в воде в мономерной эмульсии. Дайте полимеризации происходит в течение 1 ч при непрерывном перемешивании. Это дает протокола ИГ полимера, стабилизированный PSS-CO-MA.
9. Снимите подвеску NP от мешалки и передачи в 7 мл центрифужные пробирки. Центрифуга суспензии при 75,600 мкг в течение 3 мин; извлечения супернатанта и отбросить гранул.
10. Диализировать супернатант в течение 24 часов с использованием 100 кДа молекулярной массой отсечки (MWCO) для диализа.

4. Полимерные пленки и НП характеристика

Примечание: Охарактеризовать полимерных пленок и NPS с помощью УФ-VIS-NIR спектроскопии, и наночастицы, использующие динамического рассеяния света, дзета-потенциал, анализ и электронную микроскопию.

1. Определение полимеров поглощения в УФ-Vis-NИК-спектр ²⁹
   1. NP суспензии: Перевести суспензии в кварцевой кювете и приобрести спектр от 300 - 1000 нм с интервалом сканирования от 5 нм.
   2. Окисленные полимерные пленки: Перенести ИТО предметное стекло с полимерным покрытием в кварцевой кювете и заполнить кювету с безводного ацетонитрила. Добавьте 2 капли в 100 мг раствора / мл FeCl _{3 в} CHCl _{3 к} ацетонитрила и смешать, чтобы полимерная пленка полностью окисляется. Приобретать спектр от 300 - 1000 нм с интервалом сканирования от 5 нм.
   3. Снижение полимерные пленки: Перенести ИТО предметное стекло с полимерным покрытием в кювету и заполнить кювету с безводного ацетонитрила. Добавьте одну каплю гидразина в жидкость и перемешать, чтобы обеспечить полимерная пленка полностью снижена. Приобретать спектр от 300 - 1000 нм с интервалом сканирования от 5 нм.
2. Определение НП Размер Используя динамический свет рассеяния ^(DLS) 30
   1. Включите DLS инструмента и позволяютэто прогреться в течение 15 мин.
   2. Разбавления суспензии NP в воде до концентрации 0,01 мг / мл и поместите в одноразовой кювете полистирола.
   3. Поместите кювету в читателя и начать измерение.
3. Определение НП дзета-потенциал ³¹
   1. Включите дзета-потенциал инструмента и дайте ему прогреться до 30 мин.
   2. Подготовка образца путем разбавления 200 мкл суспензии NP в 800 мкл 10 мМ раствора KCl.
   3. Заполните одноразовую кювету с полистирольной 700 мкл образца.
   4. Вставка дзета-потенциал электрода клетки в образце гарантируя, что не было пузырей в ловушке между электродами или в пути лазерного луча.
   5. Вставьте кювету в прибор и следуйте инструкциям программного обеспечения для запуска измерения.
4. Определение НП Размер Использование сканирующей электронной микроскопии (SEM) ³²
   1. Оставьте литье 10 мкл суспензии NP на Si пластин идать высохнуть.
   2. Sputter пальто высушенные NPS с 2 нм иридия.
   3. Изображение образцов при рабочем расстоянии 5 мм и на 5 кВ.

5. Исследовать Cytocompatibility в НП

Примечание: Все клеточные манипуляции следует проводить в биозащитой (ламинарном проточном боксе), чтобы предотвратить загрязнение клеток с бактерий, дрожжей, грибов или из окружающей среды, и чтобы защитить пользователя от потенциально инфекционных заболеваний. Все растворы и материалы, используемые с клетками должна быть стерильной. Используйте надлежащие асептических методов культивирования клеток.

1. Культура SKOV-3 клеток рака яичников в колбах Т75 при 37 ° С _в СО 2 инкубатор _(5% СО2) при помощи Игла в модификации Дульбекко (DMEM) с добавлением 10% фетальной бычьей сыворотки в качестве ростовой среды.
2. Семенной клетки при плотности клеток 5000 клеток / лунку в 96-луночный планшет и инкубируют в течение 24 ч при 37 ° С в _СО 2 инкубатор.
3. Непосредственно перед использованием разбавленной суспензии в НП полной среде роста в концентрации 1 мг / мл.
4. Фильтр суспензий NP пропусканием через стерильный фильтр 0,2 мкм и доводят до требуемой концентрации (2-500 воздействия мкг / мл) со средним полный рост с добавлением 1% пенициллина / стрептомицина.
5. Выньте носители от каждой из скважин в 96-луночного планшета, осторожно пипеткой и заменить 100 мкл суспензии NP в различных концентрациях воздействия, или 100 мкл НП-свободные средства массовой информации, как для положительных, так и отрицательных контролей cytocompatibility. Используйте 6 повторных скважин за состояния.
6. Непосредственно перед следующей стадии подготовки 0,5 мг / мл раствора 3- (4,5-диметилтиазол-2-ил) -2,5-дифенилтетразоли (МТТ) в фенолового красного среде DMEM. Стерильный фильтр раствор МТТ через стерильный фильтр 0,2 мкм.
7. После учета НПС инкубировать с клетками в течение требуемого периода времени (TYpically 24 или 48 ч), удалить NP суспензий тщательно пипетки из.
8. Сразу заменить средства массовой информации со следующими зависимости от состояния:
   1. Для отрицательного контроля cytocompatibility, добавить 100 мкл метанола в каждом из 6 лунок и позволяют сидеть в течение по крайней мере 5 мин. После обработки метанол, замену метанола с 100 мкл стерилизованного фильтрованием 0,5 мг / мл раствора МТТ в фенолового красного среде DMEM.
   2. Для положительного контроля и NP-обработанных образцов, заменить жидкость с 100 мкл стерилизованного фильтрованием 0,5 мг / мл раствора МТТ в фенолового красного среде DMEM.
9. Инкубируйте клетки в течение 2 4 ч в инкубаторе. После инкубации клетки изучить под микроскопом, чтобы проверить для формирования кристаллов формазана.
10. Осторожно снимите МТТ решение с помощью пипетки и заменить его 100 мкл диметилсульфоксид (ДМСО).
11. Поместите 96-луночного планшета на шейкере и перемешивают в течение нескольких минут, чтобы стимулировать растворение из дляMazan кристаллы.
12. Измерьте оптическую плотность каждой лунки при 590 нм (пик поглощения из формазана) и 700 нм (базового).
13. Вычитание образца поглощение при 700 нм (базового) от, что при 590 нм для каждой лунки.
14. Нормализовать исправленный абсорбцию путем деления его на среднем положительного контроля и конвертировать в процентах путем умножения на 100.
15. Определить среднюю жизнеспособность процентов и стандартное отклонение для каждого условия.

6. фототермические Transduction Исследования

Примечание:. В данной работе лазерная система описано ранее Паттани и Tunell используется ³³

1. Фототермический Трансдукция НП суспензий
   1. Развести NPS в деионизированной воде с концентрацией интерес.
   2. Добавить 100 мкл суспензии NP лунку 96-луночного планшета в. Место пластины а на горячей плите, поддерживаемой при 25 ° С.
   3. Включите питание на лазера и позволить ему тО согреть в течение нескольких минут. В этом исследовании используют волоконно-сочетании 808 нм лазерный диод мощностью до 1 Вт мощности.
   4. Маршрут лазерный луч по направлению к стадии образца с помощью оптического волокна. Использование выпуклую линзу расходиться лазерный луч до нужного размера пятна.
   5. Измерьте выходную мощность с использованием стандартного измерителя мощности и приспособиться к мощностью 1 Вт / ^см 2.
   6. Включите ИК-камеры (InSb ИК-камеры (FLIR Systems SC4000)) и установите область интереса (ROI) место, чтобы прочитать температуру 6 мм месте, где фокусируется лазер.
   7. Поместите хорошо интереса в фокальной точки лазерного луча. Запись базовой температуры образца. Включите лазер и облучать хорошо непрерывно в течение 5 мин при записи температуры.
   8. Через 5 мин, выключить лазер и продолжить запись температуру хорошо, пока он не остынет в исходное базовом температуры.
      Примечание: тепло и прохладно каждой суспензии три раза и рассчитатьСредняя температура изменение с течением времени. Использование ДИ воды при 25 ° С вместо суспензии NP в качестве отрицательного контроля для преобразования фототермической.
2. Фототермический Трансдукция полимерных пленок
   1. Передача ITO предметное стекло с полимерным покрытием в плитке, поддерживаемой при 25 ° С.
   2. Включите питание на лазера и дайте ему прогреться в течение нескольких минут. В этом исследовании используют волоконно-сочетании 808 нм лазерный диод мощностью до 1 Вт мощности.
   3. Маршрут лазерный луч по направлению к стадии образца с помощью оптического волокна. Использование выпуклую линзу расходиться лазерный луч до нужного размера пятна.
   4. Измерьте выходную мощность с использованием стандартного измерителя мощности и приспособиться к мощностью 1 Вт / ^см 2.
   5. Включите ИК-камеры (InSb ИК-камеры (FLIR Systems SC4000)) и установите область интереса (ROI) место, чтобы прочитать температуру 6 мм месте, где фокусируется лазер.
   6. Поместите пленку в фокальной точки лазерного луча. Запишите бaseline температура образца. Включите лазер и облучать образец непрерывно в течение 5 мин при записи температуры.
   7. Через 5 мин, выключить лазер и продолжить запись температуры образца, пока он остынет в исходное базовом температуры.
      Примечание: Тепло и охладить каждый фильм три раза и рассчитать среднее изменение температуры с течением времени. Использование голой ITO слайд при 25 ° С в качестве отрицательного контроля для преобразования фототермической.

Протокол реакцию с получением M1 и M2 показано на рисунке 1. Мономеры могут быть охарактеризованы ^с помощью 1 Н и ^{13 С-ЯМР-спектроскопии,} температура плавления, и элементного анализа. ЯМР-спектр ^1Н предоставляет информацию о связности атомов и их электронных оболочек; Таким образом, обычно используется для проверки того, что реакции были успешно завершены. Negishi реакции сочетания включают связывание фенильного кольца к Edot, в результате чего фенил протонного пика перейти от 7,1 частей на миллион до 7,8 частей на миллион. Тиенильной протон также переложить Апфилд до 6,5 частей на миллион. Четыре протонов на этилендиокси углерода мостовых будет разделен на два набора мультиплетов 4,3 частей на миллион. Протоны на алифатических атомов углерода существенно не изменится. ЯМР-спектр ^{13 С} будет демонстрировать пики при 170, 145, 140, и 113 для тиенил углерода и 150, 120 и 112 для фенилен углерода. Позиции Алифатическими углерода существенно не изменится. Химическая структура, ¹ H ЯМР и ^{13 С} ЯМР М2 показано на фиг.3.

Electropolymerizations М2, дающие полимер (P2) и циклической вольтамперометрии Р2 показаны на рисунке 4 На рисунке 4A, первоначально, нет текущий ответ. в качестве потенциальных увеличивается, начала окисления мономера М1 _{(Е на, м)} можно увидеть на + 0,25 V, с пиковой окисления мономера _{(Е р, м) на} + 0,61 В. В течение первого сканирования, начальный пик наблюдали свидетельствует о необратимом мономера окисления, в результате чего образуются P2 на поверхности рабочего электрода. Во втором сканировании наблюдаются два процесса окисления: Окисление мономера до сих пор рассматривается в +0,25 В, а полимер окислению видно при 0 В. циклической вольтамперометрии Р2 (фиг.4В) проводили при скорости сканирования от 50 до 400 мВ / сек. Полимерная пленка темно-синий в окисленном состоянии и красный в нейтральном состоянии. Велосипед полимера на различных скоростях сканирования показывает линейную зависимость между скоростью сканирования и пикового тока, что указывает на то, что полимер является электрически активный и приклеивают к электроду. ¹⁸ Полимер окисления _{(Е, Р)} наблюдается при -0.02 В для Р2, и сокращение полимер (Е _{С, Р)} наблюдается при -0.3 V, когда циклическое 100 мВ / сек.

АПЛ были синтезированы, как показано на рисунке 2, и характеризуется использованием УФ-VIS-NIR спектроскопии, электронной микроскопии и DLS. УФ-VIS-NIR спектры окисленных и восстановленных фильмов P2 и окисленного P2 парков, показаны на рисунке 5. Окисленной полимерных пленок и NPS выставку пик поглощения λ _макс на 1,56 эВ (795 нм). Когда уменьшается гидразина, пик поглощения смещается фильм на Х _макс 2,3 эВ (540 нм). Полимер группа гар (Е _г) определяется из начала П- π * перехода в нейтральное полимера, как указано в черной стрелкой на фиг.5.

СЭМ изображение P2 НП в 6А показывает, что наночастицы имеют сферическую форму и суб-100 нм в диаметре. DLS данные на фиг.6В показана Z-среднем суспензий быть 104 нм в диаметре с показателем полидисперсности (PDI) 0,13, что указывает на то, что образец умеренно монодисперсных. Был найден дзета-потенциал наночастиц P2 будет -30,5 мВ. Изменение температуры при НП подвергаются БИК излучения демонстрирует преобразование фототермического. По сравнению с контрольной водой, которые подвергаются менее 1 ° C повышения температуры, NP суспензии в воде способны превращать поглощенной лазерной энергии в тепло, как показано на C повышением температуры суспензий Np (рис 30 °6C). Подобное увеличение температуры (28 ° С) наблюдается при полимерные пленки ITO на стекле, облучают при 808 нм (6С).

Cytocompatibility полимерных наночастиц, определяется с использованием жизнеспособности клеток МТТ анализов. Результаты cytocompatibility исследований для PEDOT:. PSS-со-MA наночастицы показаны на рисунке 7 показано, в интервале концентраций НП 0,23 до 56 мкг / мл, что наночастицы не снижают жизнеспособность клеток менее 90% от контроля. Как правило, снижение в клеточной жизнеспособности менее 20% (то есть, до 80% жизнеспособности) считается приемлемым для определения НП cytocompatibility.

Рисунок 1. Общий синтез мономера, начиная с синтеза предшественника. (А) Синтез 1,4-диалкокси-2,5-дибромбензола, (В) Синтез 1,4-диалкокси-2,5-дибромбензола, содержащей сложноэфирную группу. (С) кросс-сочетания реакции 1,4-диалкокси-2,5-дибромбензола с Edot, уступая мономеров M1 и M2. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2. Процесс полимеризации, в котором органический раствор добавляли по каплям к водному раствору, создавая эмульсии. Мономера и органического растворителя может изменяться. Окислительной полимеризации происходит, когда _FeCl 3 добавляется к эмульсии. После очистки коллоидной суспензии, НПС приостановлены в водной среде. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этогофигура.

Рисунок 3. Спектры ЯМР мономера М2. (А) ^1Н ЯМР-спектроскопии, где М2 расщепление этилендиокси протонов 4,32 частей на миллион, то сильное поле смещение тиенил протонов, а сильное поле смещение фенильным протонам свидетельствуют об успешном муфты , (Б) ^{13 С} ЯМР-спектроскопии М2 показывает тиенильной и фенил углерода пики. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 4. (А) электрохимический полимеризации М2 к Р2; пять циклов при 100 мВ / сек 0,01 М М2 в 0,1 М ТБAP / CH ₃ CN. (B), циклической вольтамперометрии полимерной пленки в 0,1 М TBAP / _CH 3 CN циклическое на 50, 100, 200, 300, и 400 мВ / сек. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 5. УФ-VIS-NIR спектры P2 и как фильм и в виде суспензии наночастиц. Спектр окисленной пленки показаны синим цветом, спектр восстановленного фильма отображается красным цветом, а спектр окисленного НП подвеска отображается зеленым цветом. Черная стрелка соответствует касательной, используемого для определения ширины запрещенной зоны полимера. Пик волны поглощения для полимеров услуг. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этогофигура.

Рисунок 6. (А) СЭМ-изображение, показывающих морфологию и размер наночастиц P2. (Б) распределение Размер P2: PSS-со-МА НП подвеска, где Z-среднее значение составляет 104 нм, а PDI 0,13. (С) изменение температуры P2:. PSS-CO-MA НП суспензии с концентрацией 1 мг / мл (синий) и пленки (зеленый) при облучении NIR света за 300 сек, после чего пассивного охлаждения после завершения облучения лазером Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 7. Cytocompatibility из PEDOT: суспензии PSS-со-МА NP, определяемые МТТ Жизнеспособность есть.показано для клеток, подвергшихся в той или иной концентрации наночастиц в качестве среднего процентного отношению к количеству клеток, инкубированных с НП-свободных средств массовой информации (положительный контроль). Отрицательный контроль состоит из клеток, убитых в результате воздействия метанола до МТТ. Усы представляют стандартное отклонение между повторами (п = 6). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

В этой работе, электроактивные полимерные наночастицы были синтезированы в качестве потенциальных агентов PTT для лечения рака. Получение наночастиц описан, начиная с синтеза мономеров с последующей эмульсионной полимеризации. В то время как подготовка национальных парков с использованием электроактивные полимеры, такие как Edot и пиррола было описано ранее, этот документ описывает приготовление полимерных наночастиц, начиная с уникальных длительных мономеров сопряжения, демонстрируя, что этот процесс может быть продлен до больших, более сложных мономеров.

Два разных маршруты необходимо синтезировать мономеров dialkoxybenzene. В то время как 1,4-dihexyloxybenzene могут быть синтезированы с использованием КОН / этанол, что подход неудачен в синтезе 1,4-бис (этил бутаноилокси) бензола, скорее всего, из-за базовой раскрученной эфира гидролиза. При использовании Ki / _K 2 CO ₃ смесь, гидролиз избежать, и продукт успешно получил. Бромирование ботач dialkoxybenzenes осуществляется с помощью _Br 2. Необходимо проводить этот эксперимент под токе аргона для вытеснения HBr, образованный в ходе реакции. Выход газа должна выразить над нейтрализующий NaOH решение, чтобы предотвратить коррозию HBr от капота светильники; обратите внимание, что может привести к HBr пластиковые трубы для упрочнения в течение долгого времени.

BEDOT-B _(OR) 2 мономеры М1 и М2 были синтезированы с использованием Negishi муфту. Это эффективный метод для углерод-углеродной связью Edot с 1,4-диалкокси-2,5-dibromobenzenes с получением BEDOT-B _(OR) 2 мономеры. Очень важно, чтобы охладить Edot до -78 ° С перед добавлением в nBuLi, чтобы свести к минимуму нежелательные побочные реакции. Когда все 1,4-диалкокси-2,5-дибромбензола истощается из реакционной смеси с помощью (ТСХ определяется, это обычно занимает 3-5 дней), реакция завершается. Реакционную чрезвычайно чувствительный к воздействию воздуха, и любое воздействие воздуха будет влиять на выход реакции. Таким образом, когда INTroducing твердых соединений (например, катализатора) в запечатанной емкости, воздействие воздуха должно быть сведено к минимуму за счет увеличения потока аргона.

Электроактивные мономеры и полимеры характеризуются обычно с помощью циклической вольтамперометрии для определения мономера и полимера окислительный потенциал и потенциал сокращения полимера и пленки, полученные с помощью электрохимической полимеризации используют для определения абсорбции полимера в спектре УФ-VIS-NIR в обоих окисленных и восстановленных состояний. В этой работе, полимерные пленки были нанесены на кнопки как платина и ITO покрытием стекла по электрополимеризации. Некоторые из преимуществ электрополимеризации являются воспроизводимость и возможность контролировать толщину пленки путем мониторинга тока полимеризованного пленки и остановки электрополимеризации когда конкретный ответ достигается ³⁴ Электрохимические эксперименты должны проводиться в инертной атмосфере, такой как аргон. Поток аргона должно быть настолько медленно, что не нарушить поверхности раствора, чтобы обеспечить диффузионный процесс контролируемой. Кроме того, электрохимические эксперименты могут быть выполнены в инертной атмосфере сухого бокса, снабженной электрохимических межслойных соединений. Важно, что ни один из трех электродов не соприкасаются друг с другом во электрополимеризации. До полимер циклические исследования вольтамперометрии, осажденные полимерные пленки должны быть промывают раствором электролита мономера бесплатно для удаления непрореагировавшего мономера из фильмов. Для всех электрохимических исследований потенциал диапазон необходимых будет зависеть от структуры мономера / полимера; так этот диапазон может варьироваться с альтернативными мономеров и полимеров. В зависимости от структуры алкоксильных заместителей, растворитель, используемый для приготовления растворов мономера электролит может также растворить полимер. В этом случае, осаждени полимера на электроде во электрополимеризации будет медленным или несуществующим, и растворитель используют для полимеризации должна быть изменена.

Дзета-потенциал анализ обычно проводится для оценки устойчивости НП суспензий. Дзета-потенциал является потенциалом на границе между слое Штерна, где ионы сильно связанного с поверхностью НП, и диффузного слоя, где ионы больше не взаимодействуют с поверхностью НП. ³¹ дзета-потенциал измерения полагаются на движение заряженных наночастиц, когда электрический поле прикладывается к суспензии. В частности, заряженные наночастицы отрицательно привлекают к положительному электроду, и наоборот. Коллоидные суспензии могут быть стабилизированы с помощью электростатических отталкивания. В частности, суспензии считать стабильным, когда их дзета-потенциал больше, чем +/- 30 мВ. В наших NP составов, наличие сульфонатных групп и от карбоксилатных БРЮА и PSS-CO-MA дает отрицательный поверхностный заряд наночастиц на.

Очистка гое НП является важным шагом для того, чтобы удалить излишки ПАВ и непрореагировавшего исходного материала до лабораторного изучения клеток. Неэффективное удаление ПАВ может привести к значительному гибели клеток. Как и для любой другой в пробирке анализа клеток, жизненно важно, чтобы работать в капюшоне ламинарного потока и работать в стерильных условиях. Наночастицы также должны быть стерилизованы перед использованием пропусканием суспензии через стерильный фильтр 0,2 мкм. Важно также, чтобы проверить концентрацию НП суспензий после стерильной фильтрации. С этой целью фракция отфильтрованного НП суспензии известного объема может быть лиофилизированный для получения сухой массы. МТТ жизнеспособность клеток анализ обычно используется для изучения влияния биоматериалов, в том числе национальных парков, на культивируемых клетках. Этот простой тест может быть адаптирован к исследованию cytocompatibility НП суспензий с любой линии клеток млекопитающих. МТТ колориметрический анализ основан на превращении желтого тетразолия красителя в фиолетовый, INSOLuble кристаллы формазана, который затем может быть растворен в ДМСО или кислых растворах спирта. ^35,36 При выполнении анализов в пробирке клеток, таких как клетки МТТ анализа жизнеспособности в нескольких луночных планшетах, последовательность в посева клеток и манипуляций имеет решающее значение для достижения минимальной разницы между повторить образцы. До и во время эксперимента, отобранные клетки должны быть рассмотрены под микроскопом, чтобы обеспечить последовательное посев и рост, а также, чтобы исключить любое загрязнение. Наконец, микроскопии и могут быть использованы для подтверждения полного растворения кристаллов формазана после добавления ДМСО.

Фототермическая исследования проводились с использованием непрерывного лазера на 808 нм. Использование непрерывных лазеров против импульсный может нагреть материалы по-разному. Предыдущие исследования по сравнению преобразование фототермического и фототермического абляции с золотыми наноструктурах как PTT агентов, ³⁷ дополнительные исследования, необходимые для расследования преобразование фототермического от polymeriС НП, как те, описанных в данном документе. В этой работе, лазер разошлись в выпуклой линзы и фокусируются на 6 мм размер пятна. Важно быть осторожным, чтобы не нарушить оптическую систему при запуске эксперименты, чтобы предотвратить случайные изменения в фокальной плоскости, которые могут вызвать разногласия в результатах преобразования фототермического. Горячая пластина была использована для тепло и поддерживать постоянную температуру базовой для изучения.

В заключение, протокол для подготовки НП электроактивных полимеров, взвешенных в водной среде описывается. Negishi связь является эффективным методом для соединения 1,4-диалкокси-2,5-dibromobenzenes с 3,4-этилендиокситиофена (Edot). Электрополимеризации мономеров подробно описаны в этом протоколе. Это доказывает, чтобы быть эффективным способом быстро производить полимерные пленки и изучать их электронные свойства. Полимерные пленки также характеризуются использованием УФ-VIS-NIR спектроскопии для определения ширины запрещенной зоны нейтральных полимеров. Electrochemical дает эмульсионной полимеризации суб-100 нм наночастицы с единых сферических морфологии. В дополнение к фототермического абляции терапии, эти наночастицы имеют много потенциальных приложений в электроактивных устройств, в том числе хранение и датчиков энергии. Тепловые и cytocompatibility исследования, проведенные показали, что эти наночастицы могут быть потенциальными кандидатами в биомедицинских приложениях, как фототермических агентов.

The authors have nothing to disclose.

Эта работа была частично финансируется Техас Emerging Technology Fund (Startup ТБ), Государственного университета исследовательской программы Повышение Техас, Техас государственного университета докторской диссертации стипендий (в ТЦ), в NSF партнерства для исследований и образования в области материаловедения (PREM, DMR-1205670), The Уэлш Фонд (АИ-0045), и Национальные институты здравоохранения (R01CA032132).