Preparazione di Cave particelle di polistirene e microcapsule tramite polimerizzazione radicale di goccioline di Janus composto da idrocarburi e oli Fluorocarbon

Riepilogo

Un protocollo per la fabbricazione di particelle di polimero hollow e microcapsule di polimerizzazione radicalica utilizzando emulsioni consistenti di stirene, perfluoro -n-ottano e acquosa SDS (sodio dodecilsolfato) soluzione è presentata.

Abstract

In questo articolo, abbiamo dimostrato un metodo per produrre particelle vuote e microcapsule usando le goccioline di olio composto da olio di idrocarburi (stirene) e fluorocarburi (perfluoro -n-ottano, PFO) in acquoso tensioattivo (sodio dodecilsolfato, Soluzioni di SDS). Poiché fluorocarburo oli sono immiscibili con oli di idrocarburi, i due oli sono separati. Emulsioni sono preparati da agitazione stirene/PFO/acquosa miscele di soluzione SDS a 80 ° C. Il tipo delle emulsioni e la morfologia delle goccioline nelle emulsioni sono osservati da microscopio ottico e microscopio a fluorescenza confocale. È trovato che le goccioline di olio con morfologie di Janus-tipo costituito di stirene reciprocamente immiscibili e PFO si formano in soluzione acquosa di SDS. Particelle di polistirene sono fabbricate tramite polimerizzazione radicale di mischie ternarie di stirene/PFO/acquoso soluzione di SDS a 80 ° C. Le morfologie del polistirolo sono confermate da microscopia elettronica a scansione e scansione osservazioni di microscopia elettronica di trasmissione. Queste osservazioni mostrano la preparazione di particelle di polistirene Cave con un unico foro sulla superficie. A nostra conoscenza, questo metodo è una strategia novella utilizzando l'immiscibilità di oli idrocarburi e fluorocarbon. Le particelle di Cave possono essere applicate anche alla preparazione delle microcapsule.

Introduzione

Mentre le particelle sferiche polimero sono stati ampiamente utilizzate in diverse applicazioni industriali, è ben noto che le particelle fossetta, emisferi, dischi ed Elissoidi, sono state preparate da seminato polimerizzazioni^{1,2, 3}, foto-polimerizzazione delle goccioline di monomero non sferica utilizzando microreattore con geometrie specifiche^4,5, auto-organizzazione utilizzando riprecipitazione di polimeri⁶e deformazione dei polimeri sferici le particelle da esterno meccanico forza^7,8. In particolare, particelle di polimero cava con micrometro-dimensione sono state fabbricate da evaporazione di un buon solvente da particelle di polimero sferica gonfiata dal solvente^9,10 e polimerizzazione utilizzando emulsioni multiple ^{11 , 12}.

In questo lavoro, ci concentriamo sull'uso del reciproco immiscibilità di idrocarburi e fluorocarbon oli nella fabbricazione delle particelle di polimero. Tensioattivi di ibridi hanno una catena di idrocarburi e una catena di fluorocarburo nella molecola. Precedentemente, abbiamo segnalato le proprietà uniche dei tensioattivi ibrido che non si osservano in tensioattivi convenzionali^13,14,15. Inoltre abbiamo studiato emulsioni utilizzando olio di idrocarburi, olio fluorocarburo e soluzione acquosa tensioattivo, che sono mutuamente immiscibili¹⁶. Tuttavia, ci sono pochissimi studi delle emulsioni¹⁷. Questi studi hanno descritto la morfologia delle goccioline di olio composto da olio di idrocarburi e olio di fluorocarbonio in soluzioni acquose tensioattivo.

Qui, indichiamo un protocollo dettagliato della fabbricazione delle particelle di polimero cava tramite polimerizzazione radicale usando gocce d'olio nelle emulsioni consistenti di idrocarburo, olio fluorocarburo e acquosa sodio dodecilsolfato (SDS) soluzioni. Suggeriamo una nuova strategia, che è diversa dai metodi convenzionali, per la preparazione di particelle di polimero non-sferico. Questo metodo può semplicemente fabbricare le particelle di polimero cava in breve tempo. Inoltre, il protocollo della preparazione di microcapsule attraverso le particelle di polimero hollow è indicato.

Protocollo

Attenzione: Si prega di indossare un camice da laboratorio, guanti e occhiali di sicurezza e leggere le schede di sicurezza (MSDS) prima dell'uso. Tutti i materiali acquistati sono stati utilizzati senza ulteriore purificazione.

1. preparazione di emulsioni costituite da miscele di SDS stirene/PFO/acquoso soluzione

1. Per preparare 5 mM di soluzione acquosa di SDS, sciogliere 14,5 mg di SDS in 10 mL di elevata purezza H₂O.
   Nota: È stato utilizzato ad alta purezza H₂O (resistività (R) = 18 cm MΩ, tensione superficiale (γ) = 72,0 mN m^-1 a 25 ° C).
2. Aggiungere 1,5 g di stirene, 0,6 g di PFO e 0,9 g di 5 mM di soluzione acquosa di SDS per un flaconcino di vetro da 10 mL con un'ancoretta.
   Nota: Nella scansione osservazioni di microscopia di fluorescenza confocale, aggiungere 2,6 mg di cumarina 102 e 0,062 mg di calceina alla miscela.
3. Mescolare l'impasto per 60 min a 1.150 giri sotto temperatura ambiente e quindi aumentare la temperatura a 80 ° C.
4. Mescolare l'impasto per 60 min a 1.150 giri e 80 ° C.

2. fabbricazione di particelle di polimero usando emulsioni consistenti di stirene/PFO/acquoso SDS soluzione miscele

1. Aggiungere un flaconcino di vetro da 10 mL con un'ancoretta 3,9 mg di potassio Perossidisolfato, 2 mg di pirene, 1,5 g di stirene, 0,6 g di PFO e 0,9 g di 5 mM di soluzione acquosa di SDS e sigillare con un setto di gomma.
2. Deoxygenate la miscela di gas di azoto bubbling attraverso un ago di siringa per 30 min.
   Attenzione: Lentamente il flusso del gas di azoto per non generare una grande quantità di schiuma.
3. Per preparare l'emulsione, mescolare l'impasto per 60 min a 1.150 giri e temperatura ambiente e quindi aumentare la temperatura a 80 ° C.
4. Mescolare il composto per 30 min a 1.150 giri e 80 ° C.
5. Trasferire la parte nuvolosa (1,8 mL) della soluzione risultante (3ml) alla provetta e quindi aggiungere la soluzione acquosa di etanolo al 30% per terminare completamente la reazione di polimerizzazione.
6. Sottoporre ad ultrasuoni (potenza: 130 W, frequenza: 4,2 kHz) per 10 min a lavare le particelle di polimero risultante e poi Centrifugare per 10 min a 2300 x g.
7. Per ottenere le particelle di polimero, è necessario rimuovere il supernatante dalla provetta.
8. Aggiungere 3 mL di acqua per i solidi risultanti nella provetta. Sottoporre ad ultrasuoni (potenza: 130 W, frequenza: 4,2 kHz) per 10 min e centrifugare per 10 min 2300 g. x rimuovere il supernatante dalla provetta.
9. Ripetere la procedura di lavaggio (passo 2,8) fino a quando la schiuma non viene generato dalla soluzione surnatante. Evaporare l'acqua per ottenere il solido di particelle di polimero hollow.

3. preparazione di microcapsule usando le particelle di polimero cava

1. Aggiungere 1 mg di particelle di polistirene hollow (punto 2.9) e 4 mL di acqua per un flaconcino di vetro da 10 mL con un'ancoretta.
2. Sottoporre ad ultrasuoni (potenza: 130 W, frequenza: 4,2 kHz) per 10 min disperdere le particelle vuote in acqua.
3. Aggiungere 0,1 mL di toluene all'acqua disperse le particelle e poi mescolare per 1 h a 100 giri/min a temperatura ambiente. Trasferire il liquido in una provetta.
   Attenzione: Se la rotazione al minuto aumenta, la morfologia delle particelle si deformerà.
4. Centrifugare il liquido per 10 min a 2300 x g per isolare le microcapsule si formano. Rimuovere il supernatante dalla provetta.

Risultati

Luce e osservazioni di microscopia di fluorescenza confocale di scansione sono stati effettuati per determinare la morfologia e la composizione delle goccioline nelle emulsioni costituito di stirene, PFO e soluzione di SDS acquosa 5 mM (Figura 1). Analisi in microscopia elettronica (SEM) e analisi osservazioni di microscopia elettronica (STEM) trasmissione ha mostrato la formazione di particelle vuote e microcapsule (Figura 2).

Il DIC e immagini di microscopia di fluorescenza confocale di emulsioni costituite da miscele ternarie di stirene/PFO/acquoso soluzione SDS indicano che la fase continua è la soluzione acquosa di SDS, perché fluorescenza verde corrispondente alla calceina è stata osservata in la fase continua, e di conseguenza, si formano emulsioni olio-in-acqua tipo (Figura 1a e 1b). Queste immagini mostrano anche che le goccioline di olio consistono di stirene e PFO, che sono mutuamente immiscibili. Il DIC e immagini di microscopia di fluorescenza confocale di emulsioni contenenti cumarina 102 rivelano che una gocciolina PFO si trova all'interfaccia tra acqua e una goccia di stirene. Le miscele ternarie di stirene, PFO e soluzione acquosa di SDS alle emulsioni di forma 5 mM contenenti Janus olio goccioline, che consistono di stirene e PFO.

Le immagini di SEM e staminali delle particelle di polimero fabbricate dalla polimerizzazione radicale delle emulsioni di soluzione acquosa di SDS stirene/PFO/5mm mostrano la preparazione di particelle di polistirene non sferica Cave con un foro sulla superficie (Figura 2a e 2b). il tasso di formazione, il diametro e la dimensione del foro della Cave particelle di polistirene vengono valutati osservando 200 particelle attraverso SEM e staminali. Il diametro medio stimato dalle osservazioni di SEM è 1.3 µm. La dimensione è coerenza con il diametro delle particelle di polimero stimato da misure di dispersione della luce dinamica. Il tasso di formazione è circa il 100%. La media di dimensione del foro e il volume del foro nelle particelle vuote sono 0,8 µm ± 0,4 e 0,9 ± 0,4 µm³, rispettivamente. Di conseguenza, le particelle di polistirene Cave munito di un foro di 0,8 µm furono fabbricate tramite polimerizzazione radicale di goccioline di Janus contenenti stirene nelle emulsioni.

Figura 1. Morfologie delle goccioline nelle emulsioni consistenti di soluzione acquosa di SDS stirene, PFO e 5 mM. (a) contrasto differenziale di interferenza (DIC) e (b) immagini di microscopia di fluorescenza confocale delle emulsioni contenenti calceina fluorescente acquosa. (c) DIC e (d) immagini di microscopia confocal di fluorescenza delle emulsioni contenenti olio solubile fluorescente cumarina 102. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2. Morfologie di Cave particelle di polistirene e microcapsule fabbricati con emulsioni consistenti di soluzione acquosa di SDS stirene, PFO e 5 mM. (a) immagini di staminali SEM e (b) di particelle di polistirene hollow. (c) SEM e (d) immagini di staminali di microcapsule. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussione

Le emulsioni contenenti goccioline di Janus di stirene e PFO sono state ottenute sopra 10 wt % della frazione peso di concentrazione acquosa di SDS e qualsiasi frazione di peso di stirene e PFO. Quando le varie frazioni di peso delle emulsioni contenenti le goccioline di Janus sono state polimerizzate per 30 min, le particelle di polistirene Cave sono ottenibili per ogni composizione. Questi risultati indicano che il protocollo ha dimostrato qui è semplice. Inoltre, il diametro, dimensione di foro e foro volume delle particelle polistirolo vuote può essere controllati con il tempo di polimerizzazione nel metodo descritto qui.

Suggeriamo il seguente meccanismo per la realizzazione della Cave particelle di polistirene. Gocce d'olio di Janus costituito di stirene e PFO formata in emulsioni O/W contenenti miscele di soluzione acquosa SDS, stirene e PFO a 80 ° C. Goccioline PFO si trovano sulla superficie delle goccioline di stirene. Poiché KPS, un iniziatore di polimerizzazione, è solubile nella fase acquosa, la polimerizzazione progredirà all'interfaccia della soluzione SDS stirene/acquosa. Stirene nelle emulsioni ternarie era polimerizzato a polistirolo a 80 ° C, mentre la PFO, non avendo nessun gruppi polimerizzabili, è rimasta in emulsioni a quella temperatura. Dopo la polimerizzazione è stata terminata, un foro sulla particella polistirolo fu creato dalla rimozione del PFO. Di conseguenza, le particelle di polistirene cava Coppa-tipo avendo un foro sulla superficie erano fabbricati Chiunquesi frazione di peso di stirene e PFO e tutti i tempi di polimerizzazione.

Aggiungendo una piccola quantità di toluene per le particelle di polistirene Cave fabbricate tramite polimerizzazione radicale per 90 min porta i fori sulle particelle di polistirolo vuote di tenuta. Questo fenomeno è coerente con quello riportato da Hyuk et al.⁹. Il metodo lipooligosaccharide può contenere un materiale acquoso nelle particelle.

In questo articolo, abbiamo dimostrato un metodo di fabbricazione delle particelle di polimero hollow utilizzando le goccioline di olio di Janus costituito di stirene e PFO, che sono mutuamente immiscibili. Il metodo di preparazione di particelle di polimero non-sferico è già stato studiato a causa del loro potenziale uso in varie applicazioni. Questa strategia utilizzando goccioline di olio di idrocarburi e fluorocarbon per Janus si applica alla fabbricazione di particelle di polimero non sferica da vari tipi di monomero e drug delivery system.

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Material
Sodium dodecylsulfate, 95.0%	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	192-08672
Styrene, 99.0%	Tokyo Chemical Industry Co. Ltd.	S0095
Perfluorooctane, 99%	Fluorochem Ltd.	8706
Coumarin 102, 97.0%	Tokyo Chemical Industry Co. Ltd.	C2267
Calcein	Dojindo Molecular Technologies, Inc.	C001
Potassium peroxodisulfate, 98.0%	Kanto Chemical Co., Inc.	32375-30
Pyrene, 97.0%	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	167-05302
Ethanol, 99.5%	Kanto Chemical Co., Inc.	14033-00
Toluene, 99.5%	Kanto Chemical Co., Inc.	40180-00
Name	Company	Catalog Number	Comments
Equipment
Scanning Electron Microscope	Hitachi High-Technologies Corporation	S-4800
Scanning Transmission Electron Microscope	Hitachi High-Technologies Corporation	S-4800
Ultrasonic cleaner	Branson Ultrasonics, Emerson Japan, Ltd.	Model 3510
Centrifuge	AS ONE Corporation	CN-1050