中空のポリスチレン粒子と炭化水素とフッ素オイルから成るヤヌス液滴のラジカル重合によるマイクロ カプセルの調製

要約

中空高分子微粒子とスチレン、ペルフルオロ-nから成るエマルジョンを用いたリビングラジカル重合法によるマイクロ カプセルの作製のためのプロトコル-オクタンと水性 SDS (ドデシル硫酸ナトリウム) の解決策を提示します。

要約

この記事で我々 は中空粒子と炭化水素油 (スチレン) とフッ素オイルから成る油滴を用いたマイクロ カプセルの製造方法を示している (ペルフルオロ-n-オクタン、PFO) (ドデシル硫酸ナトリウム、界面活性剤水溶液のSDS) ソリューション。フッ素オイルが炭化水素油を混和性、2 つのオイルが分かれています。エマルジョンは 80 ° C のスチレン/PFO/SDS ソリューション水溶液を攪拌により作製しました。エマルジョンの種類と、エマルジョン液滴の形態は、光学顕微鏡と走査型共焦点レーザー蛍光顕微鏡で観察されます。互いに溶け合わないスチレンと PFO 成るヤヌス型形態と油滴が SDS 水溶液中で形成されることがわかった。スチレン/PFO/SDS 水溶液の 80 ° C の三元系混合物のラジカル重合によるポリスチレン粒子を作製します。ポリスチレンの形態を走査電子顕微鏡、走査透過電子顕微鏡観察により確認します。これらの観察は、表面の単一孔を有する中空粒子の調製を表示します。私たちの知る限りでは、このメソッドは、炭化水素、フッ素オイルの不混和現象を使用して新たな戦略です。中空の粒子は、マイクロ カプセルの調製にも適用できます。

概要

真球状ポリマー微粒子は、各種産業分野で広く使用されている、それはよく知られているディンプル粒子、半球、ディスク、および楕円、シード重合^1,2,で準備されていること³、特定のジオメトリの^4、5マイクロリアクターを用いた非球形モノマー液滴の重合自己組織化高分子⁶、再沈と真球状ポリマーの変形を使用して外部の機械によって粒子は、^7、8を強制します。真球状ポリマー粒子の溶媒^9,10および複数のエマルジョンを使用して重合に腫れてから良溶媒の蒸発ミクロン サイズの中空ポリマー粒子を作製した特に、^11,12。

この作品は、高分子微粒子の作製における炭化水素、フッ素オイルの相互の不混和現象の利用状況に着目します。ハイブリッド界面活性剤分子にフッ化炭素鎖と炭化水素鎖があります。以前は、我々 は従来の界面活性剤^13,14,15で観察されるないハイブリッド界面活性剤の特徴を報告しています。互いに溶け合わない¹⁶炭化水素油、フッ素油、界面活性剤水溶液のソリューションを使用してエマルジョンも検討しました。ただし、エマルジョン¹⁷の研究は非常に少ないがあります。これらの研究は、炭化水素油とフッ素油界面活性剤水溶液のソリューションから成る油滴の形態を説明しています。

ここでは、炭化水素油、フッ素油、水性ナトリウム (SDS) ドデシル硫酸溶液から成るエマルションの油滴を用いたリビングラジカル重合法により中空高分子微粒子の作製の詳細なプロトコルを示す.非真球状ポリマー粒子の調製のための従来とは異なる新たな戦略を提案します。このメソッドことができます単に短時間で中空ポリマー粒子を製造します。さらに、中空ポリマー粒子を介してマイクロ カプセルの調製のプロトコルが表示されます。

プロトコル

注意: は、実験用の上着、手袋と安全メガネを着用してご使用前に製品安全データシート (MSDS) をお読みください。すべての購入した材料は、さらに精製することがなく使用されています。

1. スチレン/PFO/水性 SDS ソリューションの混合物から成るエマルジョンの調製

1. 5 mM の SDS 溶液を準備するには、高純度 H₂o. の 10 mL の SDS の 14.5 mg を溶解します。
   注: 高純度 H₂O が使用されている (抵抗 (R) 18 MΩ cm、表面張力 (γ) = = 72.0 mN m^-1 25 ° C で)。
2. 攪拌棒の 10 mL バイアルにスチレンの 1.5 g、PFO、0.6 g と SDS 溶液の 5 mM の 0.9 g を追加します。
   注: スキャンでは共焦点レーザー蛍光顕微鏡観察、クマリン 102 の 2.6 mg、0.062 mg カルセインの混合物に追加します。
3. 室温下で 1,150 rpm で 60 分の混合物を攪拌し、80 ° C に温度を上げる
4. 1,150 rpm で 60 分や 80 ° C の混合物をかき混ぜる

2. エマルジョンからなるのスチレン/PFO/水性 SDS ソリューションの混合物を用いた高分子微粒子の作製

1. 攪拌棒の 10 mL バイアルにペルオキソ二硫酸カリウムの 3.9 mg、ピレンの 2 mg、スチレンの 1.5 g、PFO、0.6 g、SDS 溶液の 5 mM の 0.9 g を追加し、ゴムキャップでそれを封印します。
2. バブルの窒素ガスによる 30 分の注射針を通して混合物を deoxygenate します。
   注意: ゆっくりと泡の大きな量を生成する窒素ガスを流れ。
3. 乳剤を準備、1,150 rpm、室温で 60 分間混合物を攪拌し、80 ° C に温度を上げる
4. 1,150 rpm で 30 分や 80 ° C の混合物をかき混ぜる
5. テスト チューブ (3 mL) の結果のソリューションで曇り部分 (1.8 mL) に転送し、重合反応を完全に終了する 30% エタノールを追加します。
6. 超音波 (電力: 130 W、周波数: 4.2 kHz) で得られたポリマー粒子を洗浄し、2300 x g で 10 分間遠心し、10 分。
7. ポリマー粒子を得るためには、試験管から上澄みを削除します。
8. 試験管の結果の固体に 3 mL の水を追加します。超音波 (電力: 130 W、周波数: 4.2 kHz) 10 分と 2300 x g. で 10 分間遠心するテスト チューブから上澄みを削除します。
9. 洗濯手順 (手順 2.8) を繰り返して上澄みから泡は生成できません。中空高分子微粒子の固体を入手するために水を蒸発させます。

3. 中空高分子微粒子を用いたマイクロ カプセルの調製

1. 中空ポリスチレン粒子 (ステップ 2.9) の 1 mg を追加し、攪拌棒 10 mL バイアルに水 4 mL。
2. 超音波 (電力: 130 W、周波数: 4.2 kHz) 水の中空粒子を分散させるために 10 分。
3. 0.1 mL の水にトルエンの分散粒子を追加し、室温下で 100 rpm で 1 時間攪拌します。テスト チューブに液体を転送します。
   注意: 1 分あたり回転が増えると、粒子の形態が変形します。
4. 2300 x で 10 分の液体を遠心分離機 g マイクロ カプセルを分離するためにそれを形成します。試験管から上澄みを削除します。

結果

形態とスチレン、PFO、および 5 mM SDS 溶液 (図 1) から成るエマルジョン液滴の組成を決定する光と走査共焦点レーザー蛍光顕微鏡観察を行った。走査電子顕微鏡 (SEM) と走査透過電子顕微鏡 (STEM) 観察は、マイクロ カプセル (図 2) と中空粒子の形成を示した。

DIC とスチレン/PFO/SDS 水溶液の混合から成るエマルジョンの共焦点レーザー蛍光顕微鏡画像ことを示す連続相水溶液 SDS カルセインに対応する緑の蛍光性を認めたので連続相、したがって、水中油型エマルションが形成される (図 1 aと1 b)。これらの画像は、油滴が相互に混和性であるスチレン、PFO で構成されることも示しています。DIC とクマリン 102 を含むエマルジョンの共焦点蛍光顕微鏡画像は、PFO の液滴の水とスチレン液滴間のインターフェイスであることを明らかにします。スチレン、PFO、および SDS ヤヌスを含む 5 mM 形エマルジョン水溶液の混合油滴、スチレン、PFO から成っています。

スチレン/PFO/5 mM SDS 溶液のエマルジョンのラジカル重合により作製した高分子微粒子の SEM および幹のイメージは地図表面に孔を有する中空非球形粒子の調製 (図 2 aと2 b). 生成速度、直径、および中空ポリスチレン粒子の穴の大きさ、SEM と幹を通じて 200 粒子を観察することによって評価されます。SEM 観察から推定した平均の直径は、1.3 μ m です。サイズは、動的光散乱の観測から推定したポリマー粒子の直径と一致。形成率は約 100% です。平均孔径と中空粒子の穴のボリュームは、それぞれ 0.8 ± 0.4 μ m と 0.9 ± 0.4 μ m³。したがって、0.8 μ m の孔を有する中空のポリスチレン粒子をエマルジョンでスチレンを含むヤヌス液滴のラジカル重合により作製しました。

図 1。スチレン、PFO、および 5 mM SDS 溶液から成るエマルジョン液滴の形態。(a)の差動干渉の対照 (DIC) と水溶液の蛍光カルセインを含むエマルジョンの(b)共焦点レーザー蛍光顕微鏡画像。(c) DIC および(d)共焦点レーザー蛍光顕微鏡画像の油溶性蛍光クマリン 102 を含むエマルジョン。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2。スチレン、PFO、および 5 mM SDS 溶液から成るエマルジョンを用いて作製したマイクロ カプセルと中空のポリスチレン粒子の形態。(a)中空ポリスチレン粒子の SEM および(b)の幹のイメージ。マイクロ カプセルの(c) SEM および(d)幹イメージこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

ディスカッション

10 wt % 水溶液の SDS 濃度の重量分率とスチレンと PFO の任意の重量分率上スチレン、PFO のヤヌス液滴を含むエマルジョンが得られました。ヤヌス液滴を含むエマルジョンの様々 な重量分画は、30 分間重合されている、中空のポリスチレン粒子はすべての成分を得られます。これらの結果を示すプロトコルがここでは単純なを示した。さらに、直径、穴のサイズ、穴中空ポリスチレン粒子量は、ここで説明したメソッドでは、重合時間によって制御できます。

私達は中空粒子の作製のための次のメカニズムを提案します。80 ° C の水溶液の SDS ソリューション、スチレン、および PFO の混合物を含む O/W エマルションに形成されたスチレンと PFO 成るヤヌス油滴PFO の液滴は、スチレン液滴の表面にあります。KPS、重合の創始者は水相に溶けるため、スチレン ・水性の SDS 溶液界面重合が促進されます。重合性グループを持たない PFO がその温度でエマルジョンに残ったに対し、スチレン三元系のエマルジョンでは 80 ° c、ポリスチレン重合しました。重合が終了した後は、ポリスチレン粒子の穴が PFO の除去によって結成されました。だから、表面に孔を有する中空カップ型ポリスチレン粒子は、スチレン、PFO、すべて重合時間の捏造いつでも重量分率だった。

90 分のラジカル重合により作製した中空のポリスチレン粒子にトルエンの少量を追加する中空のポリスチレン粒子の穴をシールをもたらします。この現象は、ヒョクら⁹によって報告と一致。イーサ方式は粒子の水性材料を含めることができます。

この記事では、スチレン、PFO、相互に混和性であるから成るヤヌス油滴を用いた中空高分子微粒子の作製方法を説明してきました。さまざまなアプリケーションで自分の潜在的な使用のため、非真球状ポリマー粒子の調製法はすでに検討されています。炭化水素油、フッ素油のヤヌス油滴を使用してこの戦略は、モノマーとドラッグデリバリー システムの様々 なタイプから非球状高分子微粒子の作製に適用されます。

資料

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