Name: synthesis of monodisperse cylindrical nanoparticles via crystallization-driven self-assembly of biodegradable block copolymers
Uploaded: 2019-06-20T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Monodisperse Cylindrical Nanoparticles via Crystallization-driven Self-assembly of Biodegradable Block Copolymers at JoVE.com

No hay reconocimientos.

1. Secado de tolueno
NOTA: Si tiene acceso a torres de disolvente seco, recoja el tolueno y las desgasés mediante cinco ciclos de congelación-bomba-descongelación.
<ol><li>Seque los tamices moleculares de 3o en un matraz Schlenk de 250 ml a 250-300 oC al vacío durante 48 h y transfiera a una guantera.</li>
	<li>Secar dos ampollas en el horno a 150 oC durante la noche y transferirlas a la guantera.</li>
	<li>Transfiera los tamices moleculares activados a las dos ampollas y retírelos de l...

<ol>
	<li>Geng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+effects+of+filaments+versus+spherical+particles+in+flow+and+drug+delivery.">Shape effects of filaments versus spherical particles in flow and drug delivery.</a> Nature Nanotechnology. 2, 249 (2007).</li><li>Won, Y. -. Y., Davis, H. T., Bates, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Giant+Wormlike+Rubber+Micelles.">Giant Wormlike Rubber Micelles.</a> Science. 283 (5404), 960-963 (1999).</li><li>Mai, Y., Eisenberg, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+block+copolymers.">Self-assembly of block copolymers.</a> Chemical Society Reviews. 41 (18), 5969-5985 (2012).</li><li>Charleux, B., Delaittre, G., Rieger, J., D&#8217;Agosto, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymerization-Induced+Self-Assembly:+From+Soluble+Macromolecules+to+Block+Copolymer+Nano-Objects+in+One+Step.">Polymerization-Induced Self-Assembly: From Soluble Macromolecules to Block Copolymer Nano-Objects in One Step.</a> Macromolecules. 45 (17), 6753-6765 (2012).</li><li>Gilroy, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monodisperse+cylindrical+micelles+by+crystallization-driven+living+self-assembly.">Monodisperse cylindrical micelles by crystallization-driven living self-assembly.</a> Nature Chemistry. 2, 566 (2010).</li><li>Boott, C. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+the+Growth+Kinetics+for+the+Formation+of+Uniform+1D+Block+Copolymer+Nanoparticles+by+Living+Crystallization-Driven+Self-Assembly.">Probing the Growth Kinetics for the Formation of Uniform 1D Block Copolymer Nanoparticles by Living Crystallization-Driven Self-Assembly.</a> ACS Nano. 12 (9), 8920-8933 (2018).</li><li>G&#228;dt, T., Ieong, N. S., Cambridge, G., Winnik, M. A., Manners, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+and+hierarchical+micelle+architectures+from+diblock+copolymers+using+living,+crystallization-driven+polymerizations.">Complex and hierarchical micelle architectures from diblock copolymers using living, crystallization-driven polymerizations.</a> Nature Materials. 8, 144 (2009).</li><li>Wang, X., Guerin, G., Wang, H., Wang, Y., Manners, I., Winnik, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cylindrical+Block+Copolymer+Micelles+and+Co-Micelles+of+Controlled+Length+and+Architecture.">Cylindrical Block Copolymer Micelles and Co-Micelles of Controlled Length and Architecture.</a> Science. 317 (5838), (2007).</li><li>Sch&#246;bel, J., Karg, M., Rosenbach, D., Krauss, G., Greiner, A., Schmalz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patchy+Wormlike+Micelles+with+Tailored+Functionality+by+Crystallization-Driven+Self-Assembly:+A+Versatile+Platform+for+Mesostructured+Hybrid+Materials.">Patchy Wormlike Micelles with Tailored Functionality by Crystallization-Driven Self-Assembly: A Versatile Platform for Mesostructured Hybrid Materials.</a> Macromolecules. 49 (7), 2761-2771 (2016).</li><li>Arno, M. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precision+Epitaxy+for+Aqueous+1D+and+2D+Poly(&#949;-caprolactone)+Assemblies.">Precision Epitaxy for Aqueous 1D and 2D Poly(&#949;-caprolactone) Assemblies.</a> Journal of the American Chemical Society. 139 (46), 16980-16985 (2017).</li><li>Sun, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+the+Size+of+Cylindrical+Micelles+from+Poly(l-lactide)-b-poly(acrylic+acid)+Diblock+Copolymers+Based+on+Crystallization-Driven+Self-Assembly.">Tuning the Size of Cylindrical Micelles from Poly(l-lactide)-b-poly(acrylic acid) Diblock Copolymers Based on Crystallization-Driven Self-Assembly.</a> Macromolecules. 46 (22), 9074-9082 (2013).</li><li>Fan, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystallization-driven+one-dimensional+self-assembly+of+polyethylene-b-poly(tert-butylacrylate)+diblock+copolymers+in+DMF:+effects+of+crystallization+temperature+and+the+corona-forming+block.">Crystallization-driven one-dimensional self-assembly of polyethylene-b-poly(tert-butylacrylate) diblock copolymers in DMF: effects of crystallization temperature and the corona-forming block.</a> Soft Matter. 12 (1), 67-76 (2016).</li><li>He, W. -. N., Zhou, B., Xu, J. -. T., Du, B. -. Y., Fan, Z. -. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two+Growth+Modes+of+Semicrystalline+Cylindrical+Poly(&#949;-caprolactone)-b-poly(ethylene+oxide)+Micelles.">Two Growth Modes of Semicrystalline Cylindrical Poly(&#949;-caprolactone)-b-poly(ethylene oxide) Micelles.</a> Macromolecules. 45 (24), 9768-9778 (2012).</li><li>Patra, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cylindrical+Micelles+of+Controlled+Length+with+a+&#960;-Conjugated+Polythiophene+Core+via+Crystallization-Driven+Self-Assembly.">Cylindrical Micelles of Controlled Length with a &#960;-Conjugated Polythiophene Core via Crystallization-Driven Self-Assembly.</a> Journal of the American Chemical Society. 133 (23), 8842-8845 (2011).</li><li>Kynaston, E. L., Nazemi, A., MacFarlane, L. R., Whittell, G. R., Faul, C. F. J., Manners, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uniform+Polyselenophene+Block+Copolymer+Fiberlike+Micelles+and+Block+Co-micelles+via+Living+Crystallization-Driven+Self-Assembly.">Uniform Polyselenophene Block Copolymer Fiberlike Micelles and Block Co-micelles via Living Crystallization-Driven Self-Assembly.</a> Macromolecules. 51 (3), 1002-1010 (2018).</li><li>Rizis, G., Mvan de Ven, T. G., Eisenberg, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystallinity-driven+morphological+ripening+processes+for+poly(ethylene+oxide)-block-polycaprolactone+micelles+in+water.">Crystallinity-driven morphological ripening processes for poly(ethylene oxide)-block-polycaprolactone micelles in water.</a> Soft Matter. 10 (16), 2825-2835 (2014).</li><li>Jin, X. -. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-range+exciton+transport+in+conjugated+polymer+nanofibers+prepared+by+seeded+growth.">Long-range exciton transport in conjugated polymer nanofibers prepared by seeded growth.</a> Science. 360 (6391), (2018).</li><li>Rizis, G., van&#8197;de&#8197;Ven, T. G. M., Eisenberg, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=&#8220;Raft&#8221;+Formation+by+Two-Dimensional+Self-Assembly+of+Block+Copolymer+Rod+Micelles+in+Aqueous+Solution.">&#8220;Raft&#8221; Formation by Two-Dimensional Self-Assembly of Block Copolymer Rod Micelles in Aqueous Solution.</a> Angewandte Chemie International Edition. 53 (34), 9000-9003 (2014).</li><li>Qiu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uniform+patchy+and+hollow+rectangular+platelet+micelles+from+crystallizable+polymer+blends.">Uniform patchy and hollow rectangular platelet micelles from crystallizable polymer blends.</a> Science. 352 (6286), 701 (2016).</li><li>Zhou, H., Lu, Y., Yu, Q., Manners, I., Winnik, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+Collapse+of+Uniform+Cylindrical+Brushes+with+a+Thermoresponsive+Corona+in+Water.">Monitoring Collapse of Uniform Cylindrical Brushes with a Thermoresponsive Corona in Water.</a> ACS Macro Letters. 7 (2), 166-171 (2018).</li></ol>

Se ha descrito la síntesis y el CDSA vivo del copolímero tribloque PCL50-PMMA10-PDMA200. Aunque se requieren condiciones estrictas, la polimerización de apertura de anillo de la -caprolactona dio polímeros con excelentes propiedades que permitieron las extensiones de cadena exitosas de MMA y DMA. Estos polímeros tuvieron éxito en su auto-semilla, obteniendo una fase pura de micelas cilíndricas, que fueron sonicadas en partículas de semillas de LN 98 nm. A trav?...

Las nanoestructuras unidimensionales (1D), como cilindros, fibras y tubos, han atraído cada vez más atención en una variedad de campos. Entre ellos, su popularidad en la ciencia de polímeros se debe a su rica variedad de propiedades. Por ejemplo, Geng y otros demostraron que los filomicenos presentan un aumento de diez veces el tiempo de residencia en el torrente sanguíneo de un modelo de roedores en comparación con sus homólogos esféricos, y Won et al. revelaron que la fibra de polibutamideno-b-poli(óxido de etileno) las dispersiones muestran un aumento en el módulo de almacenamiento en dos órdenes de magnitud tras la reticulación del núcleo durante las mediciones reológicas1,2. Curiosamente, muchos de estos sistemas se sintetizan a través del autoensamblaje de copolímeros de bloques,ya sea a través de métodos más tradicionales de conmutación de disolventes y rehidratación de película delgada 3, o métodos más avanzados como métodos más avanzados como Autoensamblaje inducido por polimerización y autoensamblaje basado en cristalización (CDSA)4,5. Cada técnica tiene sus propias ventajas, sin embargo, sólo CDSA puede producir partículas rígidas con una distribución uniforme y controlable de la longitud.
El trabajo pionero de Gilroy et al. formó cilindros largos de poliferrocenylsilano b -polydimethylsiloxane (PFS-PDMS) en hexanos y, cuando se utiliza una sonicación leve, cilindros muy cortos con una dispersidad de baja longitud de contorno (Ln). Tras la adición de una masa predeterminada de cadenas de copolímero dibloque en un disolvente común, se sintetizaron cilindros de longitudes variables con una Ln tan bajas como 1,035,6. Los trabajos posteriores del grupo Manners destacaron el alto grado de control posible con el sistema PFS, que puede utilizarse para formar estructuras notablemente complejas y jerárquicas: células de bloque, bufanda en forma y micelas de mancuerna, por nombrar unos7, 8. A raíz de estas demostraciones, los investigadores investigaron otros sistemas más funcionales para la CDSA, incluidos: polímeros de productos básicos semicristalinos (polietileno, poli(-caprolactona), polilactida)9,10 ,11,12,13 y polímeros conductores (poli(3-hexylthiophene), poliselenofeno)14,15. Armados con esta caja de herramientas de sistemas de copolímero dibloque que se pueden montar de forma rápida y eficiente, los investigadores han llevado a cabo investigaciones más basadas en aplicaciones en los últimos años16.  Jin et al. han demostrado longitudes de difusión de excidores en los cientos de nanómetros en copolímeros de bloque de politiofeno y nuestro grupo demostró la formación de geles a partir de poli(o-caprolactone) (PCL) que contiene construcciones cilíndricas10, 17.
Aunque es una técnica poderosa, CDSA tiene sus limitaciones. Los copolímeros de bloque deben tener un componente semicristalino, así como valores de baja dispersidad y fideidades de grupo de gama alta; contaminantes de bloques de orden inferior pueden causar agregación de partículas o inducir cambios morfológicos18,19. Debido a estas restricciones, se utilizan polimerizaciones vivas. Sin embargo, se requieren importantes procedimientos de purificación de reactivos, secado y ambientes libres de agua/oxígeno para lograr polímeros con las propiedades antes mencionadas. Se ha intentado diseñar sistemas que superen esto. Por ejemplo, se han formado copolímeros de bloque PFS utilizando la química de clics para acoplar cadenas de polímeros20. Aunque las nanopartículas cilíndricas resultantes han demostrado propiedades ejemplares, los copolímeros de bloque son típicamente purificados por cromatografía de exclusión de tamaño preparativo y la síntesis de SLP todavía requiere el uso de Polimerizaciones. Nuestro grupo recientemente se dio cuenta de la CDSA viva de PCL, cuyo éxito giró en torno al uso de polimerizaciones de apertura de anillo (ROP) catadas por organobase vivas y polimerizaciones reversibles de transferencia de cadena de fragmentación de adición (RAFT)10. Aunque este método es más simple, todavía se requieren polimerizaciones vivas.
A medida que el campo avanza hacia una investigación más orientada a la aplicación, y debido a los problemas asociados con las polimerizaciones vivas, se cree que un esquema de los protocolos de síntesis de polímeros y autoensamblaje será ventajoso para el trabajo científico futuro. Por lo tanto, en este manuscrito, se describe la síntesis completa y el autoensamblaje de un copolímero PCL-b-PMMA-b-PDMA. Las técnicas de secado se destacarán en el contexto de una ROP organocatalizada de -caprolactona y se esbozarán las posteriores polimerizaciones RAFT de MMA y DMA. Por último, se presentará un protocolo CDSA vivo para este polímero en etanol y se criticarán los errores comunes en los datos de caracterización debido a una mala técnica experimental.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>2,2&#39;-azobisisobutyrnitrile</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>250 mL ampoule</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>250 mL two neck RBF</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ampoule (25 mL)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B19 tap</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B24 stopper</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Basic Alumina</td>
			<td>Fluka</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buchner Flask</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buchner Funnel</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Caclium Hydride</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cannulae</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>caprolactone</td>
			<td>Arcos Organics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chain Transfer Agent</td>
			<td>Made in House</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conical Flask (multiple sizes)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dessicator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyl Ether</td>
			<td>Merck</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dioxane</td>
			<td>Fisher</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>diphenylphosphate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Distillation Condenser</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Fisher</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter Paper (multiple sizes)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gel Permeation Chrmoatography Instrument</td>
			<td>Agilent Technologies Infinity 1260 II</td>
			<td></td>
			<td>Running DMF at 50 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glovebox</td>
			<td>Mbraun, Unilab</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hotplate</td>
			<td>IKA, RCT basic</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mercury Thermometer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methyl Methacrylate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Molecular seives</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>MS/1030/53</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-dimethyl acrylamide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NMR spectrometer</td>
			<td>Bruker 400 MHz</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphorus pentoxide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RBF (multiple sizes)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Schlenk Cap (B24)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Schlenk Flask (250 mL)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Schlenk Line</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonication Probe</td>
			<td>Bandelin Sonoplus</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suba Seal (multiple sizes)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TEM grids</td>
			<td>EmResolutions, Formvar/carbon film 300 mesh copper</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>THF</td>
			<td>Merck</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>three neck adaptor</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene</td>
			<td>Fisher</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission Electron Microscope</td>
			<td>Jeol 2100</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of monodisperse cylindrical nanoparticles via crystallization-driven self-assembly of biodegradable block copolymers

La producción de micelas cilíndricas monodispersas es un desafío significativo en la química de polímeros. La mayoría de las construcciones cilíndricas formadas a partir de copolímeros dibloqueselos se producen mediante una de las tres técnicas: rehidratación de película delgada, conmutación de disolventes o autoensamblaje inducido por polimerización, y producen solo cilindros flexibles de polidisperso. El autoensamblaje impulsado por la cristalización (CDSA) es un método que puede producir cilindros con estas propiedades, estabilizando estructuras de curvatura más baja debido a la formación de un núcleo cristalino. Sin embargo, las técnicas de polimerización viva por las cuales se forman la mayoría de los bloques de formación de núcleos no son procesos triviales y el proceso CDSA puede producir resultados insatisfactorios si se lleva a cabo incorrectamente. Aquí se muestra la síntesis de nanopartículas cilíndricas a partir de reactivos simples. Se describe el secado y la purificación de los reactivos antes de una polimerización de apertura de anillo de la -caprolactona catalizada por fosfato de difenilo. Este polímero se extiende en cadena por metacrilato de metilo (MMA) seguido de N,N-dimetil acrilamida (DMA) utilizando la polimerización reversible de adición-transferencia de cadena de fragmentación (RAFT), proporcionando un copolímero tribloque que puede someterse a CDSA en Etanol. Se describe el proceso CDSA vivo, cuyos resultados producen nanopartículas cilíndricas de hasta 500 nm de longitud y una dispersión de longitud tan baja como 1.05. Se prevé que estos protocolos permitirán a otros producir nanoestructuras cilíndricas y elevar el campo de la CDSA en el futuro.

El PCL fue analizado por espectroscopia de RMN 1H y cromatografía por permeación en gel (GPC). El espectro de RMN de 1H produjo un grado de polimerización (DP) de 50, en comparación con las resonancias a 3,36 ppm y 4,08 ppm, que corresponden a los protones etílicos del grupo final y al éster en cadena, respectivamente (Figura1b). Esto proporcionó la validación de los valores de peso molecular obtenidos por GPC donde se observó u...

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Monodisperse Cylindrical Nanoparticles via Crystallization-driven Self-assembly of Biodegradable Block Copolymers at JoVE.com

Synthesis of Monodisperse Cylindrical Nanoparticles via Crystallization-driven Self-assembly of Biodegradable Block Copolymers

El autoensamblaje controlado por cristalización (CDSA) muestra la capacidad única de fabricar nanoestructuras cilíndricas de distribuciones de longitud estrecha. Se demuestra la polimerización de apertura de anillo organocatalizada de -caprolactona y las posteriores extensiones en cadena de metacrilato de metilo y N,N-dimetil acrilamida. Se describe un protocolo CDSA vivo que produce cilindros monodispersos de hasta 500 nm de longitud.

Síntesis de nanopartículas cilíndricas monodispersas mediante autoensamblaje basado en cristalización de copolímeros de bloques biodegradables

The production of monodisperse cylindrical micelles is a significant challenge in polymer chemistry. Most cylindrical constructs formed from diblock ...

Nuestro protocolo se centra en la apertura de anillos y las polimerizaciones RAFT para producir cilindros de copolímero de bloque de una longitud controlada utilizando el autoensamble basado en cristalización viva. La combinación de apertura de anillos y polimerizaciones RAFT permite la producción de polímeros con regiones semicristalinas y funcionales. Esto abre el campo de CDSA a otras aplicaciones potenciales.El éxito del protocolo se resuelve en torno a la sequedad de los reactivos iniciales. Asegúrese de que el sistema nunca entre en contacto con la atmósfera una vez que el procedimiento de secado haya comenzado. El método requiere conocimientos en técnicas químicas sensibles al aire.Creemos que comprometer estas prácticas a la forma de vídeo dará a los investigadores la libertad de introducir nuevas ideas sin obstáculos por la falta de experiencia práctica. Para empezar, transfiera toda la cristalería y revuelva las barras, secadas en un horno de 150 grados Celsius durante la noche, al banco. Sujete el matraz de dos cuellos de 250 mililitros de fondo redondo, equipado con una barra de agitación, en un soporte sobre una placa de agitación, y asegure un toque hermético en el cuello pequeño.Añadir 100 mililitros de épsilon-caprolactone al matraz. Conecte el matraz de fondo redondo a una línea de nitrógeno a través del grifo en un cuello. Bajo un flujo constante de nitrógeno a tres psi, agregue un gramo de hidruro de calcio en el matraz a través del cuello primario.Coloque el segundo cuello con un tapón de vidrio y revuelva durante la noche a temperatura ambiente bajo una atmósfera de nitrógeno. Ataque el matraz a la línea Schlenk, y abierto a un flujo constante de nitrógeno. Montar el equipo de destilación al vacío en dos soportes, sujetando el matraz de fondo redondo de épsilon-caprolactone a un soporte y otro matraz de fondo redondo al otro soporte.Mantener un flujo constante de nitrógeno a través del sistema para evitar que el agua entre en el sistema. Inserte un termómetro en la cabeza fija y selle en su lugar. Conecte el adaptador a la línea Schlenk.Apague el flujo de nitrógeno y abra el sistema para aspirar a través de esta nueva conexión a la línea Schlenk. Calienta la épsilon-caprolactona en un manto de calentamiento de 60 a 80 grados, recogiendo los primeros cinco mililitros en los pequeños matraces de fondo redondo y el resto en el matraz de dos cuellos de fondo redondo. Coloque los matraces en nitrógeno líquido para condensar la caprolactona de manera eficaz.Para acelerar el proceso, envuelva el equipo de destilación en lana de algodón y papel de aluminio. Fije la línea Schlenk al matraz de dos cuellos de fondo redondo. Gire la línea para aspirar durante 120 segundos y a nitrógeno durante 10 segundos, un total de tres veces, para purgar la línea.Abra la línea y el sistema al nitrógeno. A continuación, agregue un gramo de hidruro de calcio al matraz de recogida en forma con un tapón, y revuelva bajo una atmósfera de nitrógeno durante la noche. Mientras tanto, deseche el exceso de hidruro de calcio por adición gota a gota de 10 mililitros de isopropanol, seguido de cinco mililitros de metanol.Una vez que cesen los burbujeos, añadir un exceso de agua. Enjuague el equipo de destilación con acetona y colóquelo en el horno durante la noche. Por la mañana, repita la destilación al vacío de nuevo sin añadir hidruro de calcio al monómero una vez terminado.A continuación, abra el matraz al nitrógeno para comenzar a transferir la caprolactona, a través de la cánula, a una ampolla. Transfiera la ampolla a una guantera. En la guantera, prepare soluciones de stock.En tres viales separados, añadir 0,011 gramos de agente de transferencia de cadena de hidroxilo, como iniciador, 0,01 gramos de fosfato de difenilo, como catalizador, y 0,25 gramos del monómero seco, caprolactona. Añadir 0,5 mililitros de tolueno a cada uno de los viales de iniciador y catalizador, y agitar suavemente hasta que los reactivos se disuelvan. A continuación, mezcle las soluciones de stock de iniciador y difenilo fosfato en un vial y agregue una barra de agitación.Fije el vial en un agitador, ajuste la velocidad a agitación moderada y agregue la solución de monómero en el vial del catalizador del iniciador. Coloque el vial con una tapa y revuelva durante ocho horas a temperatura ambiente. A continuación, retire el vial de la guantera y utilice inmediatamente una pipeta Pasteur para añadir la mezcla, por gota, en un exceso de éter dietílico frío, para precipitar.A través de un embudo Buchner, filtre el sólido blanco, seque en la atmósfera ambiental y disuelva en un mililitro de tetrahidrofurano. Precipite en éter dietílico dos veces más y séquelo bien. Primero prepare varios tapones básicos de alúmina en jeringas de tres mililitros.Filtrar el dioxano y el MMA en viales separados para eliminar los estabilizadores. Pesar 0,5 gramos del PCL sintetizado previamente, 0,424 gramos de MMA, medir dos mililitros de dioxano en un vial, y permitir disolver. Preparar una solución de AIBN pura de 10 miligramos por mililitro, y pipetear 139 microlitros en la mezcla de reacción.Transfiera la mezcla a una ampolla equipada con una barra de agitación y selle. A continuación, conecte la ampolla a la línea Schlenk y colóquela en nitrógeno líquido. Una vez congelada la solución, introduzca la ampolla al vacío hasta que el medidor de vacío se lea como máximo una vez 10 a la vezmétrica negativa.Cierre la ampolla y deje descongelar completamente. Repita este ciclo de congelación-bomba-descongelación dos veces adicionales. Al finalizar el último ciclo, rellene la ampolla con nitrógeno y colóquela en un baño de aceite precalentado a 65 grados centígrados durante cuatro horas.Para monitorear la conversión, obtener la ampolla del baño de aceite, cambiar la tapa para el súper sello bajo un flujo de nitrógeno, extraer dos gotas, mezclar con 600 microlitros de cloroformo deuterated en un vial, y transferir a un tubo de RMN. Transfiera la muestra al muestreador automático de un instrumento de RMN para ejecutar un espectro de protones. Vuelva a colocar la tapa bajo un flujo constante de nitrógeno y vuelva a colocarla en el baño de aceite.Ahora, coloque la ampolla que se ha calentado en el baño de aceite en nitrógeno líquido hasta que se congele, y luego en una campana de humo, abra la ampolla al aire para apagar la polimerización durante un minuto. A continuación, añadir la mezcla en un gran exceso de éter dietílico frío para precipitar. Aislar por filtración Buchner, y secar.Disolver el polímero y el tetrahidrofurano, y precipitar dos veces más. Seque bien el polímero para la espectroscopia de RMN de protones y el análisis SEC. Repita este procedimiento con 0,5 gramos de la PCL-PMMA generada, 1.406 gramos de DMA, dos mililitros de dioxano y 111 microlitros de diez miligramos por mililitro AIBN y dioxano.Calentar la polimerización a 70 grados Celsius durante una hora, y precipitar la mezcla de reacción en éter dietílico frío tres veces. Coloque cinco miligramos del copolímero tribloque generado en un vial y agregue un mililitro de etanol. Selle el vial con tapa y parafilm.Caliente a 70 grados centígrados y un manto de calentamiento durante tres horas. Después de eso, saque el vial para enfriarlo lentamente a temperatura ambiente. Deje la solución a la edad a temperatura ambiente durante dos semanas.La solución se vuelve turbia y forma una capa distinta en la parte inferior cuando está completamente montada. Diluir la dispersión a un miligramo por mililitro con etanol en un tubo a prueba de sonicación. Coloque el tubo en un baño de hielo.Inserte la punta de la sonda de sonicación en el área media de la dispersión. Sonicar la solución durante 15 ciclos de dos minutos a la intensidad más baja, permitiendo enfriar durante 15 minutos entre ciclos. Tome una alícuota de la dispersión de semillas sonicadas y diluya a 0,18 miligramos por mililitro con etanol en un tubo.A continuación, preparar una solución de unístro y tetrahidrofurano a la concentración de 25 miligramos por mililitro. Añadir 32,8 microlitros de la solución de unímero en la dispersión de semillas diluidas y agitar suavemente para permitir la disolución completa. Deje la dispersión a la edad durante tres días con la tapa ligeramente entreabierta, para que el tetrahidrofurano pueda evaporarse.Esto producirá semillas de 90 nanómetros a cilindros de 500 nanómetros. La polimerización de apertura de anillos de épsilon-caprolactone dio lugar a un grado de polimerización de 50, determinado por el espectro de RMN de protones con resonancias de los protones etílicos del grupo final a 3,36 PPM, y los protones alfa de éster de cadena final a 4,08 PPM. La traza de GPC muestra una distribución típica del peso molecular con un solo pico, con un valor de dispersión de 1.07 y un peso molecular promedio número de 10,800 gramos por lunar.En comparación, la polimerización que se reaccionó durante 12 horas dio un hombro de alto peso molecular a 15,500 gramos por lunar. El uso de reactivos no secados correctamente produjo una mezcla de producto con una cola de bajo peso molecular. Las sucesivas polimerizaciones RAFT alcanzaron un grado de polimerización de 10 para el bloque PMMA con un pico unimodal en la traza GPC.Sin embargo, cuando deliberadamente se toman a conversiones demasiado altas superiores al 70 por ciento, se observó una ampliación del peso molecular y un hombro de alto peso molecular. El grado de polimerización del bloque final de PDMA fue de 200, tras la comparación de los protones de éter de cadena final PCL a 4,08 PPM y los protones metilo de cadena lateral DMA a 2,93 PPM. El rastro de GPC era estrecho y unimodal.Tras la repetición de la extensión de la cadena utilizando impuro PCL-PMMA, apareció un hombro de bajo peso molecular. Recuerde tomarse su tiempo en el secado del sistema, ya que cualquier presencia de agua puede hacer que la polimerización de la caprolactona falle. Asegúrate de que todo esté seco.Una región de amortiguación entre el núcleo y la corona del cilindro podría permitir que otra construcción de la CDSA se estabible en el agua, abriendo nuevas vías de investigación y colaboración.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

Origami Inspired autoensamblaje de partículas modeladas y Reconfigurable

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two ...

Investigación

Química

Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides

Formación de estructuras biomoleculares ordenada por el auto-ensamblaje de péptidos cortos

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control ...

Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles

Autoensamblaje de formas bidimensionales complejas de una sola hebra de ADN Azulejos

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this ...

Functionalization of Single-walled Carbon Nanotubes with Thermo-reversible Block Copolymers and Characterization by Small-angle Neutron Scattering

Funcionalización de pared simple nanotubos de carbono con Thermo-reversibles copolímeros de bloque y Caracterización de ángulo pequeño dispersión de neutrones

We demonstrate a protocol for single-walled carbon nanotube functionalization using thermo-sensitive PEO-PPO-PEO triblock copolymers in an aqueous ...

Synthesis of Ligand-free CdS Nanoparticles within a Sulfur Copolymer Matrix

Síntesis del ligando libre de CdS nanopartículas dentro de una matriz de copolímero de azufre

Aliphatic ligands are typically used during the synthesis of nanoparticles to help mediate their growth in addition to operating as high-temperature ...

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Síntesis de Proteínas bioconjugados<em&gt; vía</em&gt; Química cisteína-maleimida

The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Microscopia electrónica de transmisión de líquido de la célula para el rastreo de autoensamblaje de las nanopartículas

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Synthesis of a Thiol Building Block for the Crystallization of a Semiconducting Gyroidal Metal-sulfur Framework

Síntesis de un componente tiol para la cristalización de un semiconductor marco Gyroidal Metal-azufre

We present a method for preparing thioester molecules as the masked form of the thiol linkers and their utilization for accessing a semiconducting and ...

Synthesis of Substrate-Bound Au Nanowires Via an Active Surface Growth Mechanism

Síntesis de nanocables de Au sustrato enlazado mediante un mecanismo activo crecimiento superficial

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a ...

Synthesis of Bimetallic Pt/Sn-based Nanoparticles in Ionic Liquids

Síntesis de nanopartículas bimetálicas Pt/Sn-basados en líquidos iónicos

We demonstrate a method for the synthesis of bimetallic nanoparticles consisting of Pt and Sn. A synthesis strategy is used in which the particular ...