软聚聚硅氧烷-尿素弹性体在人工晶体中的应用

注意: 使用前请查阅所有相关材料安全数据表 (msds)。合成中使用的几种化学物质对皮肤和眼睛以及吸入表现出急性毒性和强烈刺激。请佩戴个人防护设备 (实验室外套、安全眼镜、手套、全长裤子和闭合脚趾鞋), 并在可能的情况下, 在通风罩下或通风良好的地方处理化学品。在通风罩下执行所有的合成。五水合物四甲基氢氧化铵 (tmah):tmah 是一个强大的基础, 吞咽时剧毒, 在皮肤接触时, 会导致皮肤和眼睛严重的化学烧伤。它对空气敏感, 吸湿。将其存放在制冷和氮气下。处理 tmah 在通风良好的地方, 因为它的强烈氨般的气味。aptmds:aptmds 对空气敏感, 必须在氮气下储存。它会导致严重的皮肤灼伤和眼睛损伤。h12mdi:h12mdi 吸入时有毒, 会对皮肤和眼睛造成刺激。d4:d4可能会损害生育能力。thf:thf 是有害的, 对吸入会引起刺激, 而且可能是致癌的。氯仿 (chcl3):chcl3对吸入有害, 可能致癌, 可能会对生育能力和未出生的孩子造成损害, 其蒸气可能会导致嗜睡。 1. 催化剂和氨基端多环氧烷单体的合成 四甲基氨基-3-氨基丙基-二甲基硅醇催化剂的合成注: 催化剂是根据霍夫曼和 leir44报告的方法合成的。 德加 aptmds 在真空下使用前, 并将其储存在氮气下。使用注射器的移液器约10克 aptmds。 加入8.13 克 (30.0 mmol) 的脱气 aptmds 和 11.88 g (66.0 mmol) tmah 到一个100毫升的三颈底部瓶。加入20毫升 thf 溶解 aptmds, 并悬挂 tmah, 以及一个大的椭圆形磁搅拌杆。注意: tmah 是一种吸湿、腐蚀性和有毒物质, 具有强烈的氨状气味, 应密封在冰箱中。立即在通风良好的地方称重 tmah;搬运时戴防护手套和安全眼镜。aptmds 对空气敏感, 会导致皮肤灼伤和眼睛损伤。使用注射器从密封瓶中称量 aptmds;搬运时戴防护手套和安全眼镜。 在三颈圆底瓶上配备回流冷凝器和氮气的入口和出水口, 并使用甘油或硅油加热浴将反应混合物加热到80°c。在回流和轻微的连续氮气流动下, 将反应混合物搅拌2小时。注: 初始的、稍微浑浊的悬架在2小时内变成一个清晰的解决方案。 使用真空吸尘器卸下回流冷凝器, 并将 thf 取出。然后, 在70°c 的0.1 毫巴真空下, 用 schlenk 线将略带黄色的原油干燥5小时。注: 此步骤后, 原油产品可在10°c 的温度下存放在冰箱中, 直至次日。 将粗产品在50毫升的 thf 中再利用。如有必要, 使用铲子粉碎大的团聚体, 并使用真空吸尘器过滤悬浮液。用20毫升 thf 部分清洗沉淀物至少 3倍, 直到产品变成白色粉状固体。 在室温下在0.1 毫巴的真空下干燥产品3小时。然后, 将催化剂在氮气下的10°c 下存放在冰箱中, 直至使用。 合成α,-bis(3 氨基丙基)-聚二甲基硅氧烷注: 分子量 ~ 15, 500 克·mol-1 的 pdms 合成。 在使用前, 在真空下使用德加 d4和 aptmds。使用注射器的移液器约1.5 克 aptmds。 将19.5 克 (65.7 mmol) 的脱气 d 4 和 0.9 g (3.6 mmol) aptmds 添加到100毫升的三颈圆底瓶中, 该烧瓶配有 ptfe 涂层离心搅拌器以及氮气入口和出口。 加入 ~ 26 毫克的催化剂 (从第1.1 节), 在80°c 下, 在轻微的连续氮气流动下搅拌反应混合物30分钟。注: 可以使用甘油或硅油加热浴。 在反应混合物中加入 45.5 g (153.4 mmol), 使用滴漏斗 (2-3小时内), 在持续氮气流动下, 在80°c 下进一步搅拌 24小时.注: 反应可以在一夜之间进行。 将反应混合物加热至 150°c, 搅拌 2小时, 使催化剂分解。然后, 让 pdms 冷却到室温。 将离心搅拌器与一个大的椭圆形磁搅拌杆交换, 并用两个塞子密封三颈圆底瓶。使用带有阀门的适配器, 在0.1 毫巴的真空下将 pdms 缓慢加热至 150°c, 以便使用 schlenk 线提取循环侧产品。让 pdms 冷却到室温。注: 真空蒸馏通常发生在4-5小时。 α、-bis(3 氨基丙基)-聚二甲基苯基硅氧烷的合成注: 本节介绍分子量约为 15, 500 克·ml-1 和 14 mol% 甲基苯基硅氧烷的聚硅氧烷的合成工艺;此过程可与第1.2 节中描述的 pdms 合成相媲美。 在使用前, 在真空下使用德加 d4和 aptmds。使用注射器的移液器约1.5 克 aptmds。将d4me, ph在70°c 下3-5小时放置在真空室中, 以便在使用前完全熔化和均质产品。 加入 d4 的 4.54 g (15.3 mmol), 14.96 克 (27.5 mmol) 的 d4me, ph, 0.9g (3.6 mmol) 的 aptmds 到一个100毫升的三颈圆底瓶, 这是一个 ptfe 涂层离心搅拌器和氮和出口。 加入 ~ 26 毫克的催化剂 (从第1.1 节), 在连续氮气流动下, 在80°c 下搅拌反应混合物30分钟。 在反应混合物中加入 45.5 g (153.4 mmol), 使用滴漏斗 (2-3小时内), 在持续氮气流动下, 在80°c 下进一步搅拌 24小时.注: 反应可以在一夜之间进行。 按照步骤1.2.5 和1.2.6 继续进行合成。 2. 聚硅氧烷的分子量测定 聚硅氧烷的理论分子量 根据以下公式计算聚硅氧烷的理论分子量:(2)这里, 是聚二甲基硅氧烷的平均分子量, m是使用过的单体 d4 和 aptmds 的质量 (g), n是摩尔中的 aptmds 量。 用 1h-nmr 光谱法测定聚硅氧烷的分子量 在 cdcl3的0.5 毫升中溶解10-20 毫克的聚硅氧烷, 记录其核磁共振谱, 并以 7.26 ppm 的速度将化学转移 [] 校准到溶剂信号。 根据下面的方程 , 从积分值计算聚硅氧烷的分子量。(3) 滴定法测定聚硅氧烷的分子量 在250毫升锥形烧瓶中加入 1.5-2 克聚硅氧烷, 在磁搅拌棒连续搅拌下将其溶解在50毫升的 thf 中。 使用溴酚蓝色使用 0.1 m hcl 的 ti高温氨基, 直到观察到颜色从蓝色变为黄色。用三个样品重复滴定, 计算分子平均量的数字。 3. 聚硅氧烷-尿素弹性体的合成 注: 本节介绍基于 pdms 的硬段含量 (hs/%) 的尿素弹性体的合成过程(pdms:15, 500 克·摩尔-1)。 (2) 在250毫升四颈圆底反应瓶中加入 2.939克 (11.2 mmol) h12 mdi, 该片配有 ptfe 涂层的离心搅拌器、滴漏斗、氮气入口和出口, 并将其溶解在 thf 的20毫升中。注意: h12mdi 是一种低挥发性二异氰酸酯, 会对皮肤和眼睛造成刺激。戴防护手套和安全眼镜。注: 或者, 将h12mL 溶解在 thf 中的50毫升烧杯中, 并通过漏斗或郁金香玻璃将溶液添加到反应瓶中。然后, 用10毫升的 thf 冲洗烧杯和漏斗。 在100毫升 thf 中溶解 45.0 g (2.9 mmol) 脱气 pdms;在 h12 mdi 溶液中,在连续搅拌和室温下氮气流动的情况下, 使用滴漏斗滴入 h12 mdi 溶液中。用50毫升的 thf 冲洗烧杯和掉漏斗, 并将这种溶液添加到反应混合物中。 通过ftir 光谱控制预聚物的形成。注: 可以通过两种方式监测反应进展情况: 使用内联或离线 atr-ftir 光谱仪。 对于内联 atr-ftir 光谱仪, 在反应开始时将连接到光谱仪的内联 atr-ftir 探头插入中心接头。使用大的椭圆形磁搅拌杆, 而不是 ptfe 涂层搅拌器。开始记录 h12 mdi 溶液的光谱, 并选择在2266厘米-1的 nco 吸收峰, 以跟踪异氰酸酯基团的转换。 对于离线 atr-ftir 光谱, 使用巴斯德移液器采集反应混合物的样品, 并在 atr 晶体上添加几滴。在氮气流动下蒸发溶剂, 直到薄膜停留在 atr 晶体表面。记录不同反应阶段的光谱 (在完全添加 pdms 之后和在 aptmds 的每个部分添加之后)。 将链扩展器 aptmds 的化学计量量的一部分添加到预聚物溶液中。注: 添加链扩展器可以通过两种方式进行 (请参阅步骤3.1.3.1 和 3.1.3.2)。 在5-10 毫升的 thf 中溶解扩链器的称重量, 并使用巴斯德移液器或滴落漏斗将溶液滴入反应混合物中, 然后用3毫升的 thf 再次冲洗。 将链状扩展器的一部分添加到注射器中, 并将扩链器滴入反应混合物中。在这种情况下, 使用橡胶隔膜塞子密封第四关节。 在预聚物中加入1.65 克 (6.6 mmol) 的 aptmds, 相当于计算出的 aptmds 量的80%。然后, 通过红外光谱控制反应进展。 然后, 在反应混合物中加入 0.21 g (0.8 mmol) (共计算量的 90%), 用 ftir 控制反应过程。 添加0.1 克 (0.4 mmol) aptmds (共 95%)对反应混合物进行反应, 并利用 ftir 控制反应过程。 最后, 在反应混合物中加入扩链器的最后一部分 (0.102 g, 0.102 mmol), 并检查 ftir 光谱中 nco 吸收带的消失。注: 添加链扩展器的第一部分后, 粘度会增加。 将 psu 溶液倒进聚四氟乙烯箔覆盖的玻璃培养皿中, 并在烟罩下一夜蒸发溶剂。此外, 在80°c 的真空室中将 psu 干燥12小时。 4. 机械测试程序 聚硅氧烷-尿素弹性体薄膜的制备 溶解7-8 克的小 psu 件在200-250 毫升的 chcl 3 在一个 300 毫升的锥形烧瓶, 松散密封的烧瓶使用一个玻璃塞子, 并搅拌混合物使用磁搅拌杆至少24小时。如有必要, 添加额外的溶剂部分。注意: 氯仿大概是致癌的。吸入时, 蒸气可能会导致嗜睡。在通风良好的地方处理氯仿。 将均匀的溶液加入玻璃培养皿中, 并用穿孔铝箔覆盖。允许溶剂通过将 petri 培养皿放置在通风良好的地方或打开窗扇的通风罩中缓慢蒸发。注: 将培养皿放在烟罩中时, 如果可能的话, 减少气流。溶剂的极快蒸发会导致不均匀性, 并在透明薄膜中形成不透明的污渍。 在真空室中在80°c 下干燥膜12小时。 使用小的薄铲小心地将薄膜从玻璃表面取出, 并在随后用于机械表征时将 psu 薄膜存储在透明的信封中。 应力应变测试聚硅氧基尿素弹性体薄膜 根据 keiper 45 (s2 型) 从 psu 薄膜中制备模切狗骨形状的标本。将被信封箔覆盖的 psu 薄膜置于形状如图 4所示的冲孔刀单元下。向下推杆, 将测试样品打出来, 并在环境温度 (23±2°c) 下存放至少72小时。 打开拉伸试验机和计算机。通过单击图标启动软件。选择该方法作为拉伸测试, 并检查测试机中是否安装了正确的称重传感器 (100 n)。 选择方法助手并检查所有测试设置是否正确。转到预测试并检查是否激活了以下设置: 原始样品长度 (l0)为 20 mm, 预紧为 0.1 mpa, 预加载速度为 5 mm/min。 转到测试参数并检查是否激活了以下设置: 在 1 mm/min 处确定杨氏模量的速度, 样品在 25 mm/min 处破裂的速度, 在最大 80% f 时检测样品断裂的速度,回归时杨氏模量的测定, 2% 应变时杨氏模量的开始, 6% 应变时杨氏模量的末端测定。离开方法助手并切换到软件的主窗口。 按下测试机上的开机按钮, 然后单击该按钮转到软件主窗口中的起始位置。 取下保护箔, 并在交叉偏光片下检查样品, 以排除任何内应力。使用口径测量样品厚度和样品宽度。然后, 将样品厚度和宽度的值插入到软件主窗口中的相应字段中。 将测试样品固定在试验机的上夹紧口之间。单击软件主窗口中的按钮零力。将测试样品的底部固定在试验机的底部夹紧下颚之间。注: 如果夹紧爪的表面是滑的, 将试样的两端放置在细粒砂纸之间, 以防止试样在测量过程中滑动。 单击”开始测量” 按钮开始拉伸测试。 完成测量后, 继续执行步骤4.2.6 和4.2.7。在上夹紧口之间固定测试样品并选择零力之后, 选择按钮进入软件主窗口上的起始位置。然后, 在底部夹紧下颚之间固定测试样品的底部, 然后再次单击”开始测量”. 重复步骤 4.2.6-4.2.8 一个 psu 样品至少增加 3倍, 用于杨氏模量、抗拉强度和断裂伸长率的统计评估。 psu 弹性体薄膜的滞后试验 打开拉伸试验机和计算机。通过单击图标启动软件。选择该方法作为循环拉伸试验, 并检查在试验机中安装正确的称重传感器 (100 n)。 选择方法助手并检查所有测试设置是否正确。转到预测试并检查是否激活了以下设置: 原始样品长度 (l0)为 20 mm, 预加载为 0.05 mpa, 预加载速度达到 5 mm/min。 转到测试参数并检查以下设置的激活情况:10 时的周期数、100% 应变时的设定值加载次数、0% 应变时的设定值卸载速度以及 25 mmmin 时的速度. 离开方法助手和切换到软件的主窗口。 继续执行步骤 4.2.5-4.2.8。 用两个样本重复滞后测量, 进行统计评估。根据下面的公式计算每个周期的机械滞后性。(2) 5. hcam 细胞的培养程序 用 hacot 细胞和杜尔贝克的改良鹰介质 (dmem) 在37°c 的水浴中加热低温管。在微生物安全工作台下, 迅速将细胞悬浮液转移到10毫升锥形离心管中, 该管充满了温暖的 dmem。 使细胞悬浮液在 845 x g处离心6分钟。使用连接在真空泵上的一次性玻璃巴斯德移液器丢弃大部分上清液, 并通过使用 Eppendorf 移液器轻轻移液细胞团块向上和向下, 将细胞颗粒重新悬浮在剩余的液体中。 将重新悬浮的细胞转移到25厘米2细胞培养瓶中, 加入9毫升的 dmem, 再加上10% 的 fbs。将细胞孵育在37±1°c 和 5% co2的孵化器中。每天使用倒置显微镜控制细胞增殖。每隔三天更改一次 dmem, 直到细胞成为亚融合。 使用一次性玻璃巴斯德移液器取出 dmem, 在安全工作台下执行细胞通道。添加10毫升的 pbs 缓冲液来清洗细胞层。再次使用一次性玻璃巴斯德移液器取出 pbs 缓冲器。 在25厘米2细胞培养瓶中加入1毫升的胰蛋白酶 edta 溶液, 分离细胞并在 co2 孵化器中孵育.使用倒置显微镜检查悬浮液中是否存在细胞。 在细胞培养瓶中加入3毫升 dmem, 以灭活胰蛋白酶。将细胞悬浮液转移到离心管中, 并在 845 x g 处将细胞置于离心状态6分钟。使用玻璃巴斯德移液器取出大部分上清液。将剩余的 dmem 中的细胞重新注入, 加入10毫升新鲜的温暖 dmem, 并辅以10% 的 fbs。 将细胞悬浮液的5毫升转移到75厘米2细胞培养瓶中的每一个, 加入15毫升新鲜温暖的 dmem, 辅以10% 的 fbs。在 co2 孵化器柜中培养37±1°c 和 5% co2的 hacat 细胞,直到细胞成为亚融合。 按照步骤重复细胞通道 5.1.3-5.1.6 但这一次, 使用胰蛋白酶/edta 溶液的2毫升和 dmem 的6毫升来激活胰蛋白酶。 6. 使用 hucat 细胞进行 mts 细胞活力检测的程序 注: 体外细胞毒性试验是根据 wenzelewski46, 使用细胞介质提取物进行的。psu 样品和生物级聚氨酯样品使用环氧乙烷灭菌。 在 dmem 中37±1°c 和 5% co2 培养 hacot细胞, 在75厘米2细胞培养瓶中补充 10% fbs。使用细胞进行体外细胞毒性测试, 至少在第四通道之后。 在37°c 时, 将 psu 无菌样品和参考材料 (0.7 g) 加入50毫升锥形离心管, 并在37°c 下使用 dmem 提取样品, 时间为72±2小时, 提取率为 0.1g/2。对每个 psu 样本使用三个提取物。在没有 fbs 的情况下, 将 dmem 灌入50毫升锥形离心管, 制备盲样, 并进行相同的提取。 在提取过程的第2天, 按步骤进行细胞分离 5.1.3-5.1.5 与2毫升的胰蛋白酶 edta 和6毫升的 dmem。取一个100μl 的细胞悬浮液, 并添加100μl 的 dmem。从这种稀释的悬浮液中, 取20μl 的脂肪, 加入10μl 的0.5% 色氨酸蓝溶液来染色死细胞。 将细胞加氢 2分钟, 用微型移液器填充血细胞仪, 并立即计算四个腔内的细胞。计算可行和不可行细胞的数量, 以百分比评估细胞活力。注: 或者, 也可以使用单元格计数系统对单元格进行计数。 种子 hcam 细胞 (第四通道) 浓度为 20 x 10 3 细胞/在200μl 的 dmem 中进入96孔微板, 并在37°c 和 5% co 2 中孵育细胞 24小时. 第3天, 提取后, 在每个提取物和盲样中加入10% 的 fbs, 并使用水浴加热高达37°c 的样品。从每个种子中取出 dmem, 用提取物、盲样和相应的正负对照代替培养基。对于每个 psu 提取物 (对每个 psu 样品使用三个提取物), 将液滴200μl 的提取物输送到六口井。 将盲样 (dmem + 10% fbs) 的移液器200μl 放入六口井中。移液器200μl 的新鲜 dmem, 辅以 10% fbs (负控制), 成六口井。将移液器200μl 的正控制 (dmem + 10% fbs + 1% sds) 放入六口井。在37°c 和 5% co 2 下, 用提取物和对照培养细胞 24小时.注: 为了制备正控制, 请在水中制备20% 的 sds 溶液, 并用 dmem 在1:2 下将其稀释。然后, 进一步稀释它与 dmem 准备 1% sds 溶液。 第4天, 在孵育时间结束前不久, 准备一个没有 fbs 的 mts 和 dmem 的库存解决方案 (对于每口井, 使用20μl 的 mts 溶液 + 100μl 的 dmem)。孵育时间后, 取出提取物、盲液和控制物, 将 mts 库存溶液的移液器120μl 放入每个井中, 并进入六口无细胞的井中确定背景。在37°C 和 5% co 2 处培养细胞 4小时. 在 mts 溶液孵化后的第4天, 使用微板读取器测量每口井在492纳米的吸收率。从播种井的测得的吸收量中减去。假定正控件中的测量吸收值表示0% 的增殖, 并将这些吸收值设置为0。假设负控制的测量吸收值表示100% 的扩散, 并将这些值设置为100。 从吸收值计算细胞增殖值占负对照 (100% 增殖) 和正对照 (0% 增殖) 吸收值的百分比。评估细胞增殖高达81% 的样品提取物, 认为这种提取物不具有细胞毒性。注: 根据供应商的信息47, 以后测量吸收率。将 10% sds 溶液的移液器25μl 插入每口井, 以停止反应, 并将微板储存在室温下的无光温度下, 并将其储存在加湿室内。