Synthesis of Biodegradable Hydrogel Nanoparticles for Bioapplications Using Inverse Miniemulsion RAFT Polymerization

Abstract

We report the synthesis of biodegradable hydrogel nanoparticles using a RAFT inverse miniemulsion cross-linking polymerization process with 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate (DMAEMA) as monomer. The experimental conditions were optimized to yield a colloidally stable miniemulsion polymerization, which required protonation of DMAEMA using aqueous hydrogen chloride to ensure minimal partitioning to the continuous phase (cyclohexane). The nanoparticles were cross-linked using a disulfide cross-linker, thereby enabling subsequent degradation of the polymer network to its constituent primary chains by exposure to a reductive environment. The molecular weight distributions of the constituent primary chains were consistent with satisfactory control/livingness during the polymerization. These biodegradable hydrogel nanoparticles may have potential application as nanocarriers for encapsulation and controlled release of siRNA.

Polimerização RAFT em Miniemulsão

“…Evolução do índice de polidispersão (M w /M n ) e massa molar numérica média (M n ) em função da conversão da polimerização do 2-(dimetilamino) metacrilato de etila na presença de agente macro-RAFT em miniemulsão inversa. A linha pontilhada representa o valor teórico de M n [6,23] .…”

“…Evolução da distribuição da massa molar em função da conversão da polimerização do 2-(dimetilamino) metacrilato de etila na presença de agente macro-RAFT em miniemulsão inversa [6,23] . formados por intermédio de reações de extensão de cadeia, em que inicialmente ocorre uma homopolimerização na presença de um agente RAFT, formando um polímero que contém um grupo tiocarbonila terminal, normalmente conhecido como macro-RAFT.…”

“…Porém, somente em 2007 [25] é que foram publicadas de fato as primeiras pesquisas experimentais envolvendo pesquisadores brasileiros com o tema. Outros artigos sobre polimerização RAFT, envolvendo a participação de pesquisadores brasileiros, vêm sendo publicados até a presente data [23,[26][27][28][29][30][31][32][33] , sendo algumas dessas totalmente desenvolvidas em universidades brasileiras [29,[31][32][33] . O tema da polimerização RAFT também já foi abordado recentemente, de forma resumida, em outras publicações nacionais [27] .…”

“…A Tabela 1 apresenta os estudos publicados até a presente data sobre a produção de polímeros que utilizaram a técnica RAFT em miniemulsão. Conforme revisado, a técnica de polimerização RAFT em miniemulsão já foi adaptada para os principais tipos de monômeros comerciais (como, por exemplo, estireno [28,34,35, , metacrilato de metila [35,54,68,[74][75][76][77][78][79][80] ), sistemas inversos [23,52,[81][82][83][84][85][86] e sistemas contínuos de polimerização [87][88][89] ). Além dos trabalhos citados na P(AM-co-AA) Inverso [83] P(NIPAM-b-PEO) Inverso [82] a Poliestireno (PSt), poli(metacrilato de metila) (PMMA), poli(buitl metacrilato (PnBMA), poli(hidroxietil metacrilato) (PEHMA), poli(butil acrilato) (PnBA), poli(acetato de vinila) (PVAc), Poliacrilamida (PAM), poli(ácido acrílico), poli(2-dimetilamino (metacrilato de etila)) (PDMAEMA), ácido metacrílico (MAA), acrilato de dodecafluoro heptil (DFHA), acrilamida (AM), ácido acrílico (AA), isopopil acrilamida (NIPAM), poli(óxido de etileno) (PEO).…”

“…Por isso, a maior parte dos trabalhos trata de aspectos mecanísticos (por exemplo, a estimação de parâmetros cinéticos e de sorção e dessorção dos radicais das gotas emulsificadas, com objetivo de explicar principalmente os bem conhecidos efeitos de compartimentalização das reações conduzidas em miniemulsão) e da produção de especialidades químicas, voltadas majoritariamente para as aplicações biotecnológicas, o que inclui principalmente os sistemas de liberação de fármacos e biomoléculas [23,82,86,123,124] . Nesse caso, é lícito dizer que a polimerização RAFT tem sido utilizada principalmente para permitir o controle da composição das cadeias poliméricas formadas (explorando o caráter "vivo" da reação) e permitir a funcionalização posterior das nanopartículas poliméricas (explorando a alta reatividade do grupamento C=S dos agentes RAFT normalmente utilizados).…”