Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning

Daryl Sivakumaran; Emilia Bakaic; Scott B. Campbell; Fei Xu; Eva Mueller; Todd Hoare

doi:10.3791/54502

JoVE Journal > Bioengineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Bioingegneria

Parçalanabilir Thermoresponsive Hydrogels birden fazla uzunluğu ölçeklerde yolu ile reaktif ekstrüzyon, havacilik, kendinden montajlı imalatı ve Electrospinning

Published: April 16, 2018

doi:

10.3791/54502

Daryl Sivakumaran¹, Emilia Bakaic¹, Scott B. Campbell¹, Fei Xu¹, Eva Mueller¹, Todd Hoare¹

¹Department of Chemical Engineering,McMaster University

Summary

İletişim kuralları hydrazone toplu ölçek, microscale ve Nano, ikincisi jel nano tanecikleri ve nanofibers hazırlanması için polimer reaksiyonlar, cross-linking göre parçalanabilir thermoresponsive hydrogels imalatı için açıklanmıştır.

Abstract

Çeşitli akıllı malzemeler Biyomedikal uygulamalar (örneğin, ilaç dağıtım, doku Mühendisliği, bioimaging, vb) çeşitli için incelemiş bulunuyoruz iken, son klinik kullanımları biyolojik ilgili eksikliği tarafından engel olmuştur en akıllı malzemeler için gözlenen bozulma. Bu özellikle hemen hemen aynı şekilde işlevsel olmayan parçalanabilir polimerler üzerinde temel alan sıcaklık duyarlı hydrogels için geçerlidir (örneğin, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) veya Poli (oligoethylene glikol metakrilat) (POEGMA) ). Bu nedenle, etkin bir şekilde thermoresponsive hydrogels uzaktan kumandalı veya metabolizma düzenlenir ilaç dağıtım sorunları için potansiyelini çevirmek için hücre-ayarlanabilir hücre malzemesi etkileşimleri, theranostic malzemeler potansiyeli ile iskele hem görüntü ve ilaç dağıtım ve diğer bu tür uygulamalar için bir yöntem hydrogels renal malzeme gerekli ömrünü takip Gümrükleme en az yetenekli Eğer (değil tam olarak parçalanabilir) işlemek için gereklidir. Bu amaçla, bu iletişim kuralını hydrolytically parçalanabilir hydrazone-çapraz hydrogels hazırlanması tepki hydrazide ve aldehit functionalized PNIPAM veya POEGMA reaksiyonlar moleküler ile arasındaki temel alan birden çok uzunluğu ölçeklerde açıklar ağırlıkları böbrek filtrasyon sınırın altındaki. Özellikle, yöntem parçalanabilir thermoresponsive toplu hydrogels (bir çift namlulu şırınga tekniği kullanarak), imal etmek hidrojel parçacıklar (her iki microscale aynı anda karıştırma kolaylaştıran bir havacilik platform aracılığıyla tarih ve emülgatör habercisi Polimerler ve Nano termik tahrik kullanımı ile kendinden montajlı ve yöntemi cross-linking), ve hidrojel nanofibers (Reaktif electrospinning strateji kullanarak) açıklanmıştır. Her durumda, hydrogels sıcaklık duyarlı özellikleri geleneksel serbest radikal süreçleri cross-linking elde benzer ile elde edilebilir, ama hydrazone çapraz bağlı ağ oligomeric yeniden oluşturmak için zaman içinde düşebilir öncü Polimerler ve etkinleştirme izni. Bu nedenle, biz tahmin (ki olabilir genel olarak uygulanan herhangi bir sentetik çözünür polimer, sadece akıllı malzemeler) Bu yöntemler daha kolay çeviri sentetik akıllı malzeme klinik uygulamalara olanak tanır.

Introduction

Akıllı malzemeler dış ve/veya çevre sinyalleri için ters çevrilebilir “isteğe bağlı” yanıt potansiyeli nedeniyle önemli dikkat çekmiştir. Sıcaklık duyarlı malzemeleri sıcaklık tahrik yağış sıcaklıklarda T sonuçlanan onların alt kritik çözüm sıcaklık (LCST) davranışı nedeniyle özellikle ilgi kendine > LCST¹^,². Thermoresponsive hydrogels bağlamında, bu alt kritik çözüm sıcaklık davranış sıcaklığı ayarlanabilir toplu boyutlarda neden ters çevrilebilir şişlik/de-swelling olaylar tarafından kendini gösteriyor (büyük t < LCST)³, (T büyük gözenek boyutları < LCST)⁴ve interfacial özellikleri (daha hidrofilik t < LCST)⁵. Böyle geçişler yaygın ilaç dağıtım uygulanmış olan (harici veya çevre triggerable uyuşturucu için⁴^,⁶^,⁷serbest bırakmak), doku Mühendisliği ve hücre kültürü (thermoreversible hücre adezyon için / Delaminasyon⁸^,⁹^,¹⁰), ayrımları (için değiştirilebilir membran porosities ve permeabilities ya da termal olarak geri dönüşümlü tanılama destekler¹¹^,¹²^, ¹³), mikrosıvısal işler (akış¹⁴^,¹⁵düzenleyen açma-kapama vanalar için) ve (için sıcaklık tunable viskozite¹⁶) rheological değiştiriciler. Her ne kadar önemli (ve artan) iş de Poli (oligoethylene glikol metakrilat) yürütülen en çok hydrogels olan poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM)¹⁷, bağlı olarak thermoresponsive araştırıldı (POEGMA)² ^,¹⁸ ve poly(vinylcaprolactam) (PVCL)¹⁹^,²⁰. POEGMA farklı sayıda monomer doğrusal tahmin edilebilir hangi karışımları onun çok beklenen gelişmiş Biyouyumluluk²¹^,²²ve melodi facile LCST davranışını verilen özellikle son ilgi çekti etilen oksit tekrar birimleri yan zincirlerinde LCST ~ 20 ° c için alter > 90 ° C²^,²³. Ancak, her biri bu polimerler serbest radikal polimerizasyon tarafından hazırlanan ve böylece önemli ölçüde sınırlayıcı potansiyel yarar ve translatability hangi Biyomedikal uygulamaları bağlamında böyle polimerlerin bir karbon-karbon omurga içerir bozulması (ya da en azından izni ile böbrek filtrasyon için kapasite) genellikle bir gereksinimdir.

Bu sınırlama yanıt olarak, biz son zamanlarda yoğun hydrazone kimya başvurusunda bildirdin (i.e., hydrazide ve aldehit functionalized öncesi polimerler arasındaki reaksiyon) thermoresponsive parçalanabilir analogları hazırlamak için hydrogels²⁴^,²⁵^,²⁶^,²⁷^,²⁸^,²⁹. Her iki situ jelleşme functionalized habercisi polimerler³⁰ / karıştırma üzerine hydrazide ve aldehit gruplar arasında hızlı ve ters tepki sağlar (ezelî belgili tanımlık lüzum için bu malzemelerin facile enjeksiyon etkinleştirme cerrahi implantasyon veya UV ışınlama veya kimyasal başlatma gibi dış polimerizasyon uyarıcı türlü) yanı sıra kimya ve yoğunluk crosslinking siteleri tarafından kontrollü bir hızda ağ hydrolytic bozulması. Ayrıca, böbrek filtrasyon sınırın altındaki hydrogels hazırlamak için kullanılan ön polimerlerin molekül ağırlığı tutarak, bu yaklaşım kullanılarak yapılan hydrogels geri vücuttan^{25 temizlenebilir oligomeric habercisi polimerler içine bozulmasına yol açar} ^,²⁷^,²⁸. Düşük sitotoksisite ve bu malzemeleri²⁵^,²⁶^,²⁷tarafından indüklenen düşük inflamatuar doku yanıt ile birleştiğinde, bu yaklaşım thermoresponsive kullanımı için potansiyel olarak çevrilebilir bir yöntemi sağlar Tıpta, özellikle tüm uzunluğu ölçeklerde (toplu, mikro ve nano) böyle hydrogels iyi kontrollü parçalanabilir analogları sahte olduğu akıllı hydrogels.

Bu protokol için biz yöntemleri sentetik thermoresponsive öncesi polimerler hydrazide aldehit gruplarını ve yöntemleri Bu polimerler uygulamak için iyi tanımlanmış boyutlara sahip hydrogels oluşturmak için kontrollü numaraları ile birlikte functionalized yapmak için tarif çeşitli uzunluk ölçekler. Özellikle, bu el yazması dört ayrı yaklaşım reaktif hydrazide ve aldehit functionalized öncesi polimerler karıştırma denetlemek için geliştirdik ve böylece thermoresponsive hidrojel ağları ile iyi tanımlanmış geometrileri oluşturmak açıklar ve türleri Morfoloji:

Parçalanabilir toplu hydrogels ile tanımlanan boyutları oluşturmak için bir şablon oluşturma stratejisi olarak reaktif öncesi polimerler onun çıkış statik bir mikser ile donatılmıştır ve daha sonra içine co-kalıptan çekilmiş bir çift namlulu şırınga ayrı varil içine yüklenir anlatılan bir Silikon kalıp istenen hidrojel şekil ve boyutları²¹^,²⁷ (şekil 1).

Resim 1 : Toplu hidrojel oluşumu şematik. Hydrazide ve aldehit functionalized polimer çözümlerinde (su veya sulu arabellek) bir çift namlulu şırınga ayrı varil yüklenir ve sonra statik bir mikser ortak bir silindirik silikon kalıp içine kalıptan çekilmiş. Bir kez (kalıp çıkarmak) serbest duran bağlı olarak konsantrasyon ve fonksiyonel grup yoğunluğu habercisi polimerlerin dakika saniye içinde olduğu bir hydrazone etmek hidrojel formları karıştırma üzerine hızlı situ jelleşme. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Parçalanabilir jel parçacıkların mikron ölçekte oluşturmak için bir reaktif havacilik yöntem hangi habercisi polimer aynı anda çözümlerdir anlatılan karışık ve emülsiyon yumuşak litografi şablonu esas alan mikrosıvısal çip tasarım kullanarak, etkinleştirme karışık reaktif polimer damlacıkları oluşumu bu sonradan tarafından emülsiyon (Şekil 2)³¹^,³² in situ formu jel microparticles boyutlarında şablonu esas alan için jel.

Resim 2 : Jel microparticle oluşum yolu ile reaktif havacilik şematik. (A, B) Hydrazide ve aldehit functionalized polimer çözümlerinde (su veya sulu arabellek) şırınga pompa tarafından aşağı geri tepme önleme basınç gradyan oluşturmak için tasarlanmış kanalları zig-zag dizi arasında bağlı ayrı rezervuar içine beslenir. Polimerler sonra sadece parafin yağı (Ayrıca bir enjektör pompası tarafından tahrik) her iki taraftan akan tarafından güdülmesini daha önce karışık ve akışı odaklanarak üretiminde sulu kaynaklanan bir meme ile zorla (polimer çözelti) damlacıkları bir sürekli parafin yağı aşamasında ((B) meme alan ve damlacık oluşumu süreci için bir resme bakın). Ek bir iki parafin yağı alıcılar için izin vermek için önce laminar akış, sonra elde edilen microparticulate jelleri kaldırılması parçacık tam jelleşme koleksiyonu kanaldaki damlacıkları vardır daha fazla ayrı meme sonra konumlandırılmış manyetik olarak karıştırılmış bir ölçek içinde toplanan; (C) damlacık oluşturma işlemi meme adlı resmini (o hydrazide polimer karıştırma göstermek için mavi etiketli unutmayın)

Parçalanabilir jel parçacıkların Nano, termal olarak tahrik üzerinde reaktif kendinden montajlı yöntemi bir reaktif habercisi Polimerler (“tohum” polimer) bir çözüm olduğunu istikrarlı bir nanoaggregate oluşturmak için onun LCST ısıtılır anlatılan oluşturmak için daha sonra çapraz tamamlayıcı reaktif habercisi polimer (“çapraz” polimer); eklenmesiyle elde edilen hydrazone etmek nanogel bir şablonu esas alan doğrudan nanoaggregate (şekil 3)²⁸boyutundadır.

Şekil 3 : Nanogel oluşumu reaktif termal olarak tahrik ile şematik kendinden montajlı. Hydrazide functionalized (thermoresponsive) polimer içeren sulu bir çözüm istikrarlı uncrosslinked nanoaggregate oluşturmak için alt kritik çözüm sıcaklık ısıtılır. Aşağıdaki, bir aldehit functionalized polimer crosslink için nanoaggregate hydrazone bağı oluşumu ile eklenir ve böylece LCST soğutma üzerine nanogel parçacık stabilize. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Parçalanabilir nanofibers oluşturmak için bir reaktif electrospinning teknik bir standart electrospinning platform (şekil 4 onun çıkış (toplu hydrogels yapmak için kullanılan gibi), statik bir karıştırıcı ile donatılmış bir çift namlulu şırınga iliştirilmesi anlatılan )³³.

Şekil 4 : Şematik hidrojel nanofiber oluşum yolu ile reaktif electrospinning. Bir çift namlulu şırınga (toplu hydrogels için açıklandığı gibi yüklü ama aynı zamanda yüksek molekül ağırlıklı poly(ethylene oxide) electrospinning yardımcı olarak bir kısmını da dahil olmak üzere) statik bir karıştırıcı ile bir şırınga pompa üzerinde bağlı şırınga ucunda iğne ile monte edilir Yüksek voltajlı güç kaynağı için. Hydrazone çapraz akış toplayıcı (alüminyum folyo veya dönen bir alüminyum disk) vurduğunda nanofibrous Morfoloji korunması işlemi iplik elyaf sırasında oluşur. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Parçalanabilir akıllı hidrojel ağlar oluşturmak için bu yöntem uygulama ya PNIPAM ya da POEGMA faiz polimer bu iletişim kuralı’nı gösterilmiştir; Ancak, açıklanan temel yaklaşımlar için suda çözünen herhangi bir polimer, uygun düzeltmeleri de olsa viskozite için ile tercüme edilebilir ve (durumunda, kendinden montajlı nanogel imalat yöntemi) içinde tohum oluşturan ön polimer kararlılığını nanoaggregate.

Protocol

1. Hydrazide functionalized polimer sentezi Not: Aşağıdaki belirli tarifi PNIPAM mimetic thermoresponsive POEGMA habercisi polimer için (PO10) 30 mol % hydrazide functionalization ile sağlanır. PNIPAM ve POEGMA habercisi polimerler farklı faz geçiş sıcaklık ile aynı genel yöntemi kullanarak hazırlanabilir ama (değişiklikler için çeşitli POEGMA polimerler için 1.2 bölümüne bakın)21 kullanılan çekirdek monomerleri oranını ve türünü değiştirme , 25 , 27. 2,2′-azobis(2-methylpropionate) (AIBMe, başlatıcı), 37 mg diethylene glikol metakrilat (M(EO)2MA), 3.1 g oligoethyleneglycol metakrilat 0.9 g tartmak (OEGMA475, 475 g/mol n = 7-8 etilen oksit tekrar birimleri), 523, µL Akrilik asit (AA, comonomer) ve thiolglycolic asit (TGA, zincir Aktarım Aracısı) 20 mL cam mercek şişe içine 7,5 µL. PO0 için (oda sıcaklığında geçiş sıcaklığı POEGMA), M(EO)2MA (hiçbir OEGMA475) 4.0 g kullanın. PO100 için (hiçbir geçiş sıcaklığı POEGMA), OEGMA475 (hiçbir M(EO)2MA) 4.0 g kullanın.Not: Ara faz geçiş sıcaklıklar ara karışımları M(EO)2MA ve OEGMA475, kullan seçeneğine göre Lutz ve ark. göre elde edilebilir 23 Dioxane (5 mL/g toplam monomer) içinde tüm reaktifler bir yuvarlak alt şişe ile bir veya daha fazla boyunlarına geçiyoruz. 30 dk için azot (UHP grade) akışı ile reaksiyonu temizle. Bir kez tasfiye, azot ve 400 rpm manyetik karıştırma altında 4 h için 75 ° C’de tutulan bir Önceden ısıtılmış yağ banyosu şişeye koyun. 4 h sonra 50 ° C ve 200 rpm için ayarla bir rotary Evaporatör kullanarak solvent kaldırın. 150 mL deiyonize su elde edilen polimer üründe geçiyoruz. Adipik asit dihydrizide (ADH) bir kat molar aşırı polimer dahil AA artıkları sayısını ekleyin (örneğin, AA, conductometric titrasyon başı olarak üretilen polimerler olarak monomer birimlerinin 29 mol % oluşur). PH çözüm pH 0,1 M HCl kullanarak 4,75 için ayarlayın. PH stabilize kez N-(3-dimethylaminopropyl) -Neklemek ‘-ethylcarbodiimide (EDC) adlı bir 5-fold molar aşırı AA kalıntıları mevcut sayısı). Reaksiyon pH 4,75 dropwise eklenmesi ile 0.1 M HCL 4 h üzerinden korumak. Reaksiyon gecede karıştırın bırakın. Pour üç ~ 30 cm uzun diyaliz tüpler (3500 Da moleküler ağırlık kesme, 1 inç kalınlık), ürün çözümde dökülme en aza indirmek için bir huni kullanarak. Bir tutam kelepçe kelepçe bütünlüğünü geliştirmek için tüp bir küçük (~ 2 cm) parçasını katlama tüp dolum önce alt kapatmak için kullanın; (Hava kabarcıkları kaldırmak için tuşuna basarak) üst tekrar dolum tamamlandığında. Tüpler deiyonize su bir 100-fold fazla hacim içine yerleştirin ve en az 6 h için tam olarak su diyaliz istenen saflık ulaşmak için altı döngüleri yerine bırak. Son kurutulmuş polimer ürün elde etmek için diyaliz örnek lyophilize. 2. aldehid functionalized polimer sentezi Aldehit-öncü Monomer N-(2,2-Dimethoxyethyl) metakrilat (DMEMA) sentezi Yer 200 mL % 20 w/v NaOH çözeltisi 500 mL 3 boyun yuvarlak alt şişesi içine. Bir buz banyosu çözümde serin ve bir sıcaklık 0 ° c buz ile reaksiyonu sırasında sürdürmek. Aminoacetyl aldehid Dimetil asetal 50 mL soğutmalı NaOH ekleyin. TEMPO içinde 0.1 g ekleyin ((2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl) oxyl) ve 400 TEMPO tamamen eriyene kadar bir manyetik heyecan çubuğunu kullanarak devir / dakikada ilave edin. Methacryloyl klorür dropwise kullanarak bir Büret 2 h üzerinden 48 mL ekleyin. 2 h sonra alüminyum folyo ve bırakın gecede heyecan ile reaksiyon gemi kapsar. Ürüne göre reaksiyon ürünü 75 mL petrol eter 1 L ayrılık huni ekleyerek, sallayarak, gaz giderme ve üst katmanı atarak ayıklayın. 2.1.7 üç kez alt katman ürün her ayıklama adımından ham ürün olarak sonraki ayıklama döngüsüne ekleyerek adımları yineleyin. Son alt katman ürün ve 100 mL kabı transfer kaldırın. ~ 5 g Magnezyum sülfat ekleyin (Mg2SO4) kabı ile “kar küresi” kadar monomer için etkisi görülmektedir. 100 mL2Mg kaldırmak için Buchner huni ile SO4filtre. Tert-butil metil eter, huni durulama çözüm her zaman dökme ~ 75 mL ile iki kez kabı durulayın. Ürün 500 mL yuvarlak alt şişesi aktarmak ve oda sıcaklığında bir rotary Evaporatör kullanarak solvent buharlaşır nihai ürün toplamak için 200 RPM. Aldehid Functionalized polimerlerin senteziNot: Aşağıdaki belirli tarifi PNIPAM mimetic POEGMA habercisi polimer (PO10) için 30 mol % aldehid functionalization ile sağlanır. PNIPAM ve POEGMA habercisi polimerler farklı faz geçiş sıcaklık ile aynı genel yöntemi kullanarak hazırlanabilir ama (değişiklikler için çeşitli POEGMA polimerler için 1.2 bölümüne bakın)21 kullanılan çekirdek monomerleri oranını ve türünü değiştirme , 25 , 27. 2,2’-azobis(2-methylpropionate) (AIBMe), diethylene glikol metakrilat M(EO)2MA, 3.10 g 37 mg oligo ethyleneglycol metakrilat 0.1 g tartmak (OEGMA475, 475 g/mol, n = 7-8 etilen oksit tekrar birimleri), N-(2,2-1.30 g dimethoxyethyl) Akrilamid (DMEMA) ve thiolglycolic asit (TGA) 20 mL cam mercek şişe içine 7,5 µL. PO0 için (oda sıcaklığında geçiş sıcaklığı POEGMA), M(EO)2MA (hiçbir OEGMA475) 4.0 g kullanın. PO100 için (hiçbir geçiş sıcaklığı POEGMA), OEGMA475 (hiçbir M(EO)2MA) 4.0 g kullanın.Not: Ara faz geçiş sıcaklıklar ara karışımları M(EO)2MA ve OEGMA475, kullan seçeneğine göre Lutz ve arkgöre elde edilebilir. 23 Dioxane (5 mL/g toplam monomer) içinde tüm reaktifler bir yuvarlak alt şişe ile bir veya daha fazla boyunlarına geçiyoruz. 30 dk için azot (UHP grade) akışı ile reaksiyonu temizle. Bir kez tasfiye, Önceden ısıtılmış yağ banyosu yer şişeye azot ve 400 rpm manyetik karıştırma altında 4 h için 75 ° C’de muhafaza. 4 h sonra 50 ° C ve 200 rpm için ayarla bir rotary Evaporatör kullanarak solvent kaldırın. Elde edilen polimer ürün 100 ml deiyonize H2O. dağıtılması 50 mL 1 M HCl çözünmüş çözüm ekleyin ve manyetik karıştırma (400 RPM) için 24 Saat tam DMEMA asetal işlevleri hidrolize altında ilave edin. Reaksiyon tamamlandıktan sonra polimer çözüm adım 1,13 göre diyaliz boru içine aktarın. Son kurutulmuş polimer ürün elde etmek için diyaliz örnek lyophilize. 3. Hydrazone çapraz toplu Hydrogels imalatı Hydrazide ve functionalized aldehit polimerler 10 mM fosfat tamponlu tuz (PBS) içinde ayrı ayrı veya istenen konsantrasyonları çözümleri oluşturmak için istediğiniz herhangi bir sulu arabellek geçiyoruz.Not: Kitle konsantrasyonları wt % 5-40 arasında genellikle, jelleşme polimerler üzerinde daha yüksek fonksiyonel grup kesirler varsa mümkün düşük konsantrasyonlarda kullanılır. Bir tek varil Ģırınga kullanarak çözümler statik Mikser (1,5″ uzunluk) ve (isteğe bağlı) bir şırınga (genellikle 18 G, bağlı her öncül çözüm (~ 1 mL her) bir çift namlulu şırınga (2.5 mL cilt, 1:1 oran şırınga) ayrı varil içine yük aktarmak Tüp Bebek çalışmaları için uzunluğu 1,5″) ve (isteğe bağlı olarak) bir şırınga (genellikle 18 G, 1,5″ tüp bebek çalışmaları için uzunluk). İstediğiniz kalınlıkta, şekil ve delme delikleri çapı kalıpları silikon kauçuk bir örtü hazırlayın.Not: tipik bir deneyde, bir çift yumruk küme 1/16″ kalın silikon kauçuk bir örtü (toplam hacmi rezervuar ~ 300 µL) içinde bir 7 mm çap silindirik delik yumruk kullanılır. Silikon kalıp standart cam mikroskop üzerinde slayt kalıp içinde delik yumruk öyle ki Dağı tamamen cam tarafından desteklenen. Cam bir 0.1 M HCl yıkama önerilir ancak silikon kalıp montaj öncesinde gerekli değildir. Çift namlulu şırınga içeriği silikon kalıp tamamen doldurun (veya biraz üstünde bir Menisküs ile bantlayın için) statik Mikser ortak A’ya.Not: jelleşme zamanı aynı büyüklük sırasında veya birden çok kalıp doldurmak için gereken toplam süreyi daha uzun olması şartıyla birden fazla örnekleri bir ekstrüzyon örnek sırasında hazırlanabilir. Başka bir standart cam mikroskop kaymak kalıp üzerine yerleştirin ve jelleşme tamamlamak bekleyin.Not: Standart tarifleri sentez bölümü jel içinde açıklanan < 1 dakika; yavaş jelleşme süreleri (ve böylece daha uzun gerekli bekleme süreleri) daha düşük fonksiyonel grup yoğunlukları, düşük polimer konsantrasyonlarda ve/veya OEGMA475 M(EO)2MA (POEGMA hydrogels) göre daha yüksek kesirler gözlenir. En iyi mikroskop slayt kaldırın ve hidrojel silikon kauçuk kalıp uzak itmek için bir spatula kullanın. Daha fazla test için hydrogels kurtarmak için daha düşük mikroskop slayt kalıp kaldır. 4. Hydrazone çapraz jel Microparticles imalatı Mikrosıvısal çip imalatı Silikon gofret kurutmak (D = 76.2 mm, 380 µm kalınlık, P-katkılı, Yönlendirme) Isıtma 5 min için 200 ° C’de bir ocağın üzerinde tarafından. Bir spin coater ve ~ 100 µm kalın bir tabaka ~ 7 mL SU-8 uygulayarak SU-8 100 fotorezist karşı koymak kat gofret Merkezi, spin ramping 500 devir/dakika/sn ve daha sonra hızı 3000 devir / dakikada 30 saniye basılı oranında 3000 rpm hız. Önceden kaplama 10 dk 65 ° C’de pişirin ve sonra yumuşak-kaplama 30 dk için 95 ° C’de pişirin. Gerekli kalıbı polimerli fotorezist katmanın saydam bölümleri vardır öyle ki bir photomask bir şeffaflık Şekil 2tarafındanA, tanımlanan mikrosıvısal deseni ile yazdırın. Fotorezist kaplı silikon gofret ve photomask bir maske aligner takın ve gofret 95 için 365 nm ışığa maruz s (6.5 W çekim gücü). Desenli gofret 95 ° C’de 10 dakika önce bir Pinar 65 ° c üzerinde yerleştirerek ve sonradan Pinar 95 ° c 10 ° C/dk Isıtma pişirin. Gofret aspiratör ve yer için en az 10 dk 100 mL SU-8 geliştirici içeren, Sigara maruz fotorezist kaldırmak için gofret çözümde yavaş yavaş dönen bir 500 mL ölçek kaldırın. 10 dk sonra desenli gofret isopropanol ile durulayın ve kuru hava ile. Desenli gofret kullanılmadığı zaman yumuşak litografi yineleme yoğurmak için ışıktan uzak serin, Kuru bir ortamda saklayın. Desenli mikrosıvısal kalıp bir Petri kabına yerleştirin. Konumu ~ 10 mm L/S 13 silikon tüp giriş ve çıkışları çipin uzunlukları. Poli (Dimetil siloxane) ~ 10 mL dökün (PDMS; silikon Elastomer Bankası ve silikon Elastomer kür Ajan bir 10:1 oranı karıştırılarak hazırlanan) çip üzerine dikkatlice yerleştirilen silikon tüp içinde herhangi bir PDMS birleşmeyle kaçınarak. ~ 10 dk içinde ve çevresinde desenli yapısı kür sırasında Oturumlarýnda kalýcý olan hava kabarcıkları kaldırmak bir vakum odasında Petri kabına yerleştirin. PDMS desenli kalıp ve 85 ° c 2-3 h için bir ocağın üzerinde iyileşmemiş PDMS içeren Petri kabına koyarak tedavi. Dikkatle tedavi PDMS desenli silikon gofret gelen yumuşak taş desenli PDMS yineleme mikrosıvısal kalıp maruz kabuğu. Desenli PDMS ve bir cam slayt ters bir yüksek güçlü plazma besleme ile bir hava temizleyici yerleştirin. 200 mTorr, plazma ve 45 W 90 için geçerli cam kaymak için PDMS bağ ve son mikrosıvısal çip oluşturmak için s. Jel Microparticles sentezi Hydrazide-functionalized PNIPAM (PNIPAM-Hzd) NIPAM (4,5 g), akrilik asit (0.5 g – 15 mol % toplam monomer), Tioglikolik asit (TGA, 80 µL) ve 2,2-azobisisobutyric asit Dimetil ester (AIBME, 0,056 g) 20 mL susuz etanol çözülerek hazırlamak ve daha sonra bir sentez, tamamlamak için 1.4-1.14 her ne kadar reaksiyon ısısı 56 ° C adım 1.5 değiştirme adımları. Aldehid functionalized PNIPAM (PNIPAM-Ald) NIPAM (4 g), N-(2,2-dimethoxyethyl) metakrilat (DMEMA, 0.95 g – 13.4 mol % toplam monomer), Tioglikolik asit (TGA, 80 µL) ve 2,2-azobisisobutyric asit Dimetil ester (AIBME, 0,056 g) 20 dakika sonra çözülerek hazırlamak mL etanol ve daha sonra aşağıdaki adımları 2.2.4-2.2.10 sentezi, tamamlamak için her ne kadar reaksiyon ısısı 56 ° C için değiştirme adım ‘ 2.2.5. 6 wt % deiyonize su ve yük PNIPAM-Hzd ve PNIPAM Ald ayrı standart 5 mL şırınga geçiyoruz. 1 wt % Nonyonik yüzey aktif (örneğin, Span 80) ağır parafin yağı dağıtılması ve çözüm bir standart 60 mL şırınga yük. İki öncü polimer çözüm şırınga ayrı ayrı iki ayrı polimer giriş kanalı mikrosıvısal çip ve parafin yağı çözüm mikrosıvısal çip üzerinden kimliği (~ 30 cm uzunluk giriş, başına boru 1/32″ silikon yağı giriş kanala bağlanmak Çıkış başına ~ 45 cm uzunluk). İki ayrı infüzyon şırınga Pompalar (akıntıya karşı petrol için bir, bir meme sonra eklendi petrol için), yağ içine küçük parça 1.1 mL/h ve 5.5 mL/h arasında bir akış hızı, çip Başbakan ve çipin olduğunu emin olmak için polimer akışını başlatmadan teslim kusur-Alerjik ve operasyonel (genellikle bir 30 dk süre içinde muhafaza). Bir ayrı infüzyon şırınga pompa kullanarak, her sulu polimer çözümleri 0,03 mL/h Debi fişi teslim. Akış equilibrated ve Tekdüzen parçacıklar (30 dk – 1 h), oluşturulur emin olmak için bir başlangıç sabitleme süre sonrasında bir manyetik karıştırılmış yuvarlak alt şişesi parçacıkları toplamak. Tüm yağ tüketilen (12-55 h, akış bağlı olarak) olana parçacıkları toplamak. Enjektör pompa durdurun ve istenirse, hemen yerine habercisi polimer çözümleri temizlemek için çipi üzerinden su pompası. Ancak, akışı durduğunda hızlı yerinde jelleşme bu malzemelerin göz önüne alındığında, bu yeni bir çip ayrı her deneme için kullanmak için önerilir. Manyetik karıştırma kapalı açmak ve yerleşmek jel microparticles izin verir. Bir pipet kullanarak tüm kullanılabilir parafin yağı dikkatle boşaltmak. Kalan parafin yağı kaldırmak için jel microparticles (10 mL microparticle birimin her 0,5 mL için bir ses seviyesinde uygulanan) Pentanın yıkayın, kuvvetle karıştırın emülsiyon için ~ ~ 1-2 için yeniden yerleşmek jel microparticles izin 1 dakika, saat ve kapalı dikkatle boşaltmak bir pipet kullanarak kalan organik faz. Tam parafin yağ temizleme emin olmak için en az 5 kez tekrarlayın. 10 mL deiyonize su jel microparticles 20 mL cam mercek şişe resuspend ve şişeyi herhangi bir kalıntı Pentanın kaldırmak için gecede azot ile tasfiye. 5. Hydrazone etmek Nanogels imalatı PNIPAM-Hzd hisse senedi çözümler dağıtılması (1 w/v%) ve PNIPAM-Ald (1 w/v%) deiyonize su. PNIPAM-Hzd ve PNIPAM Ald bölümlerde 4.2.1 ve 4.2.2, sırasıyla açıklandığı şekilde hazırlayın. 5 mL aliquot 20 mL cam mercek şişe içinde manyetik karıştırma (350 d/d) altında bir yağ banyosu kullanarak PNIPAM-Hzd hisse senedi çözüm 70˚C için ısı.Not: Çözüm opak olmak gerekir (Yani sıcaklık PNIPAM-Hzd alt kritik çözüm sıcaklığını aşıyor), ama hiçbir görünür çökelti oluşmuş olmalıdır. PNIPAM-Ald, 0.25 mL aliquot Ekle (PNIPAM-Hzd kitle wt % 5-20 tohum çözüm bulunması) bir süre 5-10 sn içinde ısıtmalı PNIPAM-Hzd çözüm içine drop-wise. Mercek çözümde için hangi Kaldır sonra ek bir 15 dakika yağ banyosu örnekten sulandırıldığında karıştırma devam ve gecede oda sıcaklığında soğumaya ürün sağlar. Elde edilen nanogels (3500 kDa MWCO diyaliz membran kullanarak) 6 x 6 saat döngüleri herhangi bir çapraz polimer temizlemek için deiyonize suyla karşı diyaliz. İstenirse, depolama için lyophilize. 6. Hydrazone etmek Nanofibers imalatı Hydrazide-functionalized POEGMA (POEGMA-Hzd) 37 mg Dimetil 2,2′-azobis(2-methylpropionate) (AIBMe), 4.0 g oligoethyleneglycol metakrilat çözülerek hazırlamak (OEGMA475, 475 g/mol, n = 7-8 etilen oksit tekrar birimleri) ve 0, 25 g akrilik asit (AA) 20 mL dioxane ve adımları sentez tamamlamak için 1.3-1.14 izleyerek. Aldehid functionalized POEGMA (POEGMA-Ald) 50 mg Dimetil 2,2’-azobis(2-methylpropionate) (AIBMe), 4.0 g oligoethyleneglycol metakrilat çözülerek hazırlamak (OEGMA475, 475 g/mol, n = 7-8 etilen oksit tekrar birimleri) ve 0,60 g N-(2,2- dimethoxyethyl) metakrilat (DMEMA) 20 mL dioxane ve sentez tamamlamak için aşağıdaki adımları 2.2.3-2.2.10. POEGMA-Hzd dağıtılması (15 wt %) ve POEGMA-Ald (15 wt %) ayrı deiyonize su çözümleri. Poli (etilen oksit) dağıtılması (PEO, Mw= 600 x 103 g/mol, 5 wt %) deiyonize su. Mix 1 mL 7,5 wt % POEGMA habercisi polimer ve 2.5 wt % PEO son öncü çözümler oluşturmak için adım 6.3 hazırlanan reaktif her POEGMA çözüm ile PEO çözeltisi. (Ayrıca 1,5″ statik karıştırıcı dahil) 3 bölümünde açıklanan aynı çift namlulu şırınga ayrı varil içine iki çözüm yükleyin ve çift namlulu şırınga bir infüzyon şırınga pompa monte. Statik bir mikser ve künt uçlu 18 G iğne çift namlulu şırıngaya takın. Toplayıcı cezalı künt uçlu iğne için yüksek voltajlı güç kaynağını bağlayın.Not: Toplayıcıları alüminyum folyo bir 10 mm x 10 mm kare aşağıdakilerden oluşur veya 200 rpm hızda dönen bir ~ 10 mm çapında alüminyum disk hem de dik 10 cm uzaklıkta iğne iğne sonundan itibaren monte. Enjektör pompa 0,48 mL/s hızında başlamak ve aynı anda, 8.5 bir yüksek gerilim üzerinde geçiş kV electrospinning gerçekleştirmek ve nanofibers oluşturmak için. İskele farklı kalınlıklarda veya giriş çözümleri bitene kadar yapmak istediğiniz gibi electrospinning devam edin. PEO electrospinning yardım kaldırmak için deiyonize su 24 h için toplanan iskele emmek.

Representative Results

Toplu hydrogels bir çift namlulu şırıngadan kalıptan çekilmiş bir silikon kalıp içine kalıp boyutları için uygun ve müstakil olmak üzerine kalıp kaldırma; jelleşme genellikle aşağıdaki Co-ekstrüzyon polimer öncüleri bağlı olarak kullanılan dakika saniye oluşur. (Gravimetrically kolayca hidrojel şişme çözümden kaldırmak için hücre kültür INSERT kullanma ölçülen), şişme ile tipik karakterizasyonu thermoresponsivity (aynı teknikle ama inkübasyon sıcaklığı yukarıdaki Bisiklete binme ölçülen ve faz geçiş sıcaklığı), bozulma (ölçülen aynı tekniği ama bitti daha uzun süreler kullanarak) ve kesme ya da basınç modülü (2 mm kalın ve 7 mm kalıp çapı numuneleri kullanılarak ölçülür) hidrojel ayar gösterir Yanıt (özellikle, için POEGMA, uzun zincirli OEGMA monomerleri hidrojel hazırlamak için kullanılan kısa oranı), öncül polimer kimyası bağlı olarak fonksiyonel grupların habercisi Polimerler ve konsantrasyon bu köstebek kısmını öncü Polimerler (şekil 5)27. Havacilik 25-100 µm, petrol ve/veya kombine sulu polimer aşamaları (şekil 6A)31akış oranları dayalı kontrol edilebilir boyutta boyutu ölçekte iyi tanımlanmış jel microparticles oluşumuna yol açar. Sıcak sahne optik mikroskobu jel microparticles tersinir sıcaklık bağlı şişme-sadece hafif bir histeresis ile dönemi 1 deswelling (atfedilebilecek gösterilen toplu hydrogels thermoresponsive doğasını korumak onaylar geri dönüşü olmayan hidrojen bağı oluşumu komşu Amid gruplar daraltılmış devlet34arasında) toplu PNIPAM hydrogels (şekil 6B)32içinde gözlenen ile tutarlı. Ayrıca, jel microparticles geri oligomeric onların öncüleri için zaman içinde renal izni (şekil 6C)32etkinleştirme bozulmasına yol açar. Kendinden montajlı ısıtmalı bir çözümde bir aldehit functionalized PNIPAM ile crosslinking ardından hydrazide functionalized PNIPAM polimer nanoaggregation tarafından tahrik polimer sonuçlar son derece monodisperse nanogels (polydispersity < 0,1) üzerinde 180-300 nm, işlem koşullarına bağlı olarak dizi boyutu (Şekil 7A)28kullanılan. Nanogels geleneksel serbest radikal etmek PNIPAM nanogels, tipik thermoresponsive davranışını daha cross-linking polimer (Şekil 7B) eklendi gibi termal deswelling alt derece ile korur. Nanogels liyofilize ve partikül büyüklüğü (Şekil 7C) bir değişiklik olmadan redispersed ve nanogels (Şekil 7D) formüle için kullanılan oligomeric habercisi polimerler yeniden oluşturmak için hidroliz ile zamanla bozulmasına yol açar. Reaktif electrospinning ~ 300 sırasına nanofiber çaplarda hidrojel yapısı (şekil 8A), bir nanofibrous oluşturur nm33görünür electrosprayed parçacıklar mevcut olmadan ulaşılabilir. POEGMA tabanlı nanofibers su iliklerine kadar hızlı hidrasyon (kabaca iki büyüklük aynı kompozisyon, şekil 8Btoplu jel ile elde daha hızlı) sonuç ama nanofibrous kara delik üzerinde 8-10 hafta önce tutar hydrolytic bozulması, fizyolojik şartlarda; daha hızlı bozulma asit katalize ortamlarda asit katalize hydrazone bond bozulması (şekil 8C) potansiyeli nedeniyle beklendiği gibi görülmektedir. Nanofibrous da her iki kuru ve şişmiş eyalette birden fazla döngüleri kolay kullanım ve tekrarlayan süzme (şekil 8D) etkinleştirme mekanik olarak sağlam yapılardır. Şekil 5 : İn situ -gelling özellikleri toplu parçalanabilir thermoresponsive hydrogels. (A) temsilcisi POEGMA jel ağ microstructures ve toplu hidrojel görüntülerle ilgili jelleşme kez OEGMA475 yılında habercisi polimerler köstebek % birleşme bir fonksiyonu olarak; (B-C) PO100 hydrogels değişen (B) habercisi polimer konsantrasyon ve (C) köstebek % fonksiyonel grup birleşme habercisi polimer başına depolama modülü; (D-F) POEGMA hydrogels OEGMA475 köstebek % birleşme bir fonksiyonu olarak özelliklerini Physiochemical: (D) depolama modülü (E) bozulması profili 1 M HCl ve (F) birim faz geçiş sıcaklığı yanıt olarak sıcaklık aralığında değiştirmek 20-60 ° c Tüm hata çubukları n standart sapması temsil 4 Çoğalt ölçümleri =. Başvuru27 arası Elsevier izniyle uyarlanmıştır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 6 : Parçalanabilir jel microparticles reaktif havacilik üzerinden özelliklerini. (A) etkisi parafin yağı akış hızı (saf) jel microparticle boyutu su; (B) yukarıda ve birim faz geçiş sıcaklığının altında tek bir termal döngüsü takip su arıtılmış jel microparticles Thermoresponsivity; (C) Visual değerlendirme (fotoğraf) ve jel microparticles bozulma teyit jel Permeasyon Kromatografi izlemeler (grafik) geri habercisi polimer bileşenlerinin (burada da hızlandırılmış bozulma görüntüleme zaman ölçeği üstünde kolaylaştırmak için 1 M HCl); Ölçek çubuğu 100 µm. uyarlama başvuru32=. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 7 : Reaktif üzerinden parçalanabilir nanogels özelliklerini kendinden montajlı. (A) Partikül boyutu dağıtımları farklı aldehid: hydrazide polimer kitle oranları üzerinden dinamik ışık saçılma ile hazırlanmış nanogels (iç metin: transmisyon elektron nanogels küresel doğası doğrulayan test); (B) Thermosensitivity nanogels (üzerinden dinamik ışık saçılma) hazırlamak için kullanılan aldehid: hydrazide polimer arasındaki kütle oranı bir fonksiyonu olarak kendi kendine monte parçacıkların, n’in standart sapması temsil eden hata çubukları ile 4 çoğaltır; = (C) Visual onay nanogel toplama eksikliği öncesi ve sonrası lyophilization; (D) nanogels asit katalize bozulması görsel teyidi (1 M HCl yukarıdaki diğer çalışmalarla tutarlılık için burada); (E) jel Permeasyon Kromatograf izleri hydrazide ve aldehit functionalized habercisi polimerler onların benzerlik gösteren nanogel bozulma ürünleri. Başvuru28izniyle uyarlanmıştır. Telif hakkı 2015, Amerikan Kimya Birliği. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 8 : Reaktif electrospinning üzerinden parçalanabilir nanofibers özelliklerini. (A) elektron nanofibers kuru görüntülerini (solda), yarısı (orta, ince film) suya batırılmış devlet ve tam bir gecede (iskele) doğru kalın; suya batırılmış mikroskobu tarama (B) nanofibrous (kırmızı) hidrojel aynı kompozisyon toplu hidrojel (mavi) göre şişme, n’in standart sapması temsil eden hata çubukları ile 4 çoğaltır; = Nanofibers 1 M HCl asit katalize bozulması izleme (C) tarama elektron mikroskobu ve (iç metin) görüntüler; (D) çekme dayanımı (80 döngüleri, % 20 uzama/döngüsü) kuru Bisiklet ve şişmiş (325 döngüleri, % 10 uzama/10 mM PBS döngüsünde) electrospun nanofibrous hydrogels. Şekil başvuru33 sayfasından değiştirilebilir ve Kimya Royal Society izniyle çoğaltılamaz. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Discussion

Birden çok polimer sistemleri PNIPAM ve POEGMA için ayrıntılı olarak açıklanan yöntemlerden yalnızca küçük farklılıklar kullanarak başarıyla bu imalat teknikleri uygulamış; Ancak, kullanıcılar bu iletişim kurallarının diğer polimerler yerine bu işlemleri halinde ortaya çıkabilecek olası sorunları farkında olmalıdır. Özellikle, viskozite habercisi polimerlerin artan hem işlenebilirliği (özellikle de mikrosıvısal yöntemi), hem de iki öncü polimerler karıştırma verimliliği olumsuz etkileyebilir. Buna ek olarak, polimerler jelleşme zamanının akışı inhibe veya reaktif öncesi polimerler, istenen oluşturmak için gerekli interdiffusion önlemek için hizmet erken jelleşme önlemek için hedeflenen Morfoloji bağımlı bir oranda kontrol altına alınmalı homojen jel yapıları. Biz gibi sınırlamalar her imalat uzunluğu ölçekte adrese Bu yaklaşımları uyum için kullanılan yaklaşımlar yanı sıra her strateji belirli sınırlamalar aşağıda açıklanmıştır.

Hydrogels çift namlulu şırınga Co-ekstrüzyon yolu ile toplu
Toplu hydrogels şekillendirme için çift namlulu şırınga teknik etkinliğini sağlamak için denetlemek için anahtar değişken jelleşme zamanı. Çok hızlı iletişim jel Polimerler ( 5 s rağmen (gerekli değil) tercih Bu tekniğin; kullanımı için Çoğalt hydrogels her hidrojel oyuncular aynı kompozisyon olduğundan emin olmak fiziksel ve mekanik analiz için döküm, bu özellikle önemlidir. Jelleşme zamanı bir reaktif Fonksiyonel grupların yoğunluğunu değiştirerek kolayca değiştirilebilir veya öncül Polimerler (daha yavaş jelleşme için önde gelen düşük fonksiyonel grup yoğunluk) veya öncül polimerler konsantrasyonu değiştirme jel () oluşturmak için kullanılan daha yavaş jelleşme için önde gelen konsantrasyonları daha düşük)²¹. Alternatif olarak, (daha reaktif) aldehit grubu (daha az reaktif) keton grubu ile jelleşme çift electrophile olarak önemli ölçüde yerine jelleşme zamanı önemli ölçüde sonuç hidrojel^{35 bileşimi değiştirmeden azaltır}; Polimerler aldehid karışımları ile hazırlanan ve keton monomeric öncüleri kullanılan habercisi polimerler konsantrasyonu (ve bu nedenle kitle halinde elde edilen jel oluşan katı yüzdesi) değiştirmeden jelleşme zaman istediğiniz gibi ayarlamak için kullanılabilir.

Biz de ilk hidrojel oyuncular her zaman sonraki hydrogels, iki varil içeriğini ulaşmak aslında statik Mikser hızı hafif farklılıklar atfedilen bir gözlem döküm, aynı özelliklere sahip değil dikkat cekti. Sonuç olarak, biz genellikle çift namlulu şırınga küçük bir ekstrüzyon tarafından Başbakan (< 0.3 mL) böyle değişkenlik en aza indirmek için döküm işlemi başlatılıyor önce jel kısmını. Son olarak, genellikle sorunlu iken oligomeric sentetik öncesi polimerler kullanırken bir veya daha fazla habercisi polimer çözümleri viskozite bağlamında bu teknik, başparmak basit depresyon kullanarak akışı kolaylaştırmak açısından hem de, bir meydan okuma-ebilmek poz vermek statik karıştırıcı içinde etkili karıştırma teşvik yanı sıra. Ancak, biraz şaşırtıcı, hatta öncü polimer çözümleri keskin farklı viskoziteleri ile form hala nispeten homojen hydrogels parçaları listede açıklandığı statik Mikser ekleri kullanarak (Örneğin, PNIPAM bir yüksek moleküler ağırlık karbonhidrat²⁶), bu verimsiz bir sonucu olarak yanlış eşleşen viskozite karıştırma hakkında endişelendiriyor düşündüren en az toplu ölçekte önemli olmayabilir. Gerekirse, bir şırınga pompa (yerine başparmak) sürücü akışı için kullanımı ve/veya çıkış, daha büyük bir ölçüm iğne kullanımı bu sistem extrudability ile ilişkili sorunları aşmak yardımcı olabilir.

Microscale hydrogels yolu ile reaktif havacilik
Jel microparticle imalat havacilik yaklaşımı ile ilişkili önemli adımdır havacilik çip iki reaktif polimerler ile priming. Polimerler ile farklı baskılar veya farklı fiyatlara çipin teslim edilir, Diferansiyel Basınç göle bir habercisi polimer çözüm geri tepme kullanabilir miyim (ya da en azından havzanın doğru) habercisi polimer. Jelleşme akıntıya karşı etkili bir şekilde akışını engelleme ve böylece çip bertaraf gerektiren parçacık oluşumu, üzerinden sonuçlanır. Her rezervuar ve karıştırma noktası arasında baskılı torturous yolu geri tepme önemli bir direnç oluşturur; Ancak, kararlı akış rejimi elde önce eğitimli bir operatör bile zaman zaman bir çip jel. Bizim deneyime dayalı, 1-2 dk arasında damlacık oluşumu (hangi zaman içinde nispeten polydisperse jel microparticles üretilmektedir); inisiyasyon takip akımları dengelemek için genellikle gereklidir operasyonun ilk 5-10 dakika içinde herhangi bir sorun gözlenir, birkaç saat-in sürekli monodisperse parçacık üretim elde edilebilir olasıdır. Öncü polimerler nispeten uyumlu viskozite hem de anlık sigara jelleşme saatleri ile kullanımı (en azından > 15 s tercih) büyük böyle bir sorun kaçınarak ve istikrarlı akar oluşumu teşvik yardımcı olur.

Not çeşitli 0,01-0.1 arasında değişen oranlarda akışı mL/h sulu faz ve 1.1-5.5 mL/h petrol aşamasında ~ 25-100 boyutu aralığını parçacıklar fabrikasyon lider bu çip tasarım kullanılarak sınanmıştır µm, uygulanan kesme göre kavşak akışı odaklanarak; daha hızlı akış oranları daha yüksek kesme için eşit ve böylece oluşan daha küçük parçacıklar³¹^,³². Petrol akış hızı toplam sulu akış hızı düşük (~0.03 mL / iletişim kuralında atıf gibi h,) ya monodispersity ya da cihazın ömrünü ödün vermeden jel microparticle boyutu kontrol etmek için en etkili olduğu bulundu tutma sırasında değişen, ikisi de vardı atıf toplam sulu akış oranları daha yüksek sonunda önemli ölçüde azaltmak amaciyla görülmektedir. Büyük petrol akış oranları (> 5.5 mL/s) daha küçük parçacıklar oluşturmak için mümkün, ama chip Delaminasyon (plazma gümrüklü PDMS mikrosıvısal çip ile karşılaşılan ortak bir sınırlama) riski artmıştır. Başka bir yöntemi kullanarak fiş yapıştırma izin verebilir daha hızlı akış oranları ve böylece daha küçük jel microparticle üretim, biz şu anda keşfetmek bir strateji. Meme boyutunu azaltmak da artan riski erken jelleşme parçacık oluşumu öncesinde de olsa, yapılabilir, microparticles boyutunu azaltmak için yardımcı olabilir. Yavaş akış oranları kararsızlıklara ve böylece daha yüksek polydispersities ve çip jelleşme riski akmaya kurşun eğilimi; Bu sınırlama daha yüksek kararlılık ve bu protokol için kullanılan standart şırınga pompalar daha yüksek çözünürlüğe sahip bir çok kanallı mikrosıvısal akış kontrol sistemi kullanarak üstesinden gelebilir.

Yağ seçimi ağır yağlar (jel microparticle Aglomerasyon koleksiyonu sonra önlenmesi açısından olumlu) olarak bu iletişim kuralı, başarısı için kritik meme, daha az tutarlı parçacık oluşumu daha hafif silikon yağı ihbar yol açtı iletişim kuralı. Biz bu azaltılmış broşürüne tekrarlanabilirlik karıştırma noktada daha değişken kesme önde gelen ağır yağların şırınga pompa, düşük tutarlılık bir sonucudur. Jel microparticle toplama toplama kabı içinde kaçınarak oldu da bir meydan okuma, özellikle hemen çıkışında bu noktada situ jelleşme tam ve geniş sayıda kullanılabilir reaktif değildi mikrosıvısal aygıttan fonksiyonel gruplar koleksiyon banyoda çarpışan parçacıklar arasında form köprüler için mevcut idi. Bu meydan okuma tarafından ele: mikrosıvısal çip çıkış kanalında uzunluğunu artırma, laminar akışı jel microparticles bir daha uzun süre daha kapsamlı jelleşme; teşvik etmek için Bakımı daha fazla yağ içine belgili tanımlık küçük parça ve daha iyi ayrı böylece besleme sonrası karıştırma Bu kanaldaki jel microparticles meme kendisi veya parçacık üretim hızı kesme alanları etkilemeden meme sonra yan kanal ekleme; ve bir manyetik karıştırıcı önlemek için koleksiyon şişesi ekleme microparticle sedimantasyon jel ve bitişik parçacıklar arasındaki büyük bir ortalama mesafeyi korumak. Süre çok yavaş jelleşme polimerler büyük olasılıkla aygıt istikrarı geliştirmek ve astar ile sorunları en aza indirmek, bu tür sistemlere de önemli ölçüde reaktif Fonksiyonel grupların daha büyük bir sayı olarak jel microparticle toplama riskini artırdığı gözlendi unreacted (ve böylece form arası parçacık köprüler mümkün) kalır daha uzun vadede. Bu nedenle, jelleşme kez 15-60 s sırasına bu teknik için en uygun görünmektedir: yavaş astar ama yeterince hızlı en reaktif Fonksiyonel grupların sağlamak etkinleştirmek için yeterli bir laminar akış kanala çıkılıyor jel microparticles önce tüketilen koleksiyon şişesi.

Son olarak, kaldırma şablonlama petrol elde edilen parçacıklar akıllı özellikler eklendi öncesi polimerler kompozisyona dayalı beklenen korumak emin olmak ve bu parçacıklar biyomedikal bir bağlamda kullanımını etkinleştirmek için esastır. Açıklanan yordamı yıkama Pentanın bu bağlamda genel jel microparticle üretim için son derece etkili oldu. Ancak, uygulama bir bağlamda doğrudan Biyomedikal (örneğin, üstünde-küçük parça hücre kapsülleme) bu tekniğin bu protokolün yeniden değerlendirme gerektirir. Ayrıca zeytinyağı,³⁶, uzman olarak irtibata bağlamında daha etkisiz bir yağ hücreleri için önerilen kullanımı incelemiş bulunuyoruz. Parçacık oluşumu mümkün, jel microparticle örneğin alınma olasılığını önemli ölçüde mineral yağ ile en az şu anki çip tasarımı ile elde edilebilir daha daha fazla polydisperse bulunuyordu. Çip sentetik polimer ve doğal polimer jel microparticle oluşumu³¹için adapte olmak için görünür, böylece, değiştirilmiş bir tasarım bu teknik daha geniş tüm malzeme kombinasyonları yararlanmak için gerekli olabilir.

Nano hydrogels yolu ile reaktif kendinden montajlı
Nanogels oluşturmuşlardır işleme koşulları farklı tohum polimer konsantrasyonları da dahil olmak üzere, çok geniş bir dizi kullanarak (0,5-2 wt %), crosslinking:seed polimer (0,05-0,2), farklı sıcaklıklarda (40-80 ° C), farklı karıştırma hızları (farklı oranları 200-800 devir/dakika) ve crosslinker polimer (2-60 dakika)²⁸eklenmesi aşağıdaki kez farklı Isıtma. Konsantrasyonları açısından gözlenen eğilimler, tohum polimer daha yüksek konsantrasyonlarda daha büyük nanogels için yol ve crosslinker:seed polimer daha yüksek oranları daha yüksek crosslink yoğunlukları ile nanogels yol ve böylece daha düşük olarak tahmin gibi genellikle thermoresponsivities. Açan tohum polimer artan konsantrasyonu çok yüksek sonuçta toplama nanoaggregation, şekillendirme için geleneksel serbest radikal yağış sürecinde gözlenen ile tutarlı olarak karşı toplu olarak vurgulanmalıdır thermoresponsive nanogels³. Kısa ısıtma süreleri de daha küçük oluşturan ve daha fazla monodisperse parçacıklar için olumlu bulundu. O nanoaggregate daha uzun zaman tutan birini veya her ikisini habercisi polimerler hydrazone Bond göreli olarak artan hydrophobicity ile toplama nanogel çarpışma, üzerine olasılığı artar LCST üstündeki sıcaklıkta hipotez Her iki öncü aldehit veya hydrazide fonksiyonel bu toplama elde crosslinking derecesi arttıkça daha büyük olasılıkla yapım grubu. Sonuçta, daha kısa ısıtma süreleri monodisperse nanogel nüfus az 2 dk olarak crosslinker polimer eklenmesinden sonra oluşmuş olabilir bir süreci açısından olumlu şunlardır; 10 dk monodisperse nanogels da daha yüksek oranda çapraz nanogels üretimi için izin verirken sürekli üretmek olabilir uzun zaman bulundu. İlginçtir, hemen hemen aynı parçacık boyut ve farklı hızlarda karıştırma veya bile daha büyük birimler için işlem ölçekleme kaynaklanan parçacık boyutu dağıtımları ile karıştırma için son derece duyarlı bir yöntemdir. Başlangıçta bu sonucu tarafından şaşırttı iken, olası nanogel üretim düzenlenmesinde Termodinamiğin birincil rolü için konuşuyor.

Düşük polydispersities elde etmek için anahtar değişkenler kolloidal kararlılık ve nanoaggregate nemlendirme derecesini görünüyor. Örneğin, daha az hidrofilik aldehid functionalized polimerler aksine tohum olarak daha hidrofilik hydrazide functionalized polimerler kullanılarak hazırlanan nanoaggregates nanogels ile önemli ölçüde daha düşük polydispersities yol açar. Deneysel derleme sıcaklık ve tohum polimer LCST arasındaki fark da önemlidir. Tohum polimer LCST hemen üzerinde bir sıcaklıkta çalışma ((T-LCST) < 5 ° C) monodisperse nanogel oluşumu; en yüksek olasılık sunmaktadır LCST de çalışma oluşturur daha büyük olasılıkla daha fazla hidrofobik ve daraltılmış nanoaggregates için toplama ve crosslink, için büyük olasılıkla daha az etkili olamaz bir nispeten kompakt tohum polimer LCST sonuçlarında altında işletim sırasında veya tekrarlanarak çapraz. Parçacık monodispersity en iyi tahmin için biz ilk başlangıç tohum polimer LCST ölçmek için bir UV/vis tarama yapmak ve daha sonra kendinden montajlı işlem 1-2 ° C sıcaklığında performans tavsiye o LCST yukarıda.

Bu yöntem kullanılarak üretilen nanogels liyofilize olabilir ve kolloidal kararlılık, çoğu zaman mümkün kendi kendine monte yapıları için ve bizim crosslinking sabitleme yöntemi atfedilebilecek bizim görünümünde herhangi bir değişiklik redispersed olduğunu unutmayın. Biz de sadece tohum polimer thermoresponsive bu yöntemin işe yaraması gereken tahmin; non-yanıt veren ya da diğer uyaranlara karşı duyarlı polimerler cross-linking kullanım daha fazla bu teknik son uygulanabilirliği genişletmek. İki reaktif habercisi polimerler karıştırma bu yana son olarak, bu durumda pasif olarak karşı etkin, jelleşme zamanı daha az işlem denetimi göre açıklanan diğer üretim stratejileri açısından önemlidir. Ancak, hatta Bu teknikte, toplam crosslinking zaman tutmak < 30 dk parçacık toplama riskini en aza indirmek için arzu.

Reaktif electrospinning ile Nanofibrous hydrogels
Reaktif öncesi polimerlerin jelleşme zamanı kontrol tekrar jel nanofiber üretim başarısı için çok önemlidir. Özellikle, yaklaşık olarak ikamet süresi (Çift namlulu şırınga yanı sıra uzunluğu ve statik Mikser tortuosity çözüm akış hızı değiştirerek kontrol) statik karıştırıcı habercisi polimerlerin toplu jelleşme ile eşleştirme süre habercisi polimerlerin hem spinnability korumak hem de iğne ve kolektör arasında bükülmüş elyaf etkili polietilenin sağlamak için önemlidir. Daha hızlı jelleşme etkisiz Taylor koni geliştirmeye yol açar ve böylece yerine yayılmasında kaynaklanan toplayıcı isabet bir jel yerine sulu bir çözüm daha yavaş jelleşme sonuçlarında ise zavallı spinnability ve ince bir film son oluşumu jel nanofibers. Residence zamanlarda biraz aşağıdaki çalışma toplu jelleşme zamanı da bulundu etkili (ve gerçekten de iğne tıkanma riskini azaltmak için tercih) çözüm etkili bir şekilde bükülmüş gibi öncü polimerler su buharlaşma yoğunlaşmaktadır bu yana akarsu ve böylece eğirme işlemi sırasında jelleşme Kinetik hızlandırır. Daha yüksek iğne toplayıcı mesafelerde faaliyet bu aynı ven (> 10 cm) daha kısa mesafeler için su buharlaşma süresini azaltmak ve böylece arasındaki ilişki üzerinde daha sıkı denetim istemek gibi bu süreçte olumlu olduğunu ikamet süresi ve nanofibrous ürün korumak için jelleşme zamanı.

Unutmayın PEO kullanımı (veya başka bir yüksek molekül ağırlıklı ve kolayca electrospun polimer) gibi kısa ve çok dallı POEGMA reaksiyonlar yalnız Dolaşıklık ikna etmek için yeterli bir düzeyde ulaşamıyorum nanofiber oluşumu, tanıtmak için bu protokol için önemlidir electrospinning; Bunun yerine, electrospray sonuçlar hiç (Bu da aynı bu kimya kullanarak parçalanabilir jel partikülleri yapmak için uygulamalar olabilir) sadece POEGMA formülasyonları için test koşulları işlemek. 1 wt % (1 MDa moleküler ağırlık) en az PEO konsantrasyon tam nanofibrous Morfoloji korumak için gereklidir. PEO aşağıdaki basit iliklerine yordamı (deiyonize su, 24 h) nanofibrous ağ bütünlüğünü bozmadan liflerinden kaldırılabilmesi için dikkat edin; Bu şekilde, PEO daha son nanofibrous ürün bir unsuru daha geçici electrospinning yardım gibi davranır. Ayrıca Not toplayıcıları, basit alüminyum folyo (delaminate ince tabaka hydrogels iliklerine üzerine toplayıcı oluşturmak için) yanı sıra (daha kalın iskele oluşturmak için) dönen bir alüminyum disk dahil olmak üzere çeşitli türleri aynı ile birlikte kullanılabilir jelleşme oranı, electrospinning oranı ve electrospinning sırasında su buharlaşma hızı kontrol diğer işlem değişkenlerini sağlanan teknik, değişmeden kalır.

İlginçtir, türleri farklı morfoloji hazırlamak için kullanılan yönteme bağlı olarak, aynı hidrojel öncüleri hazırlanan hydrogels bozulması zamanlarında önemli farklılıklar gözlenmiştir. Örneğin, POEGMA nanofibrous hydrogels toplu POEGMA hydrogels onların önemli ölçüde daha yüksek yüzey alanı ve böylece su hydrazone bağlarını hidrolize için erişim rağmen aynı bileşimi ile daha yavaş bozulmasına yol açar. Biz bu farklar açısından iç jel homogeneities için neden olabilir habercisi Polimerler ve/veya önemli ölçüde farklı türleri morfoloji ve/veya içinde karıştırma geometri açıklanan protokoller arasında doğal tezat için ilgilidir in situ polimer öncüleri konsantrasyon jelleşme, özellikle electrospinning aynı anda su buharlaşma ve bu süreçte gözlenen crosslinking nedeniyle ilgili olarak aynı zaman ölçeği üstünde. Bir polimer her iletişim kuralı kullanmak için hedef ise bu öncü polimerler seçiminde biraz karmaşık iken, aynı zamanda hydrogels bir kimyasal bileşimi ama çok farklı fiziksel özellikleri ile yapma açısından teknik bir fırsat sunabilir.

Genel olarak, açıklanan yöntemleri birden fazla uzunluğu ölçekler (toplu, mikro ve nano) ve birden çok türde iç yapıları ile thermoresponsive polimerlerin parçalanabilir (ya da en azından renally clearable) analogları imalatı için bir stratejisi sağlayabilir (parçacıklar veya lifleri). Böyle protokolleri sentetik thermoresponsive standart olarak hazırlanan malzeme Biyomedikal alanında başarılı çeviri için anahtar engelleri ele: injectability ve çözünebilirlik. İlaç dağıtım ve mühendislik uygulamaları fiziksel kanserleri, hedefleme üzerinden arasında değişen dokusu kan – beyin bariyerini, proteinler terapötik teslimini genelinde uyuşturucu taşıma böyle malzeme uygulama keşfetmeye devam ediyor Arkadaki thermoreversible adezyon ve diğer uygulamalar arasında hücre farklılaşma ve göz, dokular, yönlü büyüme.

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Doğa Bilimleri ve mühendislik Araştırma Konseyi, Kanada (NSERC), NSERC oluştur fon-IDEM (tümleşik tasarım ekstraselüler matrisler) programı, 20/20: NSERC oftalmik Biyomalzeme araştırma ağı ve Ontario Bakanlığı araştırma ve Yenilik erken araştırmacı ödül programı kabul edilmektedir.

Materials

Chemicals
2,2 – azobisisobutryic acid dimethyl ester	Wako Chemicals	101138
Di(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (M(EO)2MA)	Sigma Aldrich	447927	188.2 g/mol, n=2 ethylene oxide repeat units
Oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA475)	Sigma Aldrich	447943	475 g/mol, n=8-9 ethylene oxide repeat units
Acrylic acid (AA), 99%	Sigma Aldrich	147230
Thioglycolic acid (TGA), 98%	Sigma Aldrich	T3758
Dioxane, 99%	Caledon Labs	360481
Nitrogen, UHP grade	Air Liquide	Alphagaz1 765A-44
Adipic acid dihydrazide (ADH), 98%	Alfa Aesar	A15119
N'-ethyl-N-(3- dimethylaminopropyl)-carbodiimide (EDC, x%)	Carbosynth	FD05800
Hydrochloric acid (HCl), 37%	Sigma Aldrich	320331
Sodium hydroxide (NaOH), 97%	Sigma Aldrich	221465
Aminoacetyl aldehyde dimethyl acetal, 99%	Sigma Aldrich	121967
4-Hydroxy-TEMPO, 97%	Sigma Aldrich	176141
Methacryloyl chloride,97x%	Sigma Aldrich	523216
Petroleum ether, 95%	Sigma Aldrich	32047
Magnesium sulfate, 99.5%	Sigma Aldrich	M7506
tert-Butyl methyl ether, >99.0%	Sigma Aldrich	443808
Phosphate buffered saline	BioShop	PBS405.1	1x, pH 7.3-7.5
N-isopropylacrylamide, 99%	J&K Scientific	258717	Recrystallized from 60% hexanes/40% toluene
Ethanol, anhydrous	Commerical Alchols	P016EAAN
Span 80	Sigma Aldrich	S6760
Heavy paraffin oil	Caledon Labs	1326197
Pentane, reagent grade	Caledon Labs	1/10/7800
Poly (ethylene oxide) average Mv 600,000	Sigma Aldrich	182028
Supplies essential for synthesis and hydrogel fabrication
Rotary evaporator	Heidolph	G3
Dialysis tubing (3500 Da molecular weight cut-off)	Spectrum Labs	28170-166	Vol/length= 6.4mL/cm
Double barrel syringe	Medmix	L series	L series, 2.5 mL, 1:1 volume ratio
Static mixer	Medmix	L series	L series, 2.5 mL, 1:1 volume ratio, 1.5" length
Silicone rubber sheet, 1/16" thickness	McMaster-Carr	9010K12, 30A Durometer (Super Soft)
Syringe pump	KD Scientific	KDS Legato 200	Infuse Only Dual Syringe Pump
High voltage power supply	Spellman	230-20R	0 to 20 kV
Microfluidic Chip Fabrication
Silicon wafer	University Wafer	2080	D = 76.2 mm; 380 µm thickness; P-doped; <100> orientation
SU-8 100	MicroChem	Y131273
SU-8 Developer	MicroChem	Y020100
Custom 2.5" spincoater	Built in-house	N/A
Mask Aligner	KARL SUSS	MJB3 UV400 (with a 276 W lamp)
Masterflex L/S 13 Silicone Tubing	Cole Parmer	OF-96400-13	Peroxide-cured
Dow Corning Sygard 184 Silicone Elastomer Base	Ellsworth Adhesives	4019862
Dow Corning Sygard 184 Silicone Elastomer Curing Agent	Ellsworth Adhesives	4019862
High Power Plasma Cleaner	Harrick	PDC-002-HP
Characterization Instruments
Mach 1 micromechanical tester	Biomomentum	LB007-EN
Cellstar tissue culture 12 well plate	Greiner Bio-one	665 180
Cell culture insert for 12 well plate	Corning	08-771-12	8 µm pore size
Optical microscope	Olympus BX51 optical microscope	BX51
Temperature-controlled microscope stage	Linkam Scientific	THMS600
Gel permeation chromatograph (GPC)	Waters	590 HPLC Pump	Waters Styragel columns (HR2, HR3, HR4; 30 cm x 7.8 mm (ID); 5 mm particles), Waters 410 refractive index detector
Dynamic light scattering (DLS)	Brookhaven	90Plus Particle Size Analyzer
Transmission electron microscopy (TEM)	TEMSCAN	JEOL 1200EX	Accelerating voltage 100 kV
Scanning electron microscopy (SEM)	Tescan	Vega II LSU	Accelerating voltage 10 kV
Microsquisher	CellScale Biomaterials Testing	MS-50M-01

Riferimenti

Heskins, M., Guillet, J. E. Solution Properties of Poly(N-isopropylacrylamide). J. Macromol. Sci. A. 2 (8), 1441-1455 (1968).
Lutz, J. -. F., Akdemir, &. #. 2. 1. 4. ;., Hoth, A. Point by Point Comparison of Two Thermosensitive Polymers Exhibiting a Similar LCST: Is the Age of Poly(NIPAM) Over. J. Am. Chem. Soc. 128 (40), 13046-13047 (2006).
Pelton, R. H., Chibante, P. Preparation of Aqueous Lattices with N-Isopropylacrylamide. Colloids Surf. 20 (3), 247-256 (1986).
Palasis, M., Gehrke, S. H. Permeability of Responsive Poly(N-Isopropylacrylamide) Gel to Solutes. J. Controlled Release. 18 (1), 1-11 (1992).
Kawaguchi, H., Fujimoto, K., Mizuhara, Y. Hydrogel Microspheres .3. Temperature-Dependent Adsorption of Proteins on Poly-N-Isopropylacrylamide Hydrogel Microspheres. Colloid Polym. Sci. 270 (1), 53-57 (1992).
Okuyama, Y., Yoshida, R., Sakai, K., Okano, T., Sakurai, Y. Swelling Controlled Zero-Order and Sigmoidal Drug-Release from Thermoresponsive Poly(N-Isopropylacrylamide-Co-Butyl Methacrylate) Hydrogel. J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 4 (5), 545-556 (1993).
Snowden, M. J. The Use of Poly(N-Isopropylacrylamide) Lattices as Novel Release Systems. J. Chem. Soc. – Chem. Comm. (11), 803-804 (1992).
Haraguchi, K., Takehisa, T., Ebato, M. Control of cell cultivation and cell sheet detachment on the surface of polymer/clay nanocomposite hydrogels. Biomacromolecules. 7 (11), 3267-3275 (2006).
Lee, B., et al. Initiated chemical vapor deposition of thermoresponsive poly(N-vinylcaprolactam) thin films for cell sheet engineering. Acta Biomater. 9 (8), 7691-7698 (2013).
Cole, M. A., Voelcker, N. H., Thissen, H., Griesser, H. J. Stimuli-responsive interfaces and systems for the control of protein-surface and cell-surface interactions. Biomaterials. 30 (9), 1827-1850 (2009).
Feil, H., Bae, Y. H., Feijen, J., Kim, S. W. Molecular Separation by Thermosensitive Hydrogel Membranes. J. Membrane Sci. 64 (3), 283-294 (1991).
Kim, J., Park, K. Smart hydrogels for bioseparation. Bioseparation. 7 (4-5), 177-184 (1998).
Yamashita, K., Nishimura, T., Nango, M. Preparation of IPN-type stimuli responsive heavy-metal-ion adsorbent gel. Polym. Adv. Tech. 14 (3-5), 189-194 (2003).
Ziolkowski, B., Czugala, M., Diamond, D. Integrating stimulus responsive materials and microfluidics: The key to next-generation chemical sensors. J. Intelligent Mater. Syst. Struct. 24 (18), 2221-2238 (2013).
Zhang, Y., Kato, S., Anazawa, T. A flap-type hydrogel actuator with fast responses to temperature. Smart Mater. Struct. 16 (6), 2175-2182 (2007).
Suzuki, D., Taniguchi, H., Yoshida, R. Autonomously Oscillating Viscosity in Microgel Dispersions. J. Am. Chem. Soc. 131 (34), 12058-12059 (2009).
Schild, H. G. Poly(N-isopropylacrylamide): Experiment, Theory and Application. Prog. Polym. Sci. 17, 163-249 (1992).
Oh, J. K., Min, K., Matyjaszewski, K. Preparation of poly (oligo (ethylene glycol) monomethyl ether methacrylate) by homogeneous aqueous AGET ATRP. Macromolecules. 39 (9), 3161-3167 (2006).
Vihola, H., Laukkanen, A., Tenhu, H., Hirvonen, J. Drug Release Characteristics of Physically Cross-Linked Thermosensitive Poly(N-vinylcaprolactam) Hydrogel Particles. J. Pharm. Sci. 97 (11), 4783-4793 (2008).
Zhang, L. F., Liang, Y., Meng, L. Z. Thermo-sensitive amphiphilic poly(N-vinylcaprolactam) copolymers: synthesis and solution properties. Polym. Adv. Tech. 21 (10), 720-725 (2010).
Smeets, N. M. B., Bakaic, E., Patenaude, M., Hoare, T. Injectable and tunable poly(ethylene glycol) analogue hydrogels based on poly(oligoethylene glycol methacrylate). Chem. Comm. 50 (25), 3306-3309 (2014).
Lutz, J. -. F. Polymerization of oligo (ethylene glycol)(meth) acrylates: toward new generations of smart biocompatible materials. J. Polym. Sci. A. 46 (11), 3459-3470 (2008).
Lutz, J. -. F., Hoth, A. Preparation of Ideal PEG Analogues with a Tunable Thermosensitivity by Controlled Radical Copolymerization of 2-(2-Methoxyethoxy)ethyl Methacrylate and Oligo(ethylene glycol) Methacrylate. Macromolecules. 39 (2), 893-896 (2006).
Patenaude, M., Campbell, S., Kinio, D., Hoare, T. Tuning Gelation Time and Morphology of Injectable Hydrogels Using Ketone-Hydrazide Cross-Linking. Biomacromolecules. 15 (3), 781-790 (2014).
Patenaude, M., Hoare, T. Injectable, Degradable Thermoresponsive Poly(N-isopropylacrylamide) Hydrogels. ACS Macro Lett. 1 (3), 409-413 (2012).
Patenaude, M., Hoare, T. Injectable, Mixed Natural-Synthetic Polymer Hydrogels with Modular Properties. Biomacromolecules. 13 (2), 369-378 (2012).
Smeets, N. M. B., Bakaic, E., Patenaude, M., Hoare, T. Injectable poly(oligoethylene glycol methacrylate)-based hydrogels with tunable phase transition behaviours: Physicochemical and biological responses. Acta Biomater. 10 (10), 4143-4155 (2014).
Sivakumaran, D., Mueller, E., Hoare, T. Temperature-Induced Assembly of Monodisperse, Covalently Cross-Linked, and Degradable Poly(N-isopropylacrylamide) Microgels Based on Oligomeric Precursors. Langmuir. 31, 5767-5778 (2015).
Bakaic, E., Smeets, N. M. B., Dorrington, H., Hoare, T. “Off-the-shelf” thermoresponsive hydrogel design: tuning hydrogel properties by mixing precursor polymers with different lower-critical solution temperatures. RSC Adv. 5 (42), 33364-33376 (2015).
Bulpitt, P., Aeschlimann, D. New strategy for chemical modification of hyaluronic acid: Preparation of functionalized derivatives and their use in the formation of novel biocompatible hydrogels. J. Biomed. Mater. Res. 47 (2), 152-169 (1999).
Kesselman, L. R. B., Shinwary, S., Selvaganapathy, P. R., Hoare, T. Synthesis of Monodisperse, Covalently Cross-Linked, Degradable “Smart” Microgels Using Microfluidics. Small. 8 (7), 1092-1098 (2012).
Sivakumaran, D., Mueller, E., Hoare, T. Microfluidic production of degradable thermoresponsive microgels based on poly(N-isopropylacrylamide). Soft Matter. , (2016).
Xu, F., Sheardown, H., Hoare, T. Reactive Electrospinning of Degradable Poly(oligoethylene glycol methacrylate)-Based Nanofibrous Hydrogel Networks. Chem. Comm. 52 (7), 1451-1454 (2016).
Troll, K., et al. The collapse transition of poly(styrene-b-(N-isopropyl acrylamide)) diblock copolymers in aqueous solution and in thin films. Colloid Polym. Sci. 286 (8), 1079-1092 (2008).
Patenaude, M., Campbell, S., Kinio, D., Hoare, T. Tuning Gelation Time and Morphology of Injectable Hydrogels Using Ketone-Hydrazide Cross-Linking. Biomacromolecules. 15 (3), 781-790 (2014).
Kelly, T. A., Felder, M. S., Ollar, R. A. Inducing Apoptosis in a Mammalian Cell by Contacting with Paraffin or Agar. US Patent. , (2001).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Citazione di questo articolo

Sivakumaran, D., Bakaic, E., Campbell, S. B., Xu, F., Mueller, E., Hoare, T. Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning. J. Vis. Exp. (134), e54502, doi:10.3791/54502 (2018).