Synthese von Poly (

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments besteht darin, Janus-Mikrohydrogele herzustellen, die aus dem gleichen Grundmaterial bestehen, eine isotrope Thermoempfindlichkeit aufweisen und sowohl organophile als auch hydrophile Beladungsfähigkeit besitzen, unter Verwendung der flüssig-flüssig-Phasenseparation eines übersättigten N-Isopropylacrylamid-Monomers. Masote kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Tropfenabgabesysteme zu beantworten, insbesondere bei der Entwicklung fortschrittlicher Trocharia, die eine hydrophile/organophile Kraftstoffaufnahmefähigkeit innerhalb eines einzelnen Partikels erfordern. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens liegt darin, monodisperse Janus-Mikrohydrogele mit klar kompartimentierter Inneren Morphologie herzustellen und die Größe der Janus-Mikrohydrogele mithilfe einer mikrofluidischen Vorrichtung zu modulieren.

Die Demonstration des Verfahrens wird von meinen Doktoranden Kyoung Duck Seo und Andrew Choi durchgeführt. Verwenden Sie den gemäß dem Textprotokoll hergestellten strukturierten Wafer als Urform für den PDMS-Abguss. Mischen Sie das PDMS-Präpolymer und das Härtemittel homogen im Gewichtsverhältnis von 10 zu 1.

Beispielsweise ein Gramm Härter pro 10 Gramm PDMS-Prepolymer verwenden. Das PDMS-Prepolymer in die Urform gießen und eine Stunde lang in einer Vakuumkammer entgasen. Anschließend die Urform mit dem PDMS-Prepolymer drei Stunden lang bei 65 Grad Celsius in einen Ofen stellen.

Schneiden Sie das ausgehärtete PDMS mit einem scharfen Skalpell auf die Größe eines einzelnen Chips zu. Lösen Sie das ausgehärtete PDMS-Abbild vorsichtig per Hand von der Negativform. Stanzen Sie Einlass- und Auslassöffnungen in eine der Replicas, indem Sie einen Locher mit einem leicht kleineren Durchmesser als den Außendurchmesser der Anschlussleitung verwenden.

Danach Luftplasmabehandlung auf den Bonding-Bereich jedes Abdrucks mit einem Corona-Behandler anwenden. Fünf Mikroliter Methanol auf die mit Luftplasma behandelten Stellen tropfen. Schließlich zwei identische PDMS-Abdrücke durch manuelle Handhabung ausrichten, um die HFMD herzustellen.

Und überprüfen Sie die Ausrichtung mithilfe eines Mikroskops. Stellen Sie die HFMD über Nacht in einen Ofen, der auf 65 Grad Celsius eingestellt ist, um die Bindung zwischen den beiden PDMS-Abgüssen zu verstärken. Lösen Sie das NIPAAm-Monomer in entionisiertem Wasser im Gewichtsverhältnis eins zu eins unter Verwendung eines Vortex-Mischers auf.

Zum Beispiel lösen Sie 10 Gramm NIPAAm in 10 Milliliter entionisiertem Wasser auf. Lassen Sie die Monomerlösung mindestens 15 Minuten lang in vertikaler Position bei Raumtemperatur ruhen. Sobald die Grenzfläche zwischen den beiden Phasen klar wird, entnehmen Sie vorsichtig mit einer Pipette zwei Milliliter Monomerlösung aus der N-reichen und der N-armen Phase, ohne die Grenzfläche zu stören.

Fügen Sie anschließend vier Milligramm MBAAm zu den extrahierten N-reichen und N-armen Monomerlösungen als Vernetzer hinzu. Danach geben Sie vier Milligramm des Photoinitiators zu den Lösungen, um die Kernflüssigkeiten eins und zwei für die Probe mit niedriger Vernetzerkonzentration vorzubereiten. Lösen Sie abschließend 10 Gewichtsprozent Öltensid in Mineralöl, um die Mantelflüssigkeit herzustellen.

Geben Sie jeweils zwei Milliliter der Kerntaschenflüssigkeiten eins und zwei sowie der Mantelflüssigkeit in drei separate Drei-Milliliter-Spritzen. Befestigen Sie die Spritzen an den Spritzenpumpen und verbinden Sie jede Spritze über Schläuche mit dem entsprechenden Fluidzulauf des HFMD. Verbinden Sie den Fluidauslass des HFMD über Schläuche mit einem Sammelbehälter.

Stellen Sie die Spritzenpumpen so ein, dass sie den Kernfluidstrom 1 und 2 mit einer Geschwindigkeit von zwei Mikrolitern pro Minute zuführen, und das Mantelfluid mit 10 Mikrolitern pro Minute. Positionieren Sie anschließend die UV-Lichtquelle senkrecht etwa einen Zentimeter vom Sammelreservoir entfernt.

Schalten Sie die UV-Lichtquelle ein und überwachen Sie visuell die kontinuierliche Herstellung der Janus-Mikrohydrogele. Sammeln Sie die hergestellten Janus-Mikrohydrogele in einem kegelförmigen Reagenzglas und waschen Sie sie mit Isopropylalkohol. Anschließend zentrifugieren Sie das kegelförmige Reagenzglas, um die Mikrohydrogele abzusetzen.

Wiederholen Sie den Zentrifugationsschritt unter Verwendung von entionisiertem Wasser mit dem Wassertensid, um den verbliebenen Isopropylalkohol um die Janus-Mikrohydrogele zu entfernen. Lagern Sie vollständig gewaschene Janus-Mikrohydrogele in einem 10-Milliliter-Fläschchen, das entionisiertes Wasser enthält. Verwenden Sie eine Pipette, um die synthetisierten Janus-Mikrohydrogele in eine 24-Well-Platte einzubringen.

Lassen Sie die Hydrogele 15 Sekunden lang ruhen, bis sich eine monomolekulare Schicht an der Bodenfläche der Vertiefung gebildet hat. Erstellen Sie ein Bild des Janus-Mikrohydrogels bei 24 Grad Celsius mithilfe eines aufrechten optischen Mikroskops mit einem 5x-Objektiv. Platzieren Sie ein thermoelektrisches Modul unter die Mikrotiterplatte und regeln Sie die Spannung dieses Moduls, um die Temperatur der Lösung, die die Janus-Mikrohydrogele enthält, auf 32 Grad Celsius zu erhöhen.

Erhalten Sie erneut ein Bild des Janus-Mikrohydrogels bei 32 Grad Celsius mithilfe eines aufrechten optischen Mikroskops mit einem 5x-Objektiv. Messen Sie anhand der 25 Bilder verschiedener Janus-Mikrohydrogels bei 24 und 32 Grad Celsius den Radius der polymerisierten Phasen pN-reich und pN-arm unter Verwendung einer Bildanalyse-Software gemäß den Herstelleranweisungen. Hier gezeigt ist das schematische Diagramm der HFMD zur Erzeugung von Janus-Mikrotropfen.

Die N-reichen und N-armen Lösungen werden präzise in die HFMD injiziert und am Auslass durch die Umhüllungsflüssigkeit aus Mineralöl in Mikrotropfen zerlegt. Die durch HFMD gewonnenen Janus-Mikrotropfen weisen unterschiedliche Volumenverhältnisse von N-reicher und N-armer Lösung auf, wie hier gezeigt. Das Volumenverhältnis der N-reichen und N-armen Lösung, aus der die Mikrohydrogele bestehen, wird durch die Änderung der Durchflussrate jeder Lösung gesteuert.

Hier werden schematische Darstellungen und optische Mikroaufnahmen von Janus-Mikrotropfen und Mikrohydrogelen gezeigt, die auf Umwelt- und Temperaturänderungen reagieren. Zur Quantifizierung der thermoresponsiven Eigenschaften wurde der Radius der Janus-Mikrotropfen und Mikrohydrogele gemessen und zeigte ein anisotropes, thermoresponsives Verhalten, das auf den Unterschieden in der NIPAAm-Monomerkonzentration zwischen nP-reich und nP-arm bedingt ist. Die organophilen/hydrophilen Ladeeigenschaften dieser Mikrohydrogele zeigen sich darin, dass fettlösliche Farbstoffe stark dazu neigen, in der nP-reichen Lösung zu lösen.

Während wasserlösliche Farbstoffe darin bevorzugen, sich in der N-armen Lösung aufzulösen, werden schließlich Janus-Mikrohydrogele mit hydrophiler/organophiler Doppelladekapazität innerhalb eines einzelnen Partikels hergestellt. Sobald die Technik beherrscht ist, kann sie bei sachgemäßer Vorbereitung in 40 Minuten durchgeführt werden.

Während des Durchführens dieses Verfahrens ist es wichtig, die Umgebungsbedingungen, insbesondere die Temperatur, beizubehalten, da hochkonzentrierte NIPAAm-Lösungen unterhalb von 25 Grad Celsius kristallisieren. Nach ihrer Entwicklung wird diese Technik den Forschern auf dem Gebiet der Arzneimitteldelivery-Systeme den Weg ebnen, funktionelle Mikrohydrogele zu entwickeln, die die Freisetzungsrate von Wirkstoffen steuern und Mehrfachwirkstoffe ohne Kreuzkontamination einschließen können. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Janus-Mikrohydrogele herstellt, die aus dem Grundmaterial Poly-NIPAAm bestehen.