Name: Superhydrophobes fabrication de matériaux polymères pour des applications biomédicales (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-08-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 22 s
Description: Découvrez la fabrication de matériaux polymères superhydrophobes pour applications biomédicales par électrofilage et électrospray. Cette méthode permet de contrôler la libération de médicaments.

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Le financement a été fourni en partie par BU et le NIH R01CA149561. Les auteurs souhaitent remercier l’équipe d’électrofilage/électropulvérisation, y compris Stefan Yohe, Eric Falde, Joseph Hersey et Julia Wang, pour leurs discussions utiles et leurs contributions à la préparation et à la caractérisation des biomatériaux superhydrophobes.

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

Notre approche de la construction à partir de polymères super-hydrophobes des matériaux biomédicaux combine la chimie des polymères synthétiques avec les techniques de traitement de polymère d&#39;électrofilage et électronébulisation. Ces techniques permettent soit de fibres ou de particules, respectivement. Plus précisément, polycaprolactone et poly (co -glycolide lactide) à base de matériaux superhydrophobes sont préparés en utilisant cette stratégie. En faisant varier la composition de copolymère hydrophobe,...

Superhydrophobes surfaces sont généralement classés comme présentant un contact de l&#39;eau apparente des angles supérieurs à 150 ° avec un faible angle de contact hystérésis. Ces surfaces sont fabriquées en introduisant haute rugosité de surface sur des matériaux à faible énergie de surface pour établir une interface air-liquide-solide résultant qui résiste mouillant 6.1. Selon le procédé de fabrication, les surfaces minces ou multicouches, multicouches superhydrophobes revêtements de substrat superhydrophobe, ou même en vrac structures super-hydrophobes peuvent être préparés. Cette répulsion de l&#39;eau permanente ou semi-permanente est une propriété utile qui est utilisé pour préparer des surfaces autonettoyantes 7, des dispositifs microfluidiques 8, anti-fouling surfaces cellulaire / protéines 9,10, surfaces de réduction de traînée 11, et des dispositifs d&#39;administration de médicaments 12- 15. Récemment, des matériaux superhydrophobes stimuli-sensibles sont décrits où le non-mouillée à l&#39;état mouillé est déclenchée par chimique, physiqueOu les indices environnementaux (par exemple, la lumière, pH, température, ultrasons, et appliquées potentiel électrique / courant) 14,16-20, et ces matériaux sont de trouver une utilisation pour des applications supplémentaires 21-25. Les premières surfaces super-hydrophobes synthétiques ont été préparés par le traitement de surfaces importantes avec methyldihalogenosilanes 26, et étaient d&#39;une valeur limitée pour des applications biomédicales, que les matériaux utilisés ne sont pas appropriés pour une utilisation in vivo. Ici, nous décrivons la préparation de surface et les matériaux en vrac à partir de super-hydrophobes des polymères biocompatibles. Notre approche implique électrofilage électronébulisation ou un mélange de polymères contenant un polyester aliphatique biodégradable et biocompatible comme composant majeur, dopé avec un copolymère hydrophobe comprenant le polyester et un poly (carbonate de glycérol) de stéarate de 27 à 30 modifié. Les techniques de fabrication permettent la rugosité de surface et la porosité accrue sur et dans le fibers ou les particules, respectivement, tandis que l&#39;utilisation d&#39;un dopant de copolymère fournit un polymère de faible énergie de surface qui se mélange avec le polyester de manière stable et peut être électrofilé ou électropulvérisée 27,31,32. Polyesters aliphatiques biodégradables tels que le poly (acide lactique) (PLA), poly (acide glycolique) (PGA), le poly (acide lactique co aux acides -glycolic) (PLGA), la polycaprolactone et (PCL) sont des polymères utilisés dans les dispositifs approuvés cliniquement et de premier plan dans la recherche biomédicale sur les matériaux en raison de leur non-toxicité, biodégradabilité, et la facilité de la synthèse 33. PGA et PLGA a fait ses débuts dans la clinique comme sutures biorésorbables dans les années 1960 et début des années 1970, respectivement 34-37. Depuis lors, ces poly (acides hydroxy) ont été transformés en une variété d&#39;autres facteurs de forme spécifiques à l&#39;application, tels que les micro- et nanoparticules 40,41 38,39, gaufrettes / disques 42, 27,43 mailles, des mousses 44, et 45 films </sup&gt;. Des polyesters aliphatiques, ainsi que d&#39;autres polymères d&#39;intérêt biomédical, peut être électrofilé pour produire des nano- ou microfibres mailles structures possédant une grande surface spécifique et de la porosité ainsi que la force de traction. Le tableau 1 énumère les polymères synthétiques électrofilées pour diverses applications biomédicales et leur correspondant références. Électrofilage et électronébulisation sont des techniques rapides et commercialement évolutives. Ces deux techniques reposent sur ​​l&#39;application similaires à haute tension (de répulsion électrostatique) à surmonter la tension superficielle d&#39;une solution de polymère / dissoudre dans une installation de pompe à seringue qu&#39;il est dirigé vers une cible mise à la terre 46,47. Lorsque cette technique est utilisée en combinaison avec des polymères à faible énergie de surface (polymères hydrophobes tels que le poly (le monostéarate de co caprolactone)), l&#39;exposition des matériaux superhydrophobicité résultant. Pour illustrer ce matériaux synthétiques et approche générale de traitementà la construction de matériaux polymères biomédicaux superhydrophobes partir, nous décrivons la synthèse de polycaprolactone- superhydrophobe et poly (co -glycolide lactide) à base de matériaux comme des exemples représentatifs. Le dopants de copolymères poly respectif (le monostéarate de co caprolactone) et le poly (le monostéarate de co lactide) sont d&#39;abord synthétisées, puis mélangé avec polycaprolactone et de poly (co -glycolide lactide), respectivement, et enfin électrofilées ou électropulvérisée. Les matériaux résultants sont caractérisés par imagerie SEM et l&#39;angle de contact goniométrie, et testés pour in vitro et in vivo biocompatibilité. Enfin, mouillant en vrac à travers les mailles superhydrophobes trois dimensions est examinée en utilisant contraste amélioré microtomographie.

<table><tbody><tr><td>Huile de silicone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>85409</td><td></td></tr><tr><td>Cis-2-Phényl-1,3-dioxan-5-ol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13468</td><td></td></tr><tr><td>Bromure de benzyle</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>B17905</td><td>Toxique, lacrymateur/irritant pour les yeux, utilisation dans une hotte chimique</td></tr><tr><td>Hydroxyde de potassium</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>221473</td><td>Corrosif</td></tr><tr><td>Évaporateur rotatif</td><td>Buchi</td><td>R-124</td><td></td></tr><tr><td>Pompe à vide poussé</td><td>Welch</td><td>8907</td><td></td></tr><tr><td>Azote, ultra haute pureté</td><td>Airgas</td><td>NI UHP300</td><td>Gaz comprimé</td></tr><tr><td>Tétrahydrofurane, stabilisé avec BHT</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>346000</td><td>Inflammable. Séché à travers une colonne de XXX</td></tr><tr><td>Dichlorométhane</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>313000</td><td>Inflammable, toxique.</td></tr><tr><td>Entonnoir séparateur (1 L)</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-678-606</td><td></td></tr><tr><td>Sulfate de sodium</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>239313</td><td></td></tr><tr><td>Éthanol, absolu</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>111USP200</td><td>Inflammable, toxique.</td></tr><tr><td>Entonnoir Buchner</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB-966-F</td><td></td></tr><tr><td>Méthanol</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>339000ACS</td><td>Inflammable, toxique.</td></tr><tr><td>L’acide chlorhydrique</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320331</td><td>corrosif. Dilué à 2N dans de l’eau distillée.</td></tr><tr><td>Chloroformiate d’éthyle, 97 %</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>185892</td><td>Toxique, inflammable, nocif pour l’environnement</td></tr><tr><td>Triéthylamine (anhydre)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>471283</td><td>Toxique, inflammable, nocif pour l’environnement</td></tr><tr><td>Éther diéthylique</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>373ANHACS</td><td>Hautement inflammable. Purifié par une colonne XXX.</td></tr><tr><td>3,6-diméthyl-1,4-dioxane-2,5-dione (D,L-lactide)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>303143</td><td></td></tr><tr><td>Étain (II) éthylhexanoate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S3252</td><td>Toxique.</td></tr><tr><td>&epsilon ;-caprolactone (97 %)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>704067</td><td></td></tr><tr><td>Toluène,</td><td>Sigma-Aldrich</td> anhydre <td>244511</td><td>Inflammable, toxique.</td></tr><tr><td>Seringue en verre</td><td>Hamilton Company</td><td>série 1700 Chloroforme</td><td></td></tr><tr><td>deutéré</td><td>Cambridge Isotopes Laboratories, Inc.</td><td>DLM-29-10</td><td>Instrument de</td></tr><tr><td>résonance magnétique nucléaire</td> toxique <td>Varian</td><td>V400</td><td></td></tr><tr><td>Catalyseur au palladium sur carbone</td><td>Strem Chemicals, Inc.</td><td>46-1707</td><td></td></tr><tr><td>Unité d’hydrogénation</td><td>Parr</td><td>3911</td><td></td></tr><tr><td>Agitateur d’hydrogénateur</td><td>Parr</td><td>66CA</td><td></td></tr><tr><td>Hydrogène</td><td>Airgas</td><td>HY HP300</td><td>Hautement inflammable.</td></tr><tr><td>Terre de diatomées</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>22140</td><td></td></tr><tr><td>2H,2H,3H,3H-acide perflurononanoïque</td><td>Oakwood Products, Inc.</td><td>10519</td><td>Toxique.</td></tr><tr><td>Acide stéarique</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S4751</td><td></td></tr><tr><td>N,N'-dicyclohexylcarbodiimide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D80002</td><td>Toxique, irritant.</td></tr><tr><td>4-(diméthylamino) pyridine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>107700</td><td>Toxique.</td></tr><tr><td>Hexanes</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>359000ACS</td><td>Toxique, inflammable.</td></tr><tr><td>Système de chromatographie par perméation de gel (GPC)</td><td>Rainin</td><td></td><td></td></tr><tr><td>GPC</td><td>Colonne Waters</td><td>WAT044228</td><td></td></tr><tr><td>Calorimètre différentiel à balayage</td><td>TA Instruments</td><td>Q100</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>309000ACS</td><td>Toxic.</td></tr><tr><td>N,N-diméthylformamide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>227056</td><td>Toxique, inflammable.</td></tr><tr><td>Polycaprolactone, MW 70-90 kg/mol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>440744</td><td></td></tr><tr><td>Poly(lactide-co-glycolide), MW 136 kg/mol</td><td>Evonik Industries</td><td>LP-712</td><td></td></tr><tr><td>Seringue en verre 10 ml</td><td>Hamilton Company</td><td>81620</td><td></td></tr><tr><td>18 AWG aiguille émoussée BRICO</td><td>Medical Supplies</td><td>BN1815</td><td></td></tr><tr><td>Boîte de boîtier électrospinner</td><td>Construit sur mesure</td><td>N/A</td><td>Fabriqué en panneaux acryliques</td></tr><tr><td>Alimentation CC haute tension</td><td>Glassman High Voltage, Inc.</td><td>PS/EL30R01.5</td><td>Hautes tensions, risque d’électrocution</td></tr><tr><td>Étage linéaire (de translation) Servo</td><td>Systems Co.</td><td>LPS-12-20-0.2</td><td></td></tr><tr><td>Moteur programmable et alimentation</td> en option <td>Intelligent Motion Systems, Inc.</td><td>MDrive23 Plus</td><td></td></tr><tr><td>Moteur et alimentation 24V DC</td><td>en option McMaster-Carr</td><td>6331K32</td><td>En option</td></tr><tr><td>Tambour collecteur en aluminium</td><td></td><td></td> Pompe à seringue sur <td></td> mesure</tr><tr><td></td><td>Fisher Scientific</td><td>78-0100I</td><td></td></tr><tr><td>Microscope optique inversé</td><td>Olympus</td><td>IX70</td><td></td></tr><tr><td>Microscope électronique à balayage</td><td>Carl Zeiss</td><td>Supra V55</td><td></td></tr><tr><td>Ruban de cuivre conducteur</td><td>3M</td><td>16072</td><td></td></tr><tr><td>Aluminium MEB stubs</td><td>Microscopie électronique Sciences</td><td>75200</td><td></td></tr><tr><td>Goniomètre d’angle de contact</td><td>Kruss</td><td>DSA100</td><td></td></tr><tr><td>Propylène glycol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>W294004</td><td>Toxique.</td></tr><tr><td>L’éthylène glycol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>324558</td><td>toxique.</td></tr><tr><td>Ioxaglate</td><td>Guerbet</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sérum fœtal bovin</td><td>American Type Culture Collection</td><td>30-2020</td><td></td></tr><tr><td>Instrument de micro-tomographie</td> assistée par ordinateur <td>Scanco</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Logiciel d’analyse d’images (Analyze)</td><td>Mayo Clinic</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Testeur de traction</td><td>Instron</td><td>5848</td><td></td></tr><tr><td>Micromètre</td><td>Multitoyo</td><td>293-340</td><td></td></tr><tr><td>Étriers</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-648-17</td><td></td></tr></tbody></table>

superhydrophobes fabrication de matériaux polymères pour des applications biomédicales

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Superhydrophobes matériaux, avec des surfaces possédant des Etats non-permanents mouillée ou métastables, sont d&#39;intérêt pour un certain nombre d&#39;applications biomédicales et industrielles. Ici, nous décrivons comment électrofilage électronébulisation ou un mélange de polymère biodégradable contenant un polyester aliphatique biocompatible (par exemple, la polycaprolactone et le poly (lactide-co -glycolide)), en tant que composant majeur, dopé avec un copolymère hydrophobe comprenant le polyester et une stearate- poly modifié (carbonate de glycérol) offre un biomatériau superhydrophobe. Les techniques de fabrication d&#39;électrofilage ou électronébulisation fournissent la rugosité de surface améliorée et la porosité à l&#39;intérieur et sur les fibres ou les particules, respectivement. L&#39;utilisation d&#39;un copolymère dopant à faible énergie de surface qui se mélange avec le polyester de manière stable et peut être électrofilé ou électropulvérisée donne ces matériaux super-hydrophobes. Les paramètres importants tels que la taille des fibres, la composition de copolymère de dopant et / ou concentration, et leurs effets sur la mouillabilité sont discutés. Cette combinaison de la chimie des polymères et de l&#39;ingénierie de procédé permet une approche polyvalente pour développer des matériaux spécifiques à l&#39;application en utilisant des techniques évolutives, qui sont susceptibles généralisables à une catégorie plus large de polymères pour une variété d&#39;applications.

Grâce à une série de transformations chimiques, la 2-one 5-benzyloxy-1,3-dioxan-monomère carbonate fonctionnel est synthétisée sous forme d&#39;un solide cristallin blanc (Figure 1A). RMN 1 H confirme la structure (figure 1B) et la spectrométrie de masse et analyse élémentaire confirme la composition. Ce solide est ensuite copolymérisé avec soit D, L-lactide ou ε-caprolactone en utilisant un anneau réaction d&#39;ouverture d&#39;étain catalysée à 140 ° C. Après purif...

Les matériaux polymères superhydrophobes bidimensionnels et tridimensionnels sont préparés par électrofilage ou électropulvérisation de polymères biodégradables mélangés à un polymère à énergie de surface inférieure de composition similaire.

Superhydrophobes fabrication de matériaux polymères pour des applications biomédicales

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

Le but global de l'expérience suivante est de fabriquer des treillis fibreux biodégradables ainsi que des revêtements de nanoparticules ou microparticules à partir de mélanges de polymères biomédicaux, et de régler l'hydrophilie de ces matériaux en faisant varier le mélange de copolymères. Cette approche consiste d'abord à synthétiser des copolymères fonctionnalisables par polymérisation par ouverture de cycle, puis à greffer des chaînes d'hydrocarbure C18. Dans un second temps, les copolymères sont dissous conjointement avec du polycaprolactone ou du lactide coglycoside dans un solvant organique, puis soumis à électrofilage ou électrospray, ce qui donne respectivement des treillis tridimensionnels de microfibres ou des revêtements de nanoparticules/microparticules.Des études de tensiométrie par angle de contact sont ensuite réalisées sur les mailles et les revêtements afin de comprendre comment le diamètre des fibres, la composition du copolymère et la composition du mélange influencent l'hydrophilie de surface et conduisent à des biomatériaux superhydrophobes. Les résultats montrent que l'hydrophobicité augmente avec la concentration du copolymère dans le mélange électrosfilé, co

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