Name: Sintesi di Poly ( N -isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels per anisotropico Thermo-reattività e organofile / idrofilo Caricamento Capability (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: Scopri la sintesi di microidrogel Janus con PNIPAAm per applicazioni di drug delivery. Questo metodo sfrutta la separazione liquido-liquido per ottenere microidrogel termo-reattivi con capacità di carico idrofilo e organofilo.

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Questo lavoro è stato supportato dalla sovvenzione della National Research Foundation of Korea (NRF) finanziata dal governo coreano (MSIP (Nos. 2014R1A2A1A01006527 e 2011-0030075).

1. Realizzazione di uno stampo master per la focalizzazione idrodinamica dispositivo a microfluidi (HFMD) attraverso la fotolitografia <ol><li> Progettare una fotomaschera per il HFMD (Figura 1a) utilizzando il software di progettazione assistita da computer (CAD) secondo il protocollo del produttore. </li><li> Risciacquare una fetta 4 &#39;silicio con acetone, alcol isopropilico (IPA), e acqua deionizzata (DI) per rimuovere la polvere organica e inorganica dal wafer. </li><li> Pulire il wafer di silicio con O 2 al plasma a 100 W di potenza per 5 minuti per aumentare la forza di legame tra il wafer e SU-8. </li><li> Spin-coat 4 ml del fotoresist negativo, SU-8 2150, sul wafer a 3.000 rpm per 30 sec per ottenere uno spessore di 150 micron (b1 nella Figura 1b). </li><li> Posizionare il wafer rivestito SU-8 su una piastra per 5 min a 65 ° C, impostare la temperatura a 95 ° C, quindi lasciare il wafer sulla piastra per 30 minuti per cuocere morbido. </li><li> Posiziona ilprogettata photomask sopra il wafer ed esporre alla luce UV (260 mJ cm -2, 26 sec per 10 mW cm -2) in un allineatore maschera (b2 nella Figura 1b). </li><li> Eseguire post-esposizione cottura su una piastra (65 ° C per 5 minuti e poi 95 ° C per 12 min). </li><li> Sviluppare il wafer mediante immersione in un bagno di sviluppo SU-8 per 10 minuti, e poi trasferisce in sviluppatore fresco per 5 secondi per ottenere una superficie pulita. </li><li> Lavare il wafer per 20 secondi con acqua deionizzata e asciugare per 10 sec con N 2 gas (b3 in figura 1b). Utilizzare il wafer fabbricati come uno stampo master per polidimetilsilossano (PDMS) fusione nella sezione 2. </li></ol> 2. Realizzazione della HFMD attraverso PDMS Casting <ol><li> Utilizzare il wafer modellato ottenuto nella sezione 1, come lo stampo PDMS master per fusione. </li><li> Mescolare il PDMS pre-polimero e un agente indurente omogeneamente in un rapporto in peso di 10: 1; per esempio, usare 1 g di induritore per 10 g di PDMS pre-polimeri eER. </li><li> Versare il PDMS pre-polimero nello stampo master e degassare per 1 ora in una camera a vuoto (b4 nella Figura 1b). </li><li> Posizionare lo stampo master con il PDMS pre-polimero in un forno a 65 ° C per 3 ore. </li><li> Tagliare il PDMS vulcanizzati nella dimensione di un singolo chip utilizzando un bisturi affilato. sbucciare con cautela la replica PDMS curato dallo stampo maestro a mano. </li><li> Ripetere i punti da 2.2 a 2.5 per ottenere un identico PDMS replica. </li><li> Punzone ingresso e uscita fori in una delle repliche utilizzando un foro-perforatore con un diametro leggermente inferiore al diametro esterno del tubo di collegamento. </li><li> Applicare trattamento al plasma aria alla zona di incollaggio di ciascuna replica con un trattamento corona. 34 Attenzione: Utilizzare il trattamento corona in una zona con una buona ventilazione per evitare l&#39;accumulo di ozono. </li><li> Goccia 5 ml di metanolo sulle zone plasma trattati aria. Finemente allineare due PDMS identici repliche per fabbricare la HFMD per mano alla manipolazione<html> mento, e verificare l&#39;allineamento tramite un microscopio (b5 nella figura 1b). Nota: il plasma trattato con repliche PDMS aria sono piuttosto appiccicoso e difficile da manipolare. Così, 5 ml di metanolo vengono aggiunti alla superficie plasma aria trattata per funzionare come lubrificante. </li><li> Posizionare il HFMD in forno a 65 ° C per una notte per rafforzare il legame tra due repliche PDMS (b6 nella Figura 1b). Legame due identiche PDMS repliche per aumentare l&#39;altezza del microcanale del HFMD ed evitare l&#39;intasamento del microgoccioline nel canale microfluidico durante il funzionamento. </li></ol><img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52813/52813fig1.jpg" /> Figura 1: Panoramica sulla procedura di HFMD Fabrication (a) i parametri di progettazione del fotomaschera per la HFMD.. (B) Illustrazione del procedimento di fabbricazione per la HFMD.ftp_upload / 52813 / 52813fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. 3. Preparazione di NIPAAm-ricchi (N-ricchi) e NIPAAm-poveri (N-poveri) Fasi di fase di separazione di Supersaturated NIPAAm <ol><li> Sciogliere NIPAAm monomero in acqua deionizzata con rapporto p / w di 1: 1 utilizzando un vortex; per esempio, sciogliere 10 g di NIPAAm in 10 ml di acqua deionizzata (prima immagine di figura 2a). Nota: Una volta che il monomero NIPAAm è completamente sciolto a temperatura ambiente, la soluzione appare torbida (seconda immagine di figura 2a). Questo fenomeno è il primo cue è verificato con successo che solubilità indotta fase di separazione del sovrasatura monomero NIPAAm. </li><li> Lasciare la soluzione monomero di riposare in posizione verticale a temperatura ambiente per almeno 15 min. La fase superiore è la fase N-ricco, e la fase più densa inferiore è la fase di N-poveri (terza immagine di figura 2a). Le densità dei thfasi e N-ricchi e N-poveri sono 0,93 ± 0,01 e 0,99 ± 0,01 g cm -3, rispettivamente. 15 </li><li> Quando l&#39;interfaccia che separa le due fasi diventa chiaro, estrarre con attenzione 2 ml di soluzione di monomero dalle fasi N-ricchi e N-poveri senza disturbare questa interfaccia utilizzando una pipetta. </li><li> Aggiungere 4 mg di N, N &#39;-methylenebisacrylamide (MBAAm) come reticolante e 4 mg di 4- (2-idrossietossi) fenil (2-idrossi-2-propil) chetone come fotoiniziatore alla estratta N-ricco e N -poor soluzioni monomero per preparare fluidi di base 1 e 2 per la bassa concentrazione di reticolante (2 mg ml -1) del campione (B1 e B2 nella Figura 2b). </li><li> Ripetere precedente Fase 3.3 e aggiungere 80 mg di MBAAm e 4 mg di 4- (2-idrossietossi) fenil (2-idrossi-2-propil) chetone in ciascun estratto soluzione N-ricco e N-poveri monomero per preparare fluidi di base 1 e 2 per l&#39;alta concentrazione di reticolante (40 mg ml -1) del campione (b3 e b4 in Figure 2b). </li><li> Sciogliere 10% in peso di tensioattivo olio in olio minerale per preparare il liquido guaina (b5 nella Figura 2b). </li></ol><img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/52813/52813fig2.jpg" /> Figura 2:. Preparazione dei Materiali per Janus Microhydrogel Synthesis (a) Preparazione di soluzioni N-ricchi e N-poveri monomero mediante separazione di fase di supersaturated NIPAAm. (B) i dettagli dei materiali e setup sperimentale utilizzato nel protocollo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52813/52813fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> 4. Sintesi di Giano Microhydrogels Uso del HFMD <ol><li> Carico 2 ml di fluidi fondamentali 1 e 2 (b1, b2 B3 o, b4 in Fi gura 2b) e il liquido guaina (b5 nella Figura 2b) in tre separati 3 ml siringhe. </li&gt; <li> Montare le siringhe nelle pompe a siringa e collegare ciascuna siringa all&#39;ingresso del fluido appropriato del HFMD utilizzano tubi (figura (b). Usare tubo per collegare l&#39;uscita del fluido della HFMD ad un serbatoio di raccolta. </li><li> Impostare le pompe siringa e infondere fluidi di base 1 e 2 e del liquido guaina a portate di 2, 2, e 10 min -1 ml, rispettivamente. </li><li> (Opzionale) Tune la portata di fluidi fondamentali 1 e 2 per regolare i rapporti volumetrici relative di ciascun lato del microdroplet Janus. </li><li> Posizionare la sorgente di luce UV perpendicolarmente a circa 1 cm dal serbatoio di raccolta. Accendere la sorgente di luce UV e monitorare visivamente la produzione continua di microhydrogels Janus. Attenzione: L&#39;uso UV di protezione-occhiali durante il monitoraggio della produzione microhydrogel. </li><li> Raccogliere le microhydrogels Janus fabbricate in un tubo conico e lavare utilizzando IPA. Poi, centrifugare il tubo conico (780 g per 5 minuti) per risolvere lamicrohydrogels. </li><li> Ripetere il punto 4.6 più volte per rimuovere l&#39;olio minerale che circonda completamente il microhydrogels Janus. </li><li> Ripetere il punto 4.6 ma usare acqua DI con un tensioattivo acqua 0,005% (v / v) invece di IPA per rimuovere il residuo IPA intorno alle microhydrogels Janus. </li><li> Conservare microhydrogels Janus completamente lavati in un flaconcino da 10 ml di acqua contenente DI. </li></ol> 5. Analisi della anisotropico Thermo-reattività di Giano Microhydrogels <ol><li> Utilizzare una pipetta per posizionare microhydrogels Janus sintetizzati dalla sezione 4 in una piastra da 24 pozzetti. Lasciare le microhydrogels di stabilirsi per 15 sec fino ad un monostrato viene formato sulla superficie inferiore del pozzetto. </li><li> Ottenere un&#39;immagine del microhydrogel Janus a 24 ° C utilizzando un microscopio ottico verticale con una lente obiettivo 5X. </li><li> Impostare un modulo termoelettrico sotto la piastra bene e controllare la tensione di questo modulo per aumentare la temperatura della soluzione contenente Janus microidrogel a 32 ° C. </li><li> Ottenere un&#39;immagine del microhydrogel Janus a 32 ° C una volta utilizzando un microscopio ottico verticale con una lente obiettivo 5X. </li><li> Ripetere i punti 5.2-5.4 24 volte, avendo cura di scegliere un diverso microhydrogel Janus per l&#39;analisi statistica. </li><li> Dalle 25 immagini di diversi microhydrogels Janus a 24 e 32 ° C, misurare il raggio delle parti PN-ricchi e PN-poveri del microhydrogels Janus utilizzando il software di analisi di immagine in base alle istruzioni del produttore. </li></ol>

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<li>Nisisako, T., Torii, T., Takahashi, T., Takizawa, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+monodisperse+bicolored+Janus+particles+with+electrical+anisotropy+using+a+microfluidic+co-flow+system%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Synthesis of monodisperse bicolored Janus particles with electrical anisotropy using a microfluidic co-flow system.</a> Adv. Mater. 18 (9), 1152-1156 (2006).</li>
<li>Seiffert, S., Romanowsky, M. B., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Janus+microgels+produced+from+functional+precursor+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Janus microgels produced from functional precursor polymers.</a> Langmuir. 26 (18), 14842-14847 (2010).</li>
<li>Peppas, N. A., Hilt, J. Z., Khademhosseini, A., Langer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogels+in+biology+and+medicine%3A+from+molecular+principles+to+bionanotechnology%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Hydrogels in biology and medicine: from molecular principles to bionanotechnology.</a> Adv. Mater. 18 (11), 1345-1360 (2006).</li>
</ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Due materiali di base immiscibili sono generalmente utilizzati per sintetizzare le microhydrogels Janus. Fino a poco tempo, microhydrogels Janus costituiti dello stesso materiale di base sono stati segnalati raramente e le microhydrogels Janus riportati non hanno una chiara morfologia interna a causa del disturbo causato dal miscibilità dei materiali che lo compongono. 35, 36 In questo protocollo, dimostriamo un metodo per sintetizzare microhydrogels Janus interamente composti da materiale di base singola, PN...

Gli idrogel sono una rete di catene polimeriche idrofile. 1 Una crescente quantità di ricerche nel campo degli idrogel ha promosso progressi significativi e ha rivelato la loro somiglianza con i tessuti biologici; Le proprietà degli idrogel consentono l'assorbimento di grandi quantità di acqua mantenendo la loro struttura. Anche gli idrogel sensibili all'ambiente sono stati ampiamente studiati a causa della loro capacità di gonfiarsi o restringersi in modo reversibile in risposta a stimoli esterni. 2 Diversi fattori scatenanti, tra cui temperatura,3-5 pH,6,7 luce,8,9 campi elettrici,10,11 e molecole specifiche, come il glucosio,12,13 sono stati suggeriti per controllare la forma geometrica degli idrogel. Tra i molti idrogel sensibili all'ambiente attualmente disponibili, il poli(N-isopropilacrilammide) (PNIPAAm), un noto idrogel termoreattivo, mostra un restringimento di volume al di sopra di una bassa temperatura critica della soluzione (LCST) di 32 °C.14 Un recente studio di Sasaki et al. 15 hanno riportato l'intrigante separazione di fase liquido-liquido di NIPAAm supersaturo, che è il monomero di PNIPAAm. Secondo questo rapporto, il NIPAAm supersaturo è stato disciolto con un eccesso molare di 10 volte di H2O e, subito dopo, la soluzione si è separata in due fasi liquide quando consente di riposare a una temperatura superiore a 25 °C; al contrario, il NIPAAm diluito è stato disciolto in modo omogeneo nelle stesse condizioni.
Le microparticelle fatte di idrogel sensibili all'ambiente sono candidati affascinanti per l'applicazione nella somministrazione di farmaci,16,17 catalisi,18 rilevamento,19,20 e fotonica. 21 I metodi sintetici tradizionali, compresa la polimerizzazione in emulsione, vengono utilizzati per produrre microparticelle di idrogel con polidispersione. 22,23 Tuttavia, alcune applicazioni richiedono microparticelle con una distribuzione dimensionale stretta, ad esempio, per stabilizzare la farmacocinetica della somministrazione dei farmaci. 24 Microparticelle emboliche di forma irregolare o polidisperse si aggregano prossimalmente in cluster, portando a risposte infiammatorie croniche nelle particelle emboliche per il trattamento terapeutico del cancro. 25,26
L'approccio microfluidico è in prima linea nella ricerca come mezzo per fabbricare particelle di dimensioni micro con distribuzioni dimensionali strette e forme complesse. 27-31 I vantaggi della fabbricazione di microparticelle nel dispositivo microfluidico sono predicati dalla piccola lunghezza caratteristica del dispositivo microfluidico, che si traduce in un basso numero di Reynolds. A differenza della tradizionale emulsione di massa, in cui le gocce si formano in parallelo, le microgoccioline prodotte nei dispositivi microfluidici vengono generate in serie e successivamente polimerizzate in microparticelle dopo l'esposizione all'irradiazione UV. Il principio fondamentale della formazione di goccioline utilizzando un dispositivo microfluidico è l'equilibrio tra la tensione interfacciale e la forza di taglio del fluido della guaina che agisce sul fluido centrale. 
Nonostante gli evidenti vantaggi della fabbricazione microfluidica di goccioline/particelle, le goccioline/particelle di Janus costituite dallo stesso materiale di base sono raramente riportate perché la morfologia interna di queste goccioline/particelle è generalmente disturbata dalla diffusione e dalla perturbazione dei fluidi del nucleo. Per aggirare questa limitazione intrinseca, due gruppi hanno recentemente riportato la preparazione delle microparticelle Janus impiegando la separazione di fase indotta dal calore di nanoparticelle colloidali e la separazione di fase diretta dai raggi UV. 32,33
A tal fine, riportiamo un approccio microfluidico per sintetizzare i microidrogel di Janus interamente composti da un unico materiale di base e ottenere un prodotto con morfologia chiaramente compartimentata. Il nostro approccio si basa sul concetto primario della separazione di fase liquido-liquido del monomero NIPAAm supersaturo. Si è scoperto che i microidrogel Janus risultanti possiedono proprietà uniche, tra cui la termoreattività anisotropa e la capacità di carico organofilo/idrofilo.

<table><tbody><tr><td>Wafer di silicio</td><td>LG Siltron</td><td>4",</td><td>Wafer di prova per la fabbricazione di stampi master</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Samchun Pure Chemical</td><td>A0097</td><td>Pulizia wafer di silicio</td></tr><tr><td>Alcool isopropilico (IPA)</td> <td>Daejung Chemicals & Metalli</td><td>5035-4404</td><td>Pulizia wafer di silicio</td></tr><tr><td>Sistema di purificazione dell'acqua</td><td>Merck Millipore</td><td>EMD Millipore RIOs Essential 5</td><td>Preparazione di acqua deionizzata</td></tr><tr><td>O2 macchina al plasma</td><td>Femto Science</td><td>VITA-A</td><td>Pulizia wafer di silicio</td></tr><tr><td>SU-8 2150</td><td>MicroChem</td><td>Y111077 0500L1GL</td><td>Photoresist per la fabbricazione di stampi master</td></tr><tr><td>Piastra riscaldante</td><td>Misung Scientific</td><td>HP330D, HP150D</td><td>Cottura SU-8</td></tr><tr><td>Sviluppatore SU-8</td><td>Microchem</td><td>Y020100 4000L1PE</td><td>Sviluppo SU-8</td></tr><tr><td>Maschera sistema di allineamento per fotolitografia</td><td>Shinu Mst Co.</td><td>CA-6M</td><td>Fotolitografia</td></tr><tr><td>Sylgard 184 kit di elastomeri siliconici</td><td>Dow Corning</td><td>1064891</td><td>PDMS colata</td></tr><tr><td>Laboratorio Trattamento corona</td><td>Electro-technic Products Inc.</td><td>Modello BD-20AC</td><td>PDMS trattamento al plasma ad aria&nbsp;</td></tr><tr><td>N-isopropilacrilammide (NIPAAm)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>415324-50G</td><td>Monomer</td></tr><tr><td>N,N'-metilenbisacrilammide (MBAAm)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>146072-100G</td><td>reticolante di NIPAAm</td></tr><tr><td>4-(2-idrossietossi)fenil-(2-idrossi-2-propil)chetone, Irgacure 2959</td><td>BASF</td><td>55047962</td><td>Fotoiniziatore di NIPAAm</td></tr><tr><td>ABIL EM 90</td><td>Evonik Industrie</td><td>201109</td><td>Tensioattivo per olio</td></tr><tr><td>Miscelatore a vortice</td><td>Scientific Industries Inc.</td><td>Vortex-Genie 2</td><td>Miscelazione</td></tr><tr><td>Tygon Tubo</td><td>Saint-Gobain</td><td>I.D. 1/32", O.D. 3/32", Parete 1/32"</td><td>Tubo di collegamento tra siringhe e HFMD</td></tr><tr><td>Sorgente di luce UV</td><td>Hamamatsu</td><td>Spot Sorgente luminosa LC8</td><td>Polimerizzazione da NIPAAm a PNIPAAm</td></tr><tr><td>Siringhe, NORM-JECT (3 ml)</td><td>Henke-Sass Wolf GmbH</td><td>22767</td><td>Caricamento dei materiali</td></tr><tr><td>Pompa a siringa</td><td>KD Scientific</td><td>KDS modello 200</td><td>Perfusione di materiali</td></tr><tr><td>Tegitol Tipo NP-10</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>NP10-500ML</td><td>Tensioattivo per acqua</td></tr><tr><td>Olio rosso O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>O0625-25G</td><td>Colorante per fase ricca di N</td></tr><tr><td>Olio Blu N</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>391557-5G</td><td>Colorante per fase ricca di N</td></tr><tr><td>Colorante alimentare giallo</td><td>Edentown F& B</td><td>NA</td><td>Colorante per la fase N-povera</td></tr><tr><td>Colorante alimentare verde</td><td>Edentown F& B</td><td>NA</td><td>Colorante per fase N-povera</td></tr><tr><td>Alimentazione</td><td>Agilent</td><td>E3649A</td><td>Fonte di alimentazione per modulo termoelettrico</td></tr><tr><td>Modulo termoelettrico</td><td>Peltier</td><td>FALC1-12710T125</td><td>Controllo della temperatura</td></tr><tr><td>Centrifuga</td><td>Labogene</td><td>1248R</td><td>Sedimentazione di microidrogel</td></tr><tr><td>Piastra a 24 pozzetti</td><td>SPL Life Sciences</td><td>32024</td><td>Serbatoio per l'osservazione</td></tr><tr><td>Microscopio ottico</td><td>Nikon</td><td>ECLIPSE 80i</td><td>Osservazione ottica</td></tr><tr><td>Software di analisi delle immagini</td><td>IMT i-Solution Inc.</td><td>iSolutions DT</td><td>Misurazione del raggio</td></tr></tbody></table>

sintesi di poly (<em&gt; n</em&gt; -isopropylacrylamide) janus microhydrogels per anisotropico thermo-reattività e organofile / idrofilo caricamento capability

Synthesis of Poly(N-isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability

Le microparticelle di Giano sono particelle compartimentate con strutture molecolari e/o funzionalità diverse su ciascuno dei loro due lati. Grazie a questa proprietà unica, le microparticelle Janus sono state riconosciute come una nuova classe di materiali, attirando così una grande attenzione da vari campi di ricerca. La versatilità di queste microparticelle è stata esemplificata attraverso il loro utilizzo come elementi costitutivi per l'autoassemblaggio, attuatori elettricamente reattivi, emulsionanti per vernici e cosmetici e vettori per la somministrazione di farmaci. Questo studio introduce un protocollo dettagliato che descrive esplicitamente un metodo sintetico per la progettazione di nuovi microidrogel Janus composti da un unico materiale di base, la poli(N-isopropilacrilammide) (PNIPAAm). Le microgoccioline Janus vengono inizialmente generate tramite un dispositivo microfluidico a focalizzazione idrodinamica (HFMD) basato sulla separazione di una soluzione acquosa di monomero NIPAAm supersaturo e successivamente polimerizzate attraverso l'esposizione all'irradiazione UV. Si è scoperto che i microidrogel Janus risultanti erano interamente composti dallo stesso materiale di base, presentavano una morfologia compartimentalizzata facilmente identificabile e mostravano una termoreattività anisotropa e una capacità di carico organofilo/idrofilo. Riteniamo che il metodo proposto introduca una nuova piattaforma di idrogel con il potenziale per la sintesi avanzata di microidrogel Janus multifunzionali.

Figura 3a presenta uno schema del setup sperimentale utilizzato per sintetizzare microhydrogels Janus tramite il HFMD. Le fasi N-ricchi e N-poveri sono stati iniettati nel proprio HFMD come fluidi fondamentali 1 e 2 e poi fuse e suddivise in microgoccioline Janus all&#39;orifizio dal fluido di trasporto di olio minerale a causa del capillare instabilità Rayleigh. Di conseguenza, microgoccioline Janus composto di fasi N-ricchi e N-poveri sono stati generati con s...

Presentiamo un protocollo per sintetizzare microidrogel Janus composti interamente dallo stesso materiale di base, poli(N-isopropilacrilammide) (PNIPAAm), con una struttura chiaramente compartimentata basata sulla separazione di fase di una soluzione monomerica NIPAAm supersatura. I microidrogel Janus sintetizzati mostrano proprietà uniche come la termoreattività anisotropa e la capacità di carico organofilo/idrofilo.

Sintesi di Poly (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels per anisotropico Thermo-reattività e organofile / idrofilo Caricamento Capability

Janus microparticles are compartmentalized particles with differing molecular structures and/or functionality on each of their two sides. Because of this ...

L'obiettivo generale di questo esperimento è sintetizzare microidrogeli janus composti dallo stesso materiale di base e dotati di termoresponsività isotropa, nonché della capacità di caricare sostanze organofile e idrofile, utilizzando la separazione di fase liquido-liquido di un monomero super-saturo di N-isopropilacrilamide. Masote può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo dei sistemi di rilascio di gocce, in particolare per lo sviluppo di trocharia avanzate, che richiedono la capacità di trattenere combustibili idrofili/organofili all'interno di una singola particella. Il principale vantaggio di questo approccio è la sintesi di microidrogeli janus monodispersi con una morfologia chiaramente compartimentalizzata e la possibilità di modulare le dimensioni dei microidrogeli janus mediante l'utilizzo di un dispositivo microfluidico.La procedura sarà dimostrata da Kyoung Duck Seo e Andrew Choi, i miei studenti di dottorato. Utilizzare il wafer strutturato ottenuto come descritto nel protocollo testuale come stampo maestro per la colata del PDMS. Mescolare in modo omogeneo il prepolymer del PDMS e l'agente indurente in un rapporto ponderale di 10 a 1.Ad esempio, utilizzare un grammo di agente indurente per 10 grammi di prepolymero di PDMS. Versare il prepolymero di PDMS nello stampo master ed esporlo a vuoto per un'ora in una camera a vuoto. Successivamente, posizionare lo stampo master con il prepolymero di PDMS in un forno a 65 gradi Celsius per tre ore.Tagliare il PDMS polimerizzato alle dimensioni di un singolo chip utilizzando un bisturi affilato. Staccare con cura il replica di PDMS polimerizzato dallo stampo master a mano. Praticare fori per l'ingresso e l'uscita in una delle repliche utilizzando un perforatore con un diametro leggermente inferiore al diametro esterno del tubo di collegamento.Quindi, applicare un trattamento al plasma d'aria sull'area di incollaggio di ciascuna replica utilizzando un apparecchio per trattamento a corona. Depositare cinque microlitri di metanolo sulle aree trattate al plasma d'aria. Infine, allineare due repliche identiche di PDMS per fabbricare manualmente l'HFMD.Verificare l'allineamento mediante microscopio. Posizionare l'HFMD in un forno impostato a 65 gradi Celsius per tutta la notte per rafforzare il legame tra le due repliche di PDMS. Sciogliere il monomero NIPAAm in acqua deionizzata in rapporto ponderale uno a uno utilizzando un miscelatore vortex.Ad esempio, sciogliere 10 grammi di NIPAAm in 10 millilitri di acqua deionizzata. Lasciare riposare la soluzione del monomero in posizione verticale a temperatura ambiente per almeno 15 minuti. Quando l'interfaccia che separa le due fasi diventa chiara, estrarre con attenzione due millilitri di soluzione del monomero dalle fasi ricca in N e povera in N senza disturbare tale interfacca, utilizzando una pipetta.Successivamente, aggiungere quattro milligrammi di MBAAm alle soluzioni di monomero estratte ricche e povere di azoto come agente di reticolazione. Quindi, aggiungere quattro milligrammi dell'iniziatore fotocinetico alle soluzioni per preparare i fluidi del nucleo uno e due per il campione con bassa concentrazione di agente di reticolazione. Infine, sciogliere il 10 percento in peso di surfattante oleoso nell'olio minerale per preparare il fluido di guaina.Caricare due millilitri dei fluidi del nucleo uno e due e del fluido di guaina in tre siringhe distinte da tre millilitri. Montare le siringhe sulle pompe per siringhe e collegare ciascuna siringa all'ingresso del fluido corrispondente dell'HFMD mediante tubi. Utilizzare i tubi per collegare l'uscita del fluido dell'HFMD a un serbatoio di raccolta.Impostare le pompe a siringa per infondere i fluidi del nucleo uno e due a portate di due microlitri al minuto e per infondere il fluido di guaina a 10 microlitri al minuto. Successivamente, posizionare la sorgente di luce UV perpendicolarmente a circa un centimetro di distanza dal serbatoio di raccolta.Accendere la sorgente di luce UV e monitorare visivamente la produzione continua di microidrogeli janus. Raccogliere i microidrogeli janus prodotti in un tubo conico e lavarli con alcol isopropilico. Successivamente, centrifugare il tubo conico per far sedimentare i microidrogeli.Ripetere il passaggio di centrifugazione utilizzando acqua deionizzata con il tensioattivo per rimuovere l'alcol isopropilico residuo attorno ai microgel di Janus. Conservare i microgel di Janus completamente lavati in un vial da 10 millilitri contenente acqua deionizzata. Utilizzare una pipetta per posizionare i microgel di Janus sintetizzati in una piastra a 24 pozzetti.Lasciare sedimentare gli idrogeli per 15 secondi fino a quando si forma uno strato monoalayer sulla superficie inferiore della pozzetta. Acquisire un'immagine del microidrogel janus a 24 gradi Celsius utilizzando un microscopio ottico eretto con un obiettivo 5x. Posizionare un modulo termoelettrico sotto la piastra di pozzette e regolare la tensione di questo modulo per aumentare la temperatura della soluzione contenente i microidrogeli janus a 32 gradi Celsius.Ottenere nuovamente un'immagine del microgel di tipo Janus a 32 gradi Celsius utilizzando un microscopio ottico eretto con un obiettivo 5x. A partire da 25 immagini di diversi microgeli di tipo Janus a 24 e 32 gradi Celsius, misurare il raggio delle fasi polimerizzate ricche in pN e povere in pN mediante software di analisi delle immagini seguendo le istruzioni del produttore. Qui viene mostrato lo schema del dispositivo HFMD per la generazione di microgocce di tipo Janus.Le soluzioni ricche e povere di azoto vengono iniettate con precisione nell'HFMD e frammentate in microgocce all'orifizio dal fluido di richiamo costituito da olio minerale. Le microgocce di tipo Janus ottenute tramite HFMD presentano diversi rapporti volumetrici tra soluzione ricca e povera di azoto, come mostrato qui. Il rapporto volumetrico tra la soluzione ricca e quella povera di azoto che compongono i microidrogeli è controllato modificando la portata di ciascuna soluzione.Di seguito sono mostrati schemi e micrografie ottiche di microgocce janus e microidrogeli in risposta a variazioni ambientali e termiche. Per quantificare la termoresponsività, è stato misurato il raggio delle microgocce janus e dei microidrogeli, che ha evidenziato un comportamento anisotropo e termoresponsivo causato dalle differenze di concentrazione del monomero NIPAAm tra le regioni ricche di pN e quelle povere di pN. La capacità di carico organofila/idrofila di questi microidrogeli è osservata nel fatto che coloranti liposolubili tendono fortemente a sciogliersi nella soluzione ricca di N.Mentre i coloranti solubili in acqua preferiscono sciogliersi nella soluzione povera di azoto, alla fine vengono realizzati microidrogeli Janus con capacità di carico idrofilo/organofilo all'interno di una singola particella. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 40 minuti se preparata correttamente.Nel tentativo di eseguire questa procedura, è importante ricordare di mantenere le condizioni ambientali, in particolare la temperatura, poiché soluzioni altamente concentrate di NIPAAm cristallizzano al di sotto di 25 gradi Celsius. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica aprirà la strada ai ricercatori nel campo dei sistemi di somministrazione di farmaci per sviluppare microidrogeli funzionali in grado di controllare i tassi di rilascio dei farmaci e di incapsulare più farmaci senza contaminazione incrociata. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come sintetizzare microidrogeli janus composti da poli-NIPAAm come materiale di base.

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