この研究は、光重合沈殿反応によるポリ(エチレングリコール)(PEG)マイクロゲルの形成について説明しています。PEG分子量を大きくすると、マイクロゲルの直径と膨潤率が増加しました。PEGマイクロゲル沈殿反応への単純な適応は、薬物送達媒体および組織工学足場としてのマイクロゲルの将来の応用のために探求されています。
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この記事について
サマリー
要約
この研究は、光重合沈殿反応によるポリ(エチレングリコール)(PEG)マイクロゲルの形成について説明しています。沈殿反応は、従来のマイクロスフェア製造技術に比べていくつかの利点があります。エマルジョン、懸濁、および分散技術とは対照的に、沈殿によって形成されたマイクロゲルは、有機溶媒または安定剤を使用せずに、均一な形状およびサイズ、すなわち低い多分散指数を有する。沈殿反応の穏やかな条件、マイクロゲルのカスタマイズ可能な特性、および注入用の低粘度により、in vivo目的に適用できます。他の作製技術とは異なり、マイクロゲルの特性は、開始ポリマーの分子量を変更することで変更することができます。開始PEG分子量を増加させると、マイクロゲルの直径と膨潤率が増加しました。マイクロゲル架橋中に分子をカプセル化するなど、さらなる修飾が提案されています。PEGマイクロゲルビルディングブロックへの単純な適応は、薬物送達媒体および組織工学の足場としてのマイクロゲルの将来の応用のために探求されています。
概要
定義上、マイクロゲルは、等価直径が約0.1〜100μm1の任意の形状のハイドロゲルです。そのサイズと特性により、高分子マイクロゲルは、薬物送達および組織工学システムを進歩させるための汎用性の高いツールを提供します。バルクハイドロゲルは、組織工学の足場や薬物送達媒体として広く利用され、大きな成功を収めています2-4が、近年の足場のマイクロスケール制御への移行は、マイクロゲルを建築用足場のベース材料として使用するユニークな機会を提供しています。さらに、マイクロゲルは細胞間相互作用に対して表面積と体積の比率が高く、溶液中での粘度が低いため、注入に最適です。最後に、マイクロゲルは、所望のマイクロゲル特性に応じて様々な方法で多数のポリマーを使用して形成することができ、様々な用途に対して高度にカスタマイズ可能になります。
マイクロゲルを製造する技術には、懸濁重合、エマルジョン重合、分散重合、または沈殿重合が含まれます。エマルジョン重合および懸濁重合には、通常、マイクロゲルを形成するために有機溶媒と界面活性剤または安定剤が必要です。これらの方法の性質により、高度に分散した粒度分布が得られます5。分散反応と沈殿反応により、粒子の多分散性が低くなります6。しかし、分散重合によって形成される粒子は、依然として安定化剤の使用を必要とする6。沈殿反応によって形成されるマイクロゲルは、安定剤や....
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プロトコル
1. マイクロゲル製造で使用する溶液の準備
- 沈殿反応を開始する前に、必要な溶液を作り、37°Cに温めます。必要な溶液には、0.5%光開始剤、1.5 M Na2SO4、緩衝液、200 mg/ml PEG-ジアクリレート(PEG-DA)溶液、1xリン酸緩衝生理食塩水(PBS)が含まれます。注:すべてのPEG前駆体を公表された方法に従ってアクリル化し、使用までアルゴンの下で-20°Cで保存してください12。
- 光開始剤を秤量し、脱イオン(DI)H2Oに溶解して0.5(w/v)%溶液にします。溶液を紫外線にさらされないように保護することが重要です。
- 完全に溶解した後、0.22μmフィルターでろ過します。この溶液は事前に作成し、暗所で4°Cで保存することができます。注:攪拌しながら溶液を40°Cに加熱することにより、攪拌時間を約1時間に短縮します。
- 1x PBSの場合、1 L DI H2Oに1錠PBSを添加し、0.22 μmフィルターでろ過します。PBSは事前に作成し、4°Cで保存することができます。
- 39.4 mLのリン酸緩衝生理食塩水(PBS、pH = 7.4)を測定し、612 μlのトリエタノールアミン(TEOA)と260 μlの6 M塩酸(HCl)を加えます。注:TEOAは非常に粘性があります....
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結果
マイクロゲルのサイズは重合条件に依存します。図 2Aは、PEGの開始分子量および架橋時間の増加に伴い、マイクロゲルの直径がどのように増加するかを示しています。さまざまな分子量を用い、30秒間架橋させてサイズ測定に使用したマイクロゲルの代表的な画像を図 2C-Gに示します。分子量3,000 DaのPEGでは、UV照射時間を30〜600秒に増加させると、マイクロゲルの平均直径は1.65±0.26から2.20±0.54 μmに増加しました（図 2B）。UV照射時間を30秒に固定し、分子量を3,000〜10,000 Daに増加させると、マイクロゲルの直径は1.65±0.26から2.17±0.33 μmに増加しました（図 2A）。3,000、4,000、および4,600 Daの分子量間では、有意な差は認められませんでした。沈殿形成によるマイクロゲルの統計的な有意差の詳細については、表 1および 2に記載しています。重合時間が長くなると架橋が進み、.......
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ディスカッション
PEGミクロゲルの物性を調べて、重合条件の変化を調べた。この沈殿反応では、緩衝液、20%(w/v)PEG-ジアクリレート(MW 3,000、4,600、または6,000 Da)溶液、および光開始剤を混合し、37°Cに加温した。水分子間の相互作用を増加させる共生栄養塩である1.5 M Na2SO4を添加すると、PEGが添加時に瞬間的に沈殿した。この効果は、分子量が高いPEG8ほど顕著であり、実際のミクロゲル形成は鎖の成長と沈殿の組み合わせであることを示唆しています。マイクロゲルは、紫外線(UV)光による光重合から得られました。紫外線曝露は、30、90、120、300、および600秒の範囲で変化しました。ポリマーが臨界分子量に達すると沈殿し、絡み合って架橋されたミクロゲルを形成します。マイクロゲルへのタンパク質のカプセル化は、UV曝露前に分子を溶液に添加することによって達成されました。ポリマー鎖が架橋を形成すると、ポリマーネットワーク2,4にタンパク質を閉じ込めます。
ミクロゲルのサイズとPDIは、.......
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開示事項
著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
謝辞
このプロジェクトの資金は、NSF CBET Award 1061834を通じて行われました。著者らは、光開始剤のサンプルについてCIBAに感謝したいと思います。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS) | MPバイオメディカル | 2810305 | |
| トリエタノールアミン(TEOA) | JTベイ | カー9468-0137 | °Cに予熱します。ピペッティング前のC |
| 塩酸(HCl) | BDH Aristar | BDH3028 | |
| Sodium Sulfate | J.T. Baker | 3891-01 | |
| Irgacure 2959 | Ciba | 029891301PS04 | |
| Ovalbumin (OVA) | Invitrogen | 34782 | |
| PEG 1,500 | Alfa Aesar | A16241 | |
| PEG 3,000 | Fluka | 03997-1KG | |
| PEG 4,000 | Alfa Aesar | A16151 | |
| PEG 4,600 | Sigma | 373001-250G | |
| PEG 6,000 | Fluka | 03394-1KG | |
| PEG 10,000 | Alfa Aesar | B21955 | |
| Dextran 70 | TCI | D1449 |
参考文献
- McNaught, A. D., Wilkinson, A. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (The Gold Book). 2nd edn. , Blackwell Scientific Publications. (1997).
- Lu, S. X., Anseth, K. S. Release behavior of high molecular weight solutes from poly(ethylene glycol)-based degradable netwo....
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再版と許可
