二次元および三次元の超疎水性高分子材料は、生分解性ポリマーをエレクトロスピニングまたはエレクトロスプレーして調製し、類似の組成の低表面エネルギーポリマーと混合します。
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この記事について
サマリー
要約
永久的または準安定非接液状態を有する表面を有する超撥水材料は、生物医学および産業用アプリケーションの数について興味深いものです。ここでは、ポリエステルから成る疎水性の共重合体でドープされた主要なコンポーネント、およびstearate-として、生分解性、生体適合性脂肪族ポリエステル（例えば、ポリカプロラクトン及びポリ（ラクチド- コ -glycolide））を含むポリマー混合物をエレクトロスピニングまたはエレクトロスプレー方法を説明します変性ポリ（グリセロールカーボネート）は超疎水性生体材料を提供します。エレクトロスピニングまたはエレクトロスプレーの製造技術は、それぞれ、上および繊維や粒子内に強化された表面粗さと気孔率を提供しています。ポリエステルとのブレンド及び安定エレクトロスピニングまたはエレクトロスプレーすることができる低表面エネルギーコポリマードーパントの使用は、これらの超疎水性物質が得られます。そのような繊維サイズ、コポリマードーパント組成物および/またはCOなどの重要なパラメータncentration、濡れ性への影響が議論されています。ポリマー化学およびプロセス工学のこの組み合わせは、おそらく、様々な用途のためのポリマーのより広いクラスに一般化されているスケーラブルな技法を使用して、アプリケーション固有の材料を開発するための多目的なアプローチを提供します。
概要
超疎水性表面は、一般的に明白な水との接触が低い接触角ヒステリシスと150°よりも大きい角度示すものとして分類されます。これらの表面は、1-6湿潤レジスト得られた空気-液体-固体界面を確立するために、低表面エネルギー材料で高い表面粗さを導入することによって作製されます。製造方法、薄膜または多層超疎水性表面に応じて、多層超疎水性基材コーティング、あるいはバルク超疎水性構造を製造することができます。この永久的または半永久的な撥水性は、セルフクリーニング表面7を調製するために使用される有用な特性であり、防汚マイクロ流体デバイス8細胞/タンパク質表面9,10、抗力低減面11、及び薬物送達デバイス12- 15。最近では、刺激応答性超疎水性材料が濡れる状態に非接液を化学によってトリガーされた場合について説明されている、物理的、あるいは環境手がかり（ 例えば 、光、pH、温度、超音波、および現在の電位を/適用）14,16-20、およびこれらの材料は、追加のアプリケーション21-25のための使用を見つけています。
第1の合成超疎水性表面をmethyldihalogenosilanes 26の材料の表面を処理することによって調製され、使用される材料は、 インビボでの使用
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プロトコル
1.官能化ポリ（1,3-グリセロールcarbonate- コカプロラクトン）29およびポリ（1,3-グリセロールcarbonate- 共同ラクチド ）27,28の合成 。
- モノマー合成。
- 500 mlの乾燥テトラヒドロフラン（THF）中の（50グラム、0.28モル、1当量） のシス -2-フェニル-1,3-ジオキサン-5-オールを溶解させ、窒素下、氷上で攪拌しました。細かく乳鉢と乳棒で粉砕、水酸化カリウム（33.5グラム、0.84モル、3当量）を追加します。氷浴中でフラスコを置きます。
- 追加49.6ミリリットル臭化ベンジル（71.32グラム、0.42モル、1.5当量）を滴下氷上で撹拌しながら。反応は、窒素下、24時間撹拌しながら室温まで昇温できるようにします。
- 水酸化カリウムを溶解し、回転蒸発によりTHFを除去するために蒸留水150 mlを加え。
- 1リットルの分液漏斗に200ミリリットルのジクロロメタン（DCM）と残りの材料を抽出します。二回抽出を繰り返します。
- 硫酸ナトリウム上で有機相を乾燥させます。
- 結晶化しますこの溶液に600ミリリットルの無水エタノールを加えるよく混合し、-20℃で一晩保存することにより、製品。生成物は、後続のステップを実行する前に、数日間、-20℃で保存することができます。
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結果
化学変換の一連の官能カーボネートモノマー、5-ベンジルオキシ-1,3-ジオキサン-2-オンを白色の結晶性固体（ 図1A）として合成される。1 H NMRは、構造（ 図1B）および質量分析法を確認し元素分析は、組成物を確認してください。この固体を、次いで140℃の錫触媒開環反応を使用してD、Lラクチドまたはεカプロラクトンのいずれかと共重合されます。沈殿による精製後、ポリマー組成物は、4.58から4.68 ppmのベンジルプロトンの化学シフトとカプロラクトンまたはラクチドのメチンピーク（それぞれ2.3または5.2 ppmで）の特性メチレンピークを積分することにより1 H NMR分析を用いて決定されます。ベンジル保護基の選択的除去は、パラジウム/ C触媒による水素化分解によって達成されます。完全な脱保護は、1 H NMRスペクトル中のベンジルピークの消失に注目することによって確認されます。 Subseq遊離ヒドロキシル基へのステアリン酸のuentグラフト化は、最終的な共重合体は、疎水性にしま.......
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ディスカッション
生物医学ポリマーから超疎水性材料を構築するための我々のアプローチは、エレクトロスピニングおよびエレクトロスプレーのポリマー加工技術を用いて合成高分子化学を組み合わせたものです。これらの技術はそれぞれ、いずれかの繊維または粒子を提供します。具体的には、ポリカプロラクトン及びポリ（ラクチド- コ -glycolide）系超疎水性材料は、この方法を用いて調製されます。疎水性のコポリマー組成物を変化させることにより、最終的なポリマーブレンドのパーセント共重合体は、繊維/粒子サイズ、ポリマー全体の重量％、及び製造条件、得られたエレクトロ/エレクトロ材料の濡れ性を制御します。本研究で作製した材料は、非毒性および生体適合性ポリマーからのものであり、水の存在下で準安定空気バリアを有します。
このプロトコルにおける重要なステップは、開環重合を使用して共重合体を合成する）1を含む、2）エレクトロスピニングまたはエレクトロこのようなPCLまたはPLGA、対応する生物医学ポリマーとこれらの共重合体を噴霧。および3）その形態を特徴づける、非湿潤性の挙動/疎水性、機械的特性、およびi.......
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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
資金はBUとNIH R01CA149561によって部分的に提供されました。著者らは、超疎水性生体材料の調製と特性評価に有益な議論と貢献をしてくれたStefan Yohe氏、Eric Falde氏、Joseph Hersey氏、Julia Wang氏を含むエレクトロスピニング/エレクトロスプレーチームに感謝します。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| シリコーンオイル | Sigma-Aldrich | 85409 | |
| CIS-2-Phenyl-1,3-ジオキサン-5-オール | Sigma-Aldrich | 13468 | |
| 臭化ベンジル | Sigma-Aldrich | B17905 | 有毒、涙液/眼刺激性、化学ヒュームフードでの使用 |
| 水酸化カリウム | Sigma-Aldrich | 221473 | 腐食性 |
| ロータリーエバポレーター | Buchi | R-124 | |
| 高真空ポンプ | ウェルチ | 8907 | |
| 窒素、超高純度 | エアガス | NI UHP300 | 圧縮ガス |
| テトラヒドロフラン、BHT | Pharmaco-Aaper | 346000 | 。XXX |
| ジクロロメタン | Pharmaco-Aaper | 313000 | 、有毒 |
| セパリー漏斗(1 L) | フィッシャーサイエンティフィック | 13-678-606 | |
| ナトリウム | Sigma-Aldrich | 239313 | |
| エタノール、絶対 | Pharmaco-Aaper | 111USP200 | 、有毒。 |
| ブフナー漏 | 斗フィッシャーサイエンティフィック | FB-966-F | |
| メタノール | Pharmaco-Aaper | 339000ACS | 可燃性、有毒。 |
| 塩酸 | Sigma-Aldrich | 320331 | 腐食性です。蒸留水で2Nに希釈します。 |
| クロロギ酸エチル、97% | Sigma-Aldrich | 185892 | 有毒、可燃性、環境に有害 |
| トリエチルアミン(無水) | Sigma-Aldrich | 471283 | 有毒、可燃性、環境に有害 |
| ジエチルエーテル | Pharmaco-Aaper | 373ANHACS | 非常に可燃性。XXXカラムで精製。 |
| 3,6-ジメチル-1,4-ジオキサン-2,5-ジオン(D,L-ラクチド) | シグマ-アルドリッチ | 303143 | |
| 錫(II)エチルヘキサン酸 | シグマ-アルドリッチ | S3252 | 毒性。 |
| ε-カプロラクトン(97%) | Sigma-Aldrich | 704067 | |
| Toluene、無水 | Sigma-Aldrich | 244511 | 可燃性、有毒。 |
| ガラス製シリンジ | Hamilton Company | 1700-series | |
| Deuterated chloroform | Cambridge Isotopes Laboratories, Inc. | DLM-29-10 | 有毒 |
| 核磁気共鳴装置 | Varian | V400 | |
| パラジウム炭素触媒 | Strem Chemicals, Inc. | 46-1707 | |
| 水素化装置ユニット | Parr | 3911 | |
| 水素化装置シェーカー容器 | Parr | 66CA | |
| 水素 | 空気ガス | HY HP300 | 非常に可燃性。 |
| 珪藻土 | Sigma-Aldrich | 22140 | |
| 2H,2H,3H,3H-パーフルオロノナン酸 | オークウッドプロダクツ株式会社 | 10519 | 有毒。 |
| ステアリン酸 | Sigma-Aldrich | S4751 | |
| N,N'-ジシクロヘキシルカルボジイミド | Sigma-Aldrich | D80002 | 有毒で刺激性があります。 |
| 4-(ジメチルアミノ)ピリジン | Sigma-Aldrich | 107700 | 有毒。 |
| Hexanes | Pharmaco-Aaper | 359000ACS | 有毒で可燃性。 |
| ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)システム | レイニン | ||
| GPC カラム | ウォーターズ | WAT044228 | |
| 示差走査熱量計 | TAインスツルメンツ | Q100 | |
| クロロホルム | Pharmaco-Aaper | 309000ACS | Toxic. |
| N、N-ジメチルホルムアミド | Sigma-Aldrich | 227056 | 有毒で可燃性です。 |
| ポリカプロラクトン、MW 70-90 kg/mol | Sigma-Aldrich | 440744 | |
| ポリ(ラクチド-コグリコリド)、MW 136 kg/mol | エボニックインダストリー | LP-712 | |
| 10 ml ガラスシリンジ | ハミルトンカンパニー | 81620 | |
| 18 AWG 鈍針 | BRICO 医療用品 | BN1815 | |
| エレクトロスピナーエンクロージャーボックス | カスタムメイド | N/A | アクリルパネル |
| 高電圧DC電源 | Glassman High Voltage, Inc. | PS/EL30R01.5 | 高電圧・感電危険 |
| リニア(並進)ステージ | サーボシステムズ(株) | LPS-12-20-0.2 | オプションの |
| プログラマブルモーター&電源 | Intelligent Motion Systems, Inc. | MDrive23 Plus | オプション |
| 24V DCモーター&電源 | McMaster-Carr | 6331K32 | オプション |
| アルミコレクタードラム | カスタムメイド | オプション | |
| シリンジポンプ | フィッシャーサイエンティフィック | 78-0100I | |
| 倒立光学顕微鏡 | オリンパス | IX70 | |
| 走査型電子顕微鏡 | カールツァイス | スープラV55 | |
| 導電性銅テープ | 3M | 16072 | |
| アルミニウムSEMスタブ電子 | 顕微鏡科学 | 75200 | |
| 角ゴニオメーターKruss | DSA100 | ||
| プロピレングリコール | Sigma-Aldrich | W294004 | 有毒です。 |
| エチレングリコール | Sigma-Aldrich | 324558 | 有毒です。 |
| イオキサグラテ | ゲルベット | ||
| ウシ胎児血清 | アメリカンタイプ カルチャーコレクション | 30-2020 | |
| マイクロコンピュータ断層撮影装置 | スキャンコ | ||
| 画像解析ソフトウェア (分析) | メイヨークリニック | ||
| 引張試験機 | インストロン | 5848 | |
| マイクロメーター | マルチトヨ | 293-340 | |
| ノギ | スフィッシャーサイエンティフィック | 14-648-17 |
参考文献
- Li, X. M., Reinhoudt, D., Crego-Calama, M. What do we need for a superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces. Chem. Soc. Rev. 36, 1350-1368 (2007).
- Crick, C. R., Parkin, I. P.
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再版と許可
