Name: 沈殿形成ポリエチレングリコールマイクロゲルの特性は、反応物の分子量によって制御されます (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-23T14:15:00.000+00:00
Duration: 11 min 32 s
Description: 学ぶPEGマイクロゲルの光重合沈殿法による調製法。分子量制御で粒子径と膨潤性を調整し、薬物送達や組織工学スキャフォールドへの応用可能性を示します。

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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。

1. マイクロゲル製造で使用する溶液の準備
<ol>
	<li>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。</li>
	<li>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。
	<ol>
		<li>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。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。ピペッティングする前にTEOAを37°Cに予熱します。
	<ol>
		<li>バッファーのpHを約7.7になるように調整し、0.22μmフィルター(最終pH~7.8)でろ過します。緩衝液はスケールアップし、事前に製造し、37°Cで保存することができます。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>毎回、反応を開始する前にPEG-DA溶液を調製し、溶液を保存すると反応性の低下が観察されています。PEG-DAを秤量し、PBS/TEOA/HCl緩衝液を最終濃度200 mg/mlまで加えます。注:緩衝液をゆっくりと加えて、PEG濃度を慎重に制御します。なぜなら、PEGは溶液中で膨潤するためです 
	注:このソリューションは高度にカスタマイズ可能です。マイクロゲルのカスタマイズには、PEGの開始分子量を変更してマイクロゲルの特性を変更する方法、分解性PEG前駆体を使用して分解性マイクロゲルを製造する方法、生物学的に無菌なマイクロゲルのすべての溶液を滅菌ろ過する方法、層流フードでの形成プロセスを完了する方法、最後にPEG溶液に官能基を組み込んで表面に官能基を追加する方法などがあります。</li>
	<li>Na2SO4 を秤量し、DI H2O に溶解して 1.5 M 溶液にします。最良の結果を得るには、反応を開始する直前に硫酸ナトリウム溶液も作る必要があります。
	<ol>
		<li>Na2SO4が完全に溶解するまで溶液を加熱し、渦巻きにします。必要に応じて0.22μmフィルターを通してろ過します。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. マイクロゲル製造
<ol>
	<li>127.5 μlのPBS/TEOA/HClバッファー、10 μlの0.5%光開始剤、および25 μlの200 mg/mL PEG溶液を、マイクロゲルが形成されるチューブ(通常は2 mLの微量遠心チューブ)に入れます。
	<ol>
		<li>これらのチューブを1.5 M Na2SO4溶液とともに37°Cに加熱します。</li>
		<li>加熱しながらチューブを混合します。注:このマイクロゲルプロトコールはスケールアップ可能です。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>分子をマイクロゲルにカプセル化するには、目的の分子(オボアルブミンなど)をPBS/TEOA/HClバッファー、光開始剤、およびPEG溶液に加えます。架橋後、分子はマイクロゲルネットワークに閉じ込められます。</li>
	<li>各マイクロゲル反応を一度に1つずつ完了させます。最初のチューブに1.5 M Na2SO4 87.5 μlを加えます。</li>
	<li>チューブをピペッティングで3〜5回混合し、または30秒待ちます。混合後、塩分濃度は均一に分布し、溶液は透明でなければなりません。</li>
	<li>チューブをUVライトの下に置き、30秒間架橋します。架橋に続いて、溶液の上に曇った層があるはずで、この層にはマイクロゲルが含まれています。反応スキームについては、図1を参照してください。</li>
	<li>遠心分離時に750 μl PBSを加えてペレット状にし、よく混ぜ合わせてください。</li>
	<li>マイクロゲルを4,000 x gで2分間遠心分離してペレットを形成し、上清をPBSと交換することにより、マイクロゲルを5回洗浄します。注:バッファー交換中にマイクロゲルペレットを乱さないでください、すべての上清を除去することができない場合があります。</li>
</ol>
3. マイクロゲルのサイズと多分散性
<ol>
	<li>1 mLのDI H2Oで遠心分離して形成したペレットから30 μlのマイクロゲルをピペットで移します。最良の結果を得るには、マイクロゲル溶液をウォーターバスソニケーターで1時間(50-60Hzおよび1.4A)超音波処理するか、激しく混合してマイクロゲルを懸濁します。</li>
	<li>15 μlのマイクロゲル溶液を清潔なスライドガラスにピペットで移し、#1.5カバースリップを上に置きます。スライドとカバースリップを実験室のティッシュに裏返し、スライドを押し下げて余分な溶液を取り除き、マイクロゲルが単層にあることを確認します。</li>
	<li>DIC 100X オイル対物レンズを使用して、マイクロゲルの画像を数枚撮影します。通常、サンプルごとに5枚の画像が撮影され、バッチごとに3つのサンプル、合計15枚の画像が推奨されます。注:現在までにバッチ間の変動は観察されていません。</li>
	<li>マイクロゲルを測定して、代表的な直径を求めます。</li>
	<li>次の体積ベースの方程式を使用してPDIを計算します(Nはマイクロゲルの総数、Viはマイクロゲルiの体積</li>)。
</ol>
4. マイクロゲル密度
<ol>
	<li>デキストラン7、6、5、4、3、および1(w/v)%溶液をDI H2O中に調製して、マイクロゲル密度を測定します。これらの密度は、それぞれ1.022、1.020、1.018、1.016、1.014、および1.010 g / cm3であると計算されました。</li>
	<li>1 mLの7%デキストラン溶液を15 mLの遠心分離チューブに加えます。
	<ol>
		<li>6%デキストラン溶液1mlをゆっくりとピペットで動かし、7%デキストランの上に明確な層を形成します。.</li>
		<li>5分間待ってから、5%溶液1mlを追加します。</li>
		<li>すべてのデキストラン溶液がデキストラン濃度が減少する順に層状になるまで続けます。.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>1%デキストラン溶液の上にマイクロゲルを慎重に重ねます。</li>
	<li>グラジエントを4,000 x g、5°Cで10分間遠心分離します。遠心分離後のマイクロゲルの位置により、密度13を簡単に計算できました。</li>
</ol>
5. マイクロゲル平衡膨潤
<ol>
	<li>平衡膨潤(48時間)後の質量として定義されるマイクロゲルの膨潤質量(Ms)を測定するには、まずマイクロゲルをDI H2Oで5回洗浄し、事前に秤量したマイクロ遠心チューブで最低48時間膨潤させます。</li>
	<li>マイクロゲルを4,000 x gで10分間遠心分離します。</li>
	<li>すべての上清を取り除き、濡れた塊を記録します。ろ過方法を使用して、余分な水がすべて除去され、より正確な結果が得られるようにします。</li>
	<li>マイクロゲルを-80°Cで凍結し、凍結乾燥して一定の質量にすることで、乾燥質量(Md)を得ます。</li>
	<li>マイクロゲル中の水分含有量をWater% = (Ms - Md) / Md x 100で計算します。</li>
	<li>ポリマー含有量をPolymer% = 100 - Water%で決定します。</li>
	<li>SASとn因子ANOVAおよびTukeyポストホック検定を使用して、すべてのデータに対して統計分析を実行します。p<0.05 の場合、違いは注目されます。</li>
</ol>

<ol><li>McNaught, A. D., Wilkinson, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMcNaught%2C+AD+%22IUPAC+Compendium+of+Chemical+Terminology+%28The+Gold+Book%29.+2nd+edn%22">IUPAC Compendium of Chemical Terminology (The Gold Book). 2nd edn</a>. , Blackwell Scientific Publications. (1997).</li>
<li>Lu, S. X., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Release+behavior+of+high+molecular+weight+solutes+from+poly%28ethylene+glycol%29-based+degradable+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Release behavior of high molecular weight solutes from poly(ethylene glycol)-based degradable networks.</a> Macromolecules. 33, 2509-2515 (2000).</li>
<li>Peppas, N. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPeppas%2C+NA+%22Hydrogels+in+Medicine%22">Hydrogels in Medicine</a>. 1, CRC Press, Inc. (1986).</li>
<li>West, J. L., Hubbell, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photopolymerized+hydrogel+materials+for+drug+delivery+applications%5BTitle%5D)+AND+%22React.+Polym%22%5BJournal%5D)">Photopolymerized hydrogel materials for drug delivery applications.</a> React. Polym. 25, 139-147 (1995).</li>
<li>Hunkeler, D., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHunkeler%2C+D+%22Theories+and+Mechanism+of+Phase+Transitions%2C+Heterophase+Polymerizations%2C+Homopolymerization%2C+Addition+Polymerization.+Advances+in+Polymer+Science%22">Theories and Mechanism of Phase Transitions, Heterophase Polymerizations, Homopolymerization, Addition Polymerization. Advances in Polymer Science</a>. 112, Springer. Berlin Heidelberg, Ch. 115-133 (1994).</li>
<li>Arshady, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Suspension%2C+emulsion%2C+and+dispersion+polymerization%3A+A+methodological+survey%5BTitle%5D)+AND+%22Colloid+Polym.+Sci%22%5BJournal%5D)">Suspension, emulsion, and dispersion polymerization: A methodological survey.</a> Colloid Polym. Sci. 270, 717-732 (1992).</li>
<li>Bai, F., Yang, X. L., Huang, W. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+narrow+or+monodisperse+poly%28divinylbenzene%29+microspheres+by+distillation-precipitation+polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Synthesis of narrow or monodisperse poly(divinylbenzene) microspheres by distillation-precipitation polymerization.</a> Macromolecules. 37, 9746-9752 (2004).</li>
<li>Bailey, F., Callard, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Some+properties+of+poly%28ethylene+oxide%29+in+aqueous+solution%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Polym.+Sci%22%5BJournal%5D)">Some properties of poly(ethylene oxide) in aqueous solution.</a> J. Appl. Polym. Sci. 1, 56-62 (1959).</li>
<li>Cruise, G. M., Scharp, D. S., Hubbell, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+permeability+and+network+structure+of+interfacially+photopolymerized+poly%28ethylene+glycol%29+diacrylate+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Characterization of permeability and network structure of interfacially photopolymerized poly(ethylene glycol) diacrylate hydrogels.</a> Biomaterials. 19, 1287-1294 (1998).</li>
<li>Flory, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFlory%2C+P+%22Principles+in+Polymer+Chemistry%22">Principles in Polymer Chemistry</a>. , Cornell University Press. (1953).</li>
<li>Flake, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Poly+%28ethylene+glycol%29+microparticles+produced+by+precipitation+polymerization+in+aqueous+solution%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Poly (ethylene glycol) microparticles produced by precipitation polymerization in aqueous solution.</a> Biomacromolecules. 12, 844-850 (2011).</li>
<li>Sawhney, A. S., Pathak, C. P., Hubbell, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioerodible+hydrogels+based+on+photopolymerized+poly%28ethylene+glycol%29-co-poly%28.alpha.-hydroxy+acid%29+diacrylate+macromers%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Bioerodible hydrogels based on photopolymerized poly(ethylene glycol)-co-poly(.alpha.-hydroxy acid) diacrylate macromers.</a> Macromolecules. 26, 581-587 (1993).</li>
<li>Scott, R. A., Elbert, D. L., Willits, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modular+poly%28ethylene+glycol%29+scaffolds+provide+the+ability+to+decouple+the+effects+of+stiffness+and+protein+concentration+on+PC12+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomaterialia%22%5BJournal%5D)">Modular poly(ethylene glycol) scaffolds provide the ability to decouple the effects of stiffness and protein concentration on PC12 cells.</a> Acta Biomaterialia. 7, 3841-3849 (2011).</li>
<li>Ianeselli, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protein-Protein+Interactions+in+Ovalbumin+Solutions+Studied+by+Small-Angle+Scattering%3A+Effect+of+Ionic+Strength+and+the+Chemical+Nature+of+Cations%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Protein-Protein Interactions in Ovalbumin Solutions Studied by Small-Angle Scattering: Effect of Ionic Strength and the Chemical Nature of Cations.</a> J. Phys. Chem. B. 114, 3776-3783 (2010).</li>
<li>Scott, R., Marquardt, L., Willits, R. K. Characterization of poly(ethylene glycol) gels with added collagen for neural tissue engineering. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aScott%2C+R+%22J.+Biomed.+Mater.+Res.+A.%22">J. Biomed. Mater. Res. A.</a>. 93, 817-823 (2010).</li>
<li>Lin, H., Kai, T., Freeman, B. D., Kalakkunnath, S., Kalika, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Effect+of+Cross-Linking+on+Gas+Permeability+in+Cross-Linked+Poly%28Ethylene+Glycol+Diacrylate%29%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">The Effect of Cross-Linking on Gas Permeability in Cross-Linked Poly(Ethylene Glycol Diacrylate).</a> Macromolecules. 38, 8381-8393 (2005).</li>
<li>Mellott, M. B., Searcy, K., Pishko, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Release+of+protein+from+highly+cross-%3Blinked+hydrogels+of+poly%28ethylene+glycol%29+diacrylate+fabricated+by+UV+polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Release of protein from highly cross-;linked hydrogels of poly(ethylene glycol) diacrylate fabricated by UV polymerization.</a> Biomaterials. 22, 929-941 (2001).</li>
<li>Bryant, S. J., Anseth, K. S., Lee, D. A., Bader, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crosslinking+density+influences+the+morphology+of+chondrocytes+photoencapsulated+in+PEG+hydrogels+during+the+application+of+compressive+strain%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Orthop.+Res%22%5BJournal%5D)">Crosslinking density influences the morphology of chondrocytes photoencapsulated in PEG hydrogels during the application of compressive strain.</a> J. Orthop. Res. 22, 1143-1149 (2004).</li>
<li>Padmavathi, N. C., Chatterji, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+Characteristics+and+Swelling+Behavior+of+Poly%28ethylene+glycol%29+Diacrylate+Hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Structural Characteristics and Swelling Behavior of Poly(ethylene glycol) Diacrylate Hydrogels.</a> Macromolecules. 29, 1976-1979 (1996).</li>
<li>Ross, A. E., Tang, M. Y., Gemeinhart, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+molecular+weight+and+loading+on+matrix+metalloproteinase-2+mediated+release+from+poly%28ethylene+glycol%29+diacrylate+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22AAPS+J%22%5BJournal%5D)">Effects of molecular weight and loading on matrix metalloproteinase-2 mediated release from poly(ethylene glycol) diacrylate hydrogels.</a> AAPS J. 14, 482-490 (2012).</li>
<li>Sun, G., Zhang, X. -Z., Chu, C. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+the+molecular+weight+of+polyethylene+glycol+%28PEG%29+on+the+properties+of+chitosan-PEG-poly%28N-isopropylacrylamide%29+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Materi.+Sci.+Mater.+Med%22%5BJournal%5D)">Effect of the molecular weight of polyethylene glycol (PEG) on the properties of chitosan-PEG-poly(N-isopropylacrylamide) hydrogels.</a> J. Materi. Sci. Mater. Med. 19, 2865-2872 (2008).</li>
<li>Zustiak, S. P., Leach, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+Protein+Release+From+Hydrolytically+Degradable+Poly%28Ethylene+Glycol%29+Hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Characterization of Protein Release From Hydrolytically Degradable Poly(Ethylene Glycol) Hydrogels.</a> Biotechnol. Bioeng. 108, 197-206 (2011).</li>
<li>Ruan, G., Feng, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+and+characterization+of+poly%28lactic+acid%29-poly%28ethylene+glycol%29-poly%28lactic+acid%29+%28PLA-PEG-PLA%29+microspheres+for+controlled+release+of+paclitaxel%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Preparation and characterization of poly(lactic acid)-poly(ethylene glycol)-poly(lactic acid) (PLA-PEG-PLA) microspheres for controlled release of paclitaxel.</a> Biomaterials. 24, 5037-5044 (2003).</li>
<li>Loxley, A., Vincent, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Equilibrium+and+kinetic+aspects+of+the+pH-dependent+swelling+of+poly%282-vinylpyridine-co-styrene%29+microgels%5BTitle%5D)+AND+%22Colloid+Polym.+Sci%22%5BJournal%5D)">Equilibrium and kinetic aspects of the pH-dependent swelling of poly(2-vinylpyridine-co-styrene) microgels.</a> Colloid Polym. Sci. 275, 1108-1114 (1997).</li>
<li>Vivaldo-Lima, E., Wood, P. E., Hamielec, A. E., Penlidis, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+updated+review+on+suspension+polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Ind.+Eng.+Chem.+Res%22%5BJournal%5D)">An updated review on suspension polymerization.</a> Ind. Eng. Chem. Res. 36, 939-965 (1997).</li>
<li>Ritger, P. L., Peppas, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+equation+for+description+of+solute+release+I.+Fickian+and+non-fickian+release+from+non-swellable+devices+in+the+form+of+slabs%2C+spheres%2C+cylinders+or+discs%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">A simple equation for description of solute release I. Fickian and non-fickian release from non-swellable devices in the form of slabs, spheres, cylinders or discs.</a> Journal of Controlled Release. 5, 23-36 (1987).</li>
<li>Matsumoto, A., Kitazawa, T., Murata, J., Horikiri, Y., Yamahara, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+preparation+method+for+PLGA+microspheres+using+non-balogenated+solvents%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">A novel preparation method for PLGA microspheres using non-balogenated solvents.</a> J. Controlled Release. 129, 223-227 (2008).</li>
</ol>

著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。

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、...

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、安定剤や界面活性剤を使用せずに均一なサイズと形状の粒子を形成するという点で独特です。マイクロゲル形成は、エンタルピー沈殿またはエントロピー沈殿7によって連続相から分離したポリマー鎖を成長させるときに達成される。沈殿重合はしばしば高温で行われ、これは、溶媒8へのポリマーの溶解度を低下させるkosmotrophic塩の使用によって低下させることができる。この研究は、生物学的に適合した条件下での光重合沈殿反応によってポリ(エチレングリコール)(PEG)から形成されたマイクロゲルに焦点を当てており、マイクロゲルの特性を変更し、薬物送達アプリケーションのために分子をカプセル化するためのバリエーションがあります。
PEGハイドロゲルを用いた先行研究では、重合条件がハイドロゲルの物理的および機械的特性、すなわちハイドロゲルの含水率と圧縮弾性率3,9に大きく影響することが示されています。これらの架橋材料は、Flory10で記述された構造特性と物理的特性の関係を利用して、架橋ヒドロゲルを特定用途に合わせて調整できるため、興味深いものです。これらの原理は、マイクロゲルについても同様です。沈殿物形成PEGマイクロゲルは、再生医療の可能性を秘めていることがわかっています11が、将来の生物医学的応用のためにそのレパートリーを強化するためには、マイクロゲルの特性をさらに調査する必要がありました。本稿では、これらの材料を薬物送達や再生医療にさらに発展させるために重要となる、沈殿反応によるマイクロゲルの作製方法と、微粒子径、多分散指数(PDI)、密度、膨潤などの特性を変化させる手順について述べる。

<table><tbody><tr><td>リン酸緩衝生理食塩水(PBS)</td><td>MPバイオメディカル</td><td>2810305</td><td></td></tr><tr><td>トリエタノールアミン(TEOA)</td><td>JTベイ</td><td>カー9468-0137</td><td>°Cに予熱します。ピペッティング前のC</td></tr><tr><td>塩酸(HCl)</td><td>BDH Aristar</td><td>BDH3028</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Sulfate</td><td>J.T. Baker</td><td>3891-01</td><td></td></tr><tr><td>Irgacure 2959</td><td>Ciba</td><td>029891301PS04</td><td></td></tr><tr><td>Ovalbumin (OVA)</td><td>Invitrogen</td><td>34782</td><td></td></tr><tr><td>PEG 1,500</td><td>Alfa Aesar</td><td>A16241</td><td></td></tr><tr><td>PEG 3,000</td><td>Fluka</td><td>03997-1KG</td><td></td></tr><tr><td>PEG 4,000</td><td>Alfa Aesar</td><td>A16151</td><td></td></tr><tr><td>PEG 4,600</td><td>Sigma</td><td>373001-250G</td><td></td></tr><tr><td>PEG 6,000</td><td>Fluka</td><td>03394-1KG</td><td></td></tr><tr><td>PEG 10,000</td><td>Alfa Aesar</td><td>B21955</td><td></td></tr><tr><td>Dextran 70</td><td>TCI</td><td>D1449</td><td></td></tr></tbody></table>

沈殿形成ポリエチレングリコールマイクロゲルの特性は、反応物の分子量によって制御されます

Characteristics of Precipitation-formed Polyethylene Glycol Microgels Are Controlled by Molecular Weight of Reactants

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。

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、...

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。

This work describes the formation of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels via a photopolymerized precipitation reaction. Precipitation reactions offer ...

この手順の総合的な目的は、光重合沈殿反応を用いてポリエチレングリコールマイクロゲルを形成し、これをドラッグデリバリー担体および組織工学スキャフォールドとして利用することです。まず、光開始剤、緩衝液、トリエチルアミン、およびPEG DL溶液を含む試薬を調製し、それらを37 °Cに加温することでこれを達成します。次のステップでは、試薬をマイクロ遠心チューブに入れ、37 °Cの温度を維持しながらボルテックスします。次に硫酸ナトリウムを混ぜ合わせ、溶液をUVライトの下に置き、30秒間架橋させます。架橋後、溶液の上にマイクロゲルを含む白濁した層が形成されます。最終ステップとして、混合物にPBSを加え、遠心分離してペレットを形成します。最終的に、マイクロゲルのサイズ測定には顕微鏡観察および動的光散乱法を用い、密度はデキストリン密度勾配を用いて測定します。さらに、マイクロゲルのウェット重量およびドライ重量を測定することで、膨潤量を算出します。エマルション法、懸濁法、分散法などの他の手法と比較した本手法の主な利点は、沈殿反応によって形成されるマイクロゲルが、有機溶媒や安定剤を使用せずに低い多分散指数を持つことです。また、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、および注射に適した低粘度であることから、NVivoアプリケーションへの適用に適しています。この手法は、均一なサイズと低い多分散指数を兼ね備えたスキャフォールドの作製など、組織工学および再生医療分野における重要な課題の解決に寄与します。本技術は、薬剤中の成長因子を容易にカプセル化できるため、薬物送達治療への応用も期待されます。まず、光開始剤を500 mg量り取り、100 mLの脱イオン水に加えて0.5%溶液を調製します。溶液を紫外線から保護し、光開始剤を完全に溶解させるため、絶えず攪拌しながら約1時間、40 °Cまで加熱します。完全に溶解した後、0.22 micronフィルターを用いて溶液を滅菌ろ過し、使用時まで4 °Cの暗所で保存します。次に、粘度を下げるため、Triethylamineを37 °Cに予熱します。次に、その溶液612 µLと6 M塩酸260 µLを39.4 mLのPBSに加え、pHを7.8に無菌的に調整します。最終溶液を0.22 micronフィルターでろ過し、使用時まで37 °Cで保存します。Sonyらの報告に基づき、公表されている方法に従ってPEG前駆体を調製し、完成した製品をアルゴン雰囲気下、-20 °Cで保存します。その後、使用直前に、200 mgのpeg di acrylateに、トリエタノールアミンと塩酸を添加したPBS 0.8 mLをゆっくりと加えることで、200 mg/mLのPeg di Acrylate溶液を1 mL調製します。また、実験の直前に、硫酸ナトリウム2

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

降水形成されたポリエチレングリコールマイクロゲルの特徴は、反応物の分子量によって制御されます

この記事では、ジブロック共重合体を用いたポリマーをベースとしたナノ粒子を合成するナノ析出の方法を説明します。私たちは、ジブロックの合成共重合体、ナノ析出技術、及び潜在的なアプリケーションについて説明します。...

ナノ析出法を通じて、ジブロック高分子ナノ粒子の製剤

このビデオは、連鎖重合ヒドロゲル合成を可能にする、ポリ（エチレングリコール）メタクリレートするための迅速、効率的な方法を説明します。それは同様に、機能化効率を評価、トラブルシューティングや高度な修正のための提案を提供し、典型的なハイドロゲルの特性評価技術を実証するために、ペプチド、詳細一般的な分析方法にメタクリルの機能を導入する方法を紹介します。...

マイクロ波支援ポリの機能化（エチレングリコール）と連鎖重合で使用するためには樹脂ペプチドおよびヒドロゲル形成

私たちは、過飽和NIPAAmモノマー溶液の相分離に基づいて明確に区画化された構造を持つ、完全に同じ基材であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAAm)で構成されるヤヌスマイクロハイドロゲルを合成するためのプロトコルを提示します。合成されたヤヌスマイクロヒドロゲルは、異方性熱応答性、有機親和性/親水性ローディング能力などのユニークな特性を示します。...

ポリの合成（<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide）異方性熱応答性および有機性/親水性ローディング機能のためのヤヌスMicrohydrogels

この記事では、可視光を介した分散重合を使用して高分子自己組織化ナノ粒子を生成するプロセスについて説明します。低エネルギーの可視光を使用して重合を制御することで、高固形分で自己組織化したワーム様ミセルの再現性のある形成が可能になります。...

Photoredox触媒を用いた可視光媒介分散重合によるワームのようなミセルの簡便な合成

非撹拌沈殿重合は、狭いサイズ分布の刺激応答性ポリ（N -isopropylacrylamide）ミクロゲルの合成への迅速な、再現性のプロトタイピング手法を提供します。このプロトコル合成では、光散乱特性評価および広視野顕微鏡のセットアップでこれらのミクロゲルの単一粒子蛍光追跡が実証されています。...

制御された合成および均一性の高いポリの蛍光トラッキング（<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide）ミクロゲル

メトキシポリエチレングリコール（MPEG-B -PPheGE）のフェニルグリシジルエーテル（PheGE）のリビングアニオン重合の重要なステップが記載されています。得られたブロック共重合体ミセル（のBCM）は、生理学的に関連する条件が得られた下で4日間にわたってドキソルビシン14％（重量％）と薬物の徐放を装填しました。...

π-πスタッキング相互作用によって安定化されたブロック共重合体ミセルの調製のための両親媒性共重合体のアニオン重合

分解性感温ハイドロゲル ヒドラゾン架橋高分子オリゴマー バルク スケール、マイクロ スケール、およびナノスケール、ゲル粒子・...

自己組織化反応押出、マイクロフルイディクス, 経由で複数の長さスケールでの分解性感温ハイドロゲルを加工・ エレクトロスピニング

ここでは、製造プロセスと semi-three-dimensional (半 3 D)...

サイズ制御されたポリ (エチレング リコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

相補的な反応性基を有するミクロゲルロッドは、水溶液中で相互連結する能力を有するマイクロフルイディクスを介して製造される。異方性ミクロゲルは、球形ベースのシステムと比較して、より大きな細孔を有する安定した構築物に詰まりそして相互連結する。GRGDS-PCで修飾されたミクロゲルは、細胞培養に使用できるマクロポーラス3Dコンストラクトを形成します。...

ミクロゲルロッドからの連結マクロポーラス3D足場

粒状足場内の粒子画分のばらつきを最小限に抑えることで、再現性のある実験が容易になります。この研究では、 in vitro...

3D細胞培養のための微多孔性アニール粒子足場における粒子分率の制御(英語)

学ぶPEGマイクロゲルの光重合沈殿法による調製法。分子量制御で粒子径と膨潤性を調整し、薬物送達や組織工学スキャフォールドへの応用可能性を示します。

沈殿形成ポリエチレングリコールマイクロゲルの特性は、反応物の分子量によって制御されます

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