바이오 메디컬 응용 프로그램에 대한 초 소수성 고분자 재료를 제조

다음 실험의 전반적인 목표는 생체 의학용 폴리머 혼합물을 사용하여 생분해성 섬유 메쉬와 나노 또는 마이크로 입자 코팅을 제작하고, 공중합체 혼합물을 변화시켜 이러한 재료의 습윤성을 조절하는 것입니다. 이는 먼저 개환 중합을 통해 기능화 가능한 공중합체를 합성한 후, 탄화수소 C 18 사슬을 그라프팅함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 공중합체를 polycaprolactone 또는 lactide cog glycoside와 함께 유기 용매에 용해시킨 후, 전기 방사 또는 전기 분무를 실시하여 각각 3차원 마이크로 섬유 메쉬 또는 나노 마이크로 입자 코팅을 생성합니다.

그 다음, 섬유 직경, 공중합체 조성 및 블렌드 조성이 표면 젖음성에 어떠한 영향을 미치며 어떻게 초소수성 생체 재료로 이어지는지 이해하기 위해 메쉬와 코팅에 대해 접촉각 측정법 연구를 수행합니다. 전진 및 후퇴 수접촉각 연구를 통해 결정된 결과는 전기방사 블렌드 내 공중합체의 농도를 높임으로써 소수성이 어떻게 향상되는지를 보여줍니다. 이러한 기술의 응용 범위는 화학요법과 같은 상황까지 확장되는데, 이는 이러한 재료가 포집된 약물의 지속적 방출을 위한 국소 약물 전달 저장소 역할을 할 수 있으며, 관련 약물 방출이 폴리머 조성과 표면 거칠기에 의해 조절 가능하기 때문입니다.

먼저 동봉된 텍스트 프로토콜의 지침에 따라 실험에 필요한 단량체를 합성하십시오. 그런 다음 실리콘 오일 배스를 140 °C로 예열하십시오. 5-benzel oxy 1,3-dioxin 2g를 2.1 g씩 두 부분으로 나누어 측정하여, 각각 별도의 건조된 100 mL 둥근 바닥 플라스크에 넣으십시오.

다음으로, DL lactide 5.7 grams를 정밀하게 측정하여 이 플라스크들 중 하나에만 넣습니다. 두 플라스크 모두에 마그네틱 스터 바를 넣고 고무 마개로 밀봉합니다. 그 다음, 작은 서양배 모양 플라스크에 tin two ethyl H, no eight 240 milligrams를 측정하여 넣습니다.

단량체가 들어 있는 두 플라스크를 숄더 매니폴드(flank manifold)에서 5분 동안 질소로 퍼지한 후, 질소 분위기 하에서 5-벤조-1,3-다이옥신-2-온만 들어 있는 플라스크에 epsilon capralactone 4.24 milliliters를 첨가하십시오. 미량의 수분을 제거하기 위해 약 300 millitorr의 고진공을 15분 동안 가하여 세 플라스크의 내부 공기를 모두 배출하십시오. 그런 다음 플라스크 내부를 다시 질소로 충전하고, 다시 고진공을 가하십시오. 이 사이클을 총 3회 반복하십시오.

퍼지 후 마지막으로 질소 분위기를 조성한 다음, 단량체 플라스크를 140 °C 오일 배스에 넣습니다. 이어서 질소 분위기 하에서 주석 촉매가 들어 있는 샬레형 플라스크에 건조한 톨루엔 500 µL를 첨가하고, 단량체 혼합물에 촉매 용액 약 100 µL를 첨가합니다. 모든 고체 성분이 녹으면 혼합물을 140 °C에서 24시간 이내로 유지합니다.

그 다음 용융된 폴리머를 상온으로 냉각합니다. 냉각이 완료되면 폴리머를 50 milliliters의 di chloro methane에 녹인 후, 이 용액을 200 milliliters의 차가운 methanol에 넣어 침전시킵니다. 상층액을 따라내고 남은 폴리머를 고진공 상태에서 건조합니다.

건조된 폴리머를 추후 사용 시까지 -20 °C 냉동고에 보관하십시오. 이후 고압 수소화 반응기 내에서 약 6 g의 폴리머를 120 mL의 tetrahedran에 완전히 용해시키십시오. 그런 다음 2 g의 팔라듐 탄소 촉매를 첨가하십시오.

다음으로, 수소화 장치를 사용하여 용기에 수소를 첨가합니다. 50 PSI에서 4시간 동안 용기를 수소화합니다. 완료되면, 규조토 충전층을 사용하여 팔라듐 탄소 촉매를 여과하여 제거합니다.

그런 다음 회전 증발 농축기를 사용하여 폴리머를 약 50 milliliters까지 농축하십시오. 남은 부피를 차가운 methanol에 침전시킵니다. 다음으로, 상층액을 따라내고 남은 부피를 고진공 상태에서 건조시킨 후, 건조된 폴리머를 1.5 당량의 steric acid와 함께 500 milliliters의 건조한 dye chloral methane에 녹이십시오.

그 다음 DCC 2당량과 4-dimethyl amino pyridine 조각 3개를 첨가합니다. 질소 분위기 하의 실온에서 혼합물을 24시간 동안 교반합니다. 세 차례의 반복적인 여과 및 농축 과정을 통해 불용성 물질을 제거합니다.

마지막으로, 용액을 50 milliliters로 농축합니다. 농축된 폴리머를 175 milliliters의 차가운 메탄올에 침전시킨 후, boar funnel을 사용하여 폴리머를 여과합니다. 그 다음, 전기 방사를 위해 폴리머를 고진공 상태에서 하룻밤 동안 건조합니다. 전기 분무를 위해서는 폴리머를 하룻밤 동안 용해시키는데, polycaprolactone의 경우 클로로포름과 메탄올의 5:1 혼합액에 10~40% 농도로, PLGA의 경우 tetrahedran과 NN dimethylformamide의 7:3 혼합액에 10~40% 농도로 용해합니다.

클로로포름과 같은 용매에서 고분자 용액을 2%에서 10% 범위의 낮은 농도로 준비합니다. 다음으로, 18 gauge 바늘이 장착된 유리 주사기에 용액 약 4.5 milliliters를 채우고, 주사기를 주사기 펌프에 장착합니다. 그런 다음, 이 용액을 분사하는 속도를 시간당 5 milliliters로 설정합니다.

컬렉터 플레이트를 알루미늄 호일로 덮고, 외곽 가장자리를 마스킹 테이프로 고정합니다. 고전압 DC 전원 공급 장치의 전선을 바늘 팁에 연결하고, 접지를 컬렉터 드럼에 연결합니다. 첫 번째 시도로서 수행합니다.

넓은 영역을 커버하기 위해 팁과 컬렉터 사이의 거리를 15 centimeters로 설정합니다. 회전 및 이동 컬렉터 드럼을 45 RPMs로 작동시킵니다. 그런 다음 시린지 펌프를 시작하고 설정된 고전압 전원을 켭니다.

5 kV에서, 필요에 따라 전압을 초기에 조정하여 적절한 테일러 콘(tailor cone)을 형성합니다. 시린지 펌프가 정지하면 고전압 전원 장치를 끄고, 이어서 시린지 펌프와 전동 드럼을 끕니다. 전기방사 챔버의 환기 시스템은 최소 30분 동안 계속 가동하십시오.

그 다음 드럼에서 수집된 폴리머를 제거하고 후드 내에서 하룻밤 동안 미량의 용매를 증발시킵니다. PGLA 시트는 최소 2주 동안 실온에서 보관할 수 있으며, polycaprolactone 시트는 최대 2개월까지 실온에서 보관 가능합니다. 메쉬 또는 코팅된 재료를 0.5 centimeter x 3 centimeter 크기의 스트립으로 자른 후, 이 얇은 스트립을 접촉각 측정기의 스테이지 위에 올립니다.

고니오미터(Goniometer)를 사용하여 24 gauge 바늘로 5 µL의 물 방울을 분사하여 재료 표면에 접촉시킨 후, 20~25 µL의 물을 천천히 추가로 더하며 방울 이미지를 캡처합니다. 이는 전진 접촉각(advancing water contact angle)을 나타냅니다. 다음으로, 방울의 프로파일을 동시에 캡처하면서 동일한 방울을 천천히 흡입하여 제거합니다.

평균값을 보고하기 위해 여러 개의 서로 다른 표면 위치에서 이 과정을 10회 반복합니다. SEM 이미징 결과, 전기 방사된 메쉬는 얽힌 미세 섬유의 결과물이며, 전기 분사된 코팅은 다양한 크기의 입자 집합체임이 드러났습니다. 전기 방사와 전기 분사 혼합물을 통해 공중합체 dopamine 농도가 소수성에 영향을 미친다는 것이 밝혀졌습니다.

또한, 공중합체 조성은 소수성에 영향을 미치며, 여기에서 보는 바와 같이 PG C 18 함량이 높을수록 접촉각이 더 높아집니다. 침지된 전기방사 메쉬의 벌크 습윤 상태는 마이크로 컴퓨터 단층촬영을 사용하여 시간에 따라 비파괴적으로 추적할 수 있습니다. 상단 이미지 세트에서, 순수 폴리카프로락톤 메쉬는 첫날에 물이 벌크 재료로 침투하면서 빠르게 습윤됩니다.

반면에, 30% P-C-L-P-G-C 18로 도포된 메쉬는 벌크 구조 내에 공기가 남아 있어 75일 이상 비습윤 상태를 유지했습니다. 이러한 결과는 비습윤 응용 분야에서 초소수성 벌크 재료의 중요성을 보여줍니다. 세심한 계획을 세운다면, 이 고분자 화학 공정은 최소 3~4일 만에 완료할 수 있습니다.

또한, 적절한 전기방사 또는 전기분무 파라미터가 결정되면, 이러한 재료의 희망 두께에 따라 1~3시간 이내에 메쉬 제작 및 입자 코팅을 수행할 수 있습니다.