Name: Kenmerken van neerslag gevormde Polyethyleen Glycol Microgels worden gecontroleerd door Moleculair gewicht van de reactanten (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-23T14:15:00.000+00:00
Duration: 11 min 32 s
Description: Leer hoe PEG-microgels worden gevormd via fotopolymerisatie en hoe het molecuulgewicht de diameter en zwelverhouding beïnvloedt. Deze methode is waardevol voor geneesmiddelafgifte en weefselengineering.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De financiering voor dit project kwam via NSF CBET Award 1061834. De auteurs willen CIBA graag bedanken voor een monster van foto-initiator.

1. Voorbereiding van oplossingen voor gebruik bij de fabricage van microgels
<ol>
	<li>Voor het begin van de precipitatiereactie, bereid de benodigde oplossingen voor en verwarm ze tot 37 °C. De benodigde oplossingen zijn 0,5% foto-initiator, 1,5 M Na2SO4, bufferoplossing, 200 mg/ml PEG-diacrylate (PEG-DA) oplossing, en 1x fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS). Opmerking: Acryliseer alle PEG-precursoren volgens gepubliceerde methoden en bewaar ze bij -20 °C onder argon tot gebruik12.</li>
	<li>Weeg de foto-initiator af en los deze op in gedeïoniseerd (DI) H2O voor een 0,5 (w/v)% oplossing. Het is belangrijk om de oplossing te beschermen tegen blootstelling aan UV-licht.
	<ol>
		<li>Na volledige oplossing, filter door een 0,22 μm filter. Deze oplossing kan van tevoren worden gemaakt en bij 4 °C in het donker worden bewaard. Opmerking: Verkort de roertijd tot ongeveer 1 uur door de oplossing te verwarmen tot 40 °C tijdens het roeren.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Voor 1x PBS, voeg 1 tablet PBS toe aan 1 L DI H2O en filter door een 0,22 μm filter. PBS kan van tevoren worden gemaakt en bij 4 °C worden bewaard.</li>
	<li>Meet 39,4 ml van fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS, pH=7,4) en voeg 612 μl triethanolamine (TEOA) en 260 μl van 6 M zoutzuur (HCl) toe. Opmerking: TEOA is erg stroperig; verwarm TEOA vooraf tot 37 °C voordat u gaat pipetten.
	<ol>
		<li>Pas de pH van de buffer aan zodat deze ongeveer 7,7 is en filter door een 0,22 μm filter (uiteindelijke pH ~7,8). De bufferoplossing kan worden opgeschaald, van tevoren worden gemaakt en bij 37 °C worden bewaard.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Maak de PEG-DA oplossing voordat u elke keer de reactie begint; verminderde reactiviteit is waargenomen als de oplossing wordt opgeslagen. Weeg PEG-DA af en voeg PBS/TEOA/HCl buffer toe tot de uiteindelijke concentratie van 200 mg/ml. Opmerking: Voeg de buffer langzaam toe om de PEG-concentratie zorgvuldig te beheersen, omdat PEG opzwelt in oplossing. 
	Opmerking: Deze oplossing is zeer aanpasbaar. Opties voor het aanpassen van microgels omvatten: het veranderen van het uitgangsmolecuulgewicht van PEG om de eigenschappen van microgels te wijzigen, het gebruik van een afbreekbaar PEG-precursor om afbreekbare microgels te fabriceren, het steriel filteren van alle oplossingen voor biologisch steriele microgels, het voltooien van het vormingsproces in een laminar flow hood, en ten slotte het toevoegen van functionele groepen aan het oppervlak door deze in de PEG-oplossing te incorporeren.</li>
	<li>Weeg Na2SO4 af en los het op in DI H2O voor een 1,5 M oplossing. Voor de beste resultaten moet de natriumsulfaatoplossing ook net voordat de reactie begint worden gemaakt.
	<ol>
		<li>Verhit en vortex de oplossing tot Na2SO4 volledig is opgelost. Filter indien nodig door een 0,22 μm filter.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Microgel fabricage
<ol>
	<li>Plaats 127,5 μl van PBS/TEOA/HCl buffer, 10 μl van 0,5% foto-initiator en 25 μl van 200 mg/ml PEG oplossing in de buisjes waar de microgels worden gevormd; meestal 2 ml microcentrifugebuisjes.
	<ol>
		<li>Verhit deze buisjes samen met de 1,5 M Na2SO4 oplossing tot 37 °C.</li>
		<li>Meng de buisjes tijdens het verhitten. Opmerking: Dit microgelprotocol kan worden opgeschaald.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Om moleculen in de microgels in te kapselen, voeg het gewenste molecuul (bijv. ovalbumine) toe aan de PBS/TEOA/HCl buffer, foto-initiator en PEG-oplossing. Na het netvorming zal het molecuul in het microgelnetwerk worden vastgehouden.</li>
	<li>Voltooi elke microgelreactie één voor één. Neem de eerste buis en voeg 87,5 μl van 1,5 M Na2SO4 toe.</li>
	<li>Meng de buis door 3-5x te pipetteren; of wacht 30 seconden. Na het mengen zal de zoutconcentratie gelijkmatig verdeeld zijn en zou de oplossing helder moeten zijn.</li>
	<li>Plaats de buis onder de UV-lichtbron en netvorm gedurende 30 seconden. Na het netvormen zou er een troebele laag op de oplossing moeten zijn, deze laag bevat de microgels. Zie Figuur 1 voor reactieschema.</li>
	<li>Voeg 750 μl PBS toe om een pellet te vormen bij centrifugatie en meng goed.</li>
	<li>Was de microgels 5 x door 2 min bij 4.000 x g te centrifugeren om een pellet te vormen en het supernatant te vervangen door PBS. Opmerking: Verontrust de microgelpellet niet tijdens bufferuitwisseling, het is mogelijk niet mogelijk om al het supernatant te verwijderen.</li>
</ol>
3. Microgel grootte en polydispersiteit
<ol>
	<li>Pipetteer 30 μl van microgels van de pellet die is gevormd door centrifugatie in 1 ml van DI H2O. Voor de beste resultaten, soniceer de microgeloplossing in een waterbad sonicator gedurende 1 uur (5

<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>

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben.

De fysische eigenschappen van PEG-microgels werden onderzocht op veranderingen in polymerisatieomstandigheden. Voor deze precipitatiereactie werden een bufferoplossing, 20% (w/v) PEG-diacrylate (MW 3.000, 4.600 of 6.000 Da) oplossing en een foto-initiator gemengd en verwarmd tot 37 °C. Toevoeging van 1,5 M Na2SO4, een kosmotrofe zout die de interacties tussen watermoleculen verhoogt, veroorzaakte dat PEG zich tijdelijk precipiteerde bij de toevoeging ervan. Dit effect is duidelijker bij hogere molec...

Per definitie zijn microgels hydrogels van elke vorm met een equivalent diameter van ongeveer 0,1-100 μm1. Vanwege hun grootte en eigenschappen zijn polymere microgels een veelzijdig hulpmiddel voor het bevorderen van geneesmiddelafgifte- en weefselengineeringsystemen. Terwijl bulkhydrogels uitgebreid worden gebruikt als weefselengineeringscaffolds en geneesmiddelafgiftesystemen met groot succes2-4, biedt een recente verschuiving naar microschalige controle van scaffolds een unieke kans voor microgels om te worden gebruikt als basismaterialen voor het bouwen van scaffolds. Bovendien hebben microgels een hoog oppervlak/volume-verhouding voor cellulaire interacties en in oplossing een lage viscositeit waardoor ze ideaal zijn voor injecties. Ten slotte kunnen microgels worden gevormd met behulp van talrijke polymeren door verschillende methoden, afhankelijk van de gewenste microgelkenmerken, waardoor ze zeer aanpasbaar zijn voor verschillende toepassingen.
Technieken om microgels te produceren omvatten suspensie, emulsie, dispersie of precipitatiepolymerisaties. Emulsie- en suspensiepolymerisaties vereisen doorgaans organische oplosmiddelen en oppervlakteactieve stoffen of stabilisatoren om de microgels te vormen. De aard van deze methoden levert een sterk verspreide deeltjesgrootteverdeling op5. Dispersie- en precipitatiereacties leveren deeltjes met een lagere polydispersiteit op6; deeltjes gevormd door dispersiepolymerisatie vereisen echter nog steeds het gebruik van stabiliserende agentia6. Microgels gevormd door precipitatiereacties zijn uniek omdat ze deeltjes van uniforme grootte en vorm vormen zonder het gebruik van stabilisatoren of oppervlakteactieve stoffen. Microgelvorming wordt bereikt wanneer groeiende polymeerketens zich scheiden van de continue fase door enthalpische of entropische precipitatie7. Precipitatiepolymerisatie vindt vaak plaats bij hoge temperaturen die kunnen worden verlaagd door het gebruik van kosmotrofe zouten, die de oplosbaarheid van het polymeer in het oplosmiddel verlagen8. Dit werk richt zich op microgels gevormd uit poly(ethyleenglycol) (PEG) door een fotogepolymeriseerde precipitatiereactie onder biologisch compatibele omstandigheden, met variaties om microgeleigenschappen te veranderen en moleculen te encapsuleren voor toepassingen in de geneesmiddelafgifte.
Eerdere studies met PEG-hydrogels tonen aan dat de polymerisatieomstandigheden de fysische en mechanische eigenschappen van hydrogels sterk beïnvloeden, namelijk het watergehalte van het hydrogel en het compressieve modulus3,9. Deze verknoopte materialen zijn interessant omdat de relatie tussen structurele en fysische eigenschappen, beschreven door Flory10, kan worden gebruikt om het verknoopte hydrogel af te stemmen voor specifieke toepassingen. Deze principes zijn vergelijkbaar voor microgels. PEG-microgels gevormd door precipitatie zijn gevonden om potentieel te hebben voor regeneratieve geneeskunde11, maar verder onderzoek naar de microgeleigenschappen was noodzakelijk om hun repertoire voor toekomstige biomedische toepassingen te verbeteren. Dit rapport beschrijft de procedure om microgels te fabriceren door middel van een precipitatiereactie en de kenmerken te wijzigen, zoals micropartikeldiameter, polydispersiteitsindex (PDI), dichtheid en zwelling, die belangrijk zouden zijn om deze materialen verder te ontwikkelen voor geneesmiddelafgifte of regeneratieve geneeskunde.

<table><tbody><tr><td>Fosfaat Buffered Saline (PBS)</td><td>MP Biomedical</td><td>2810305</td><td></td></tr><tr><td>Triethanolamine (TEOA)</td><td>J.T. Baker</td><td>9468-01</td><td>Voor het pipetten voorverwarmen tot 37 &deg;C</td></tr><tr><td>Zoutzuur (HCl)</td><td>BDH Aristar</td><td>BDH3028</td><td></td></tr><tr><td>Natriumsulfaat</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>Ovalbumine (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>

kenmerken van neerslag gevormde polyethyleen glycol microgels worden gecontroleerd door moleculair gewicht van de reactanten

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

Dit werk beschrijft de vorming van poly(ethyleenglycol) (PEG) microgels via een fotogepolymeriseerde precipitatiereactie. Precipitatiereacties bieden verschillende voordelen ten opzichte van traditionele microsfeerfabricagetechnieken. In tegenstelling tot emulsie-, suspensie- en dispersietechnieken zijn microgels gevormd door precipitatie van uniforme vorm en grootte, d.w.z. lage polydispersiteitsindex, zonder het gebruik van organische oplosmiddelen of stabilisatoren. De milde omstandigheden van de precipitatiereactie, aanpasbare eigenschappen van de microgels en lage viscositeit voor injecties maken ze toepasbaar voor in vivo doeleinden. In tegenstelling tot andere fabricagetechnieken kunnen microgeldkenmerken worden gewijzigd door het molecuulgewicht van het uitgangspolymeer te veranderen. Het verhogen van het molecuulgewicht van PEG bij aanvang vergrootte de diameter en het zwellingsvermogen van de microgels. Verdere aanpassingen worden voorgesteld, zoals het inkapselen van moleculen tijdens microgeldnetwerkvorming. Eenvoudige aanpassingen van de PEG microgeldbouwstenen worden onderzocht voor toekomstige toepassingen van microgels als geneesmiddelafgiftevoertuigen en weefselengineering schalen.

De grootte van de microgel is afhankelijk van de polymerisatieomstandigheden. Figuur 2A illustreert hoe de diameter van de microgel toeneemt bij een toenemend startmolecuulgewicht van PEG en een langere crosslinkingtijd. Representatieve afbeeldingen van microgels die zijn gebruikt voor groottebepaling bij verschillende molecuulgewichten en een crosslinkingtijd van 30 sec worden getoond in Figuren 2C-G. Voor PEG met een molecuulgewicht van 3.000 Da nam de gemiddelde diameter van de microg...

Dit werk beschrijft de vorming van poly(ethyleenglycol) (PEG) microgels via een fotogepolymeriseerde precipitatiereactie. Het verhogen van het moleculair gewicht van PEG verhoogde de diameter van de microgel en de zwellingsverhouding. Er worden eenvoudige aanpassingen aan de PEG microgel precipitatiereactie onderzocht voor toekomstige toepassingen van microgels als geneesmiddelafgiftesystemen en weefselengineering scafolds.

Kenmerken van neerslag gevormde Polyethyleen Glycol Microgels worden gecontroleerd door Moleculair gewicht van de reactanten

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

Het algemene doel van deze procedure is het vormen van polyethyleenglycol-microgels met behulp van een fotogepolymeriseerde precipitatiereactie, om deze te gebruiken als drug-delivery-voertuigen en scaffolds voor weefselengineering. Dit wordt bereikt door eerst de reagentia voor te bereiden, waaronder een foto-initiator, buffers, triethylamine en een PEG DL-oplossing, en deze op te warmen tot 37 °C. De tweede stap bestaat uit het plaatsen van de reagentia in een microcentrifugebuis en het vortexen hiervan terwijl een temperatuur van 37 °C wordt gehandhaafd.Vervolgens wordt natriumsulfaat erbij gemengd en wordt de oplossing 30 seconden onder UV-licht geplaatst om cross-linking te induceren. Na de cross-linking vormt zich aan de oppervlakte van de oplossing een troebele laag die de microgels bevat. De laatste stap is het toevoegen van PBS aan het mengsel en het centrifugeren om een pellet te vormen.Uiteindelijk worden microscopie en dynamische lichtverstrooiing gebruikt om de grootte van de microgels te meten, en wordt de dichtheid gemeten met behulp van een dextrine-dichtheidsgradiënt. Daarnaast wordt de mate van zwelling berekend door het natte en droge gewicht van de microgels te meten. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van andere methoden, zoals emulsie-, suspensie- en dispersietechnieken, is dat microgels die door precipitatiereactie zijn gevormd een lage polydispersiteitsindex hebben zonder het gebruik van organische oplosmiddelen of stabilisatoren; de milde omstandigheden van de precipitatiereactie, de aanpasbare eigenschappen van de microgels en de lage viscositeit voor injecties maken ze geschikt voor NVivo-toepassingen.Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in het veld van weefseltechnologie en regeneratieve geneeskunde, zoals de fabricage van scaffolds met zowel een uniforme grootte als een lage polydispersiteitsindex. De implicaties van deze techniek kunnen worden uitgebreid naar therapieën voor geneesmiddelentoediening, omdat groeifactoren in medicijnen gemakkelijk kunnen worden ingekapseld. Begin met het afwegen van 500 milligrams van de foto-initiator en voeg dit toe aan 100 milliliters gedeïoniseerd water om een 0,5% oplossing te maken.Bescherm de oplossing tegen UV-licht en verwarm deze tot 40 °C onder constant roeren gedurende ongeveer één uur om de foto-initiator volledig op te lossen. Nadat de oplossing volledig is opgelost, wordt deze steriel gefiltreerd door deze door een 0,22 micron filter te leiden en bewaard bij 4 °C in het donker tot gebruik. Verwarm vervolgens triethylamine voor tot 37 °C om de viscositeit te verlagen.Voeg vervolgens 612 µL hiervan samen met 260 µL zes molaire zoutzuur toe aan 39,4 mL PBS en stel de pH steriel in op 7,8. Filtreer de uiteindelijke oplossing door een 0,22 µm filter en bewaar deze bij 37 °C tot gebruik. Volg het werk van Sony et al. voor de PEG-precursoren volgens de gepubliceerde methoden en bewaar het eindproduct bij -20 °C onder argon; bereid vervolgens vlak voor gebruik 1 mL van een 200 mg/mL PEG-diacrylaat-oplossing door langzaam 0,8 mL van de PBS met toegevoegde triethanolamine en zoutzuur toe te voegen aan 200 mg PEG-diacrylaat.Weeg daarnaast, vlak voor het experiment, 213 milligram natriumsulfaat af en lossen dit op in één milliliter gedeïoniseerd water. Om een 1,5 molaire oplossing te bereiden, wordt de oplossing 20 minuten lang verhit tot 37 °C en vervolgens gevortext tot het volledig is opgelost. Zodra het is opgelost, worden zowel de uiteindelijke natriumsulfaatoplossing als de PEG-diacrylaatoplossing bij 37 °C gefiltreerd door 0,22 micron filters.Combineer 127,5 µL PBS met triethylamine en zoutzuur, 10 µL van de 0,5% foto-initiator en 25 µL van de 200 mg/mL PEG-diacrylaatoplossing in een 1,6 mL microcentrifugebuisje. Voeg vervolgens de gewenste moleculen voor inkapseling toe.Verwarm deze buisjes samen met de 1,5 molaire natriumsulfaatoplossing tot 37 °C. Voeg vervolgens 87,5 µL van de voorverwarmde 1,5 molaire natriumsulfaatoplossing toe aan het eerste buisje met de PEG-oplossing en meng de inhoud door de oplossing drie tot vijf keer te pipetteren. Na het mengen is de zoutconcentratie gelijkmatig verdeeld en moet de oplossing helder worden.Plaats de buis onder het UV-licht en crosslink gedurende 30 seconden. Na het crosslinken moet er een troebele laag bovenop de oplossing met de microgels zichtbaar zijn. Voeg vervolgens 750 µL PBS toe aan de buis en meng de oplossing goed door te vortexen.Centrifugeer het mengsel vervolgens bij 4.000 ×g gedurende twee minuten om een pellet te vormen. Verwijder na het centrifugeren het supernatant, waarbij u er zorg voor draagt dat de pellet niet wordt verstoord, en suspendeer de microgels in verse PBS. Was de microgels in totaal vijf keer met verse PBS, waarbij ze tussen elke wasbeurt opnieuw worden gecentrifugeerd tot een pellet.Verwijder na de laatste wasbeurt het supernatant en pipetteer 30 µL microgels vanuit het pellet in één milliliter gedeïoniseerd water. Sonicate vervolgens de microgeloplossing in een sonicatiebad gedurende één uur bij 50 tot 60 Hz en een vermogen van 1,4 A. Pipetteer daarna 15 µL van de microgeloplossing op een schone, zuuretsglazen objectglas en plaats hierop een zuuretsdekglaasje met nummer 1,5.Keer het objectglas om op een laboratoriumdoekje en druk voorzichtig op het glas om overtollige vloeistof te verwijderen en ervoor te zorgen dat de microgels in een enkele laag liggen. Maak vervolgens met een optische microscoop meerdere afbeeldingen van de microgels met een DIC 100 x olie-objectief. Meet de microgels om een representatieve diameter te bepalen.Bereken de polydispersiteitsindex met de hier getoonde volumegestuurde vergelijking, waarbij N het totale aantal microgels is en VI het volume van de microgel. Om de gemiddelde microgeldichtheid te meten, worden eerst dextrine-oplossingen bereid van 7, 6, 5, 4, 3 en 1% in gedeïoniseerd water; de dichtheden van de dextrine-oplossingen worden hier getoond. Voeg vervolgens twee milliliter van de 7% dextrine-oplossing toe aan een centrifugebuis van 15 milliliter.Pipetteer vervolgens langzaam twee milliliters van de 6% dextrine-oplossing om een aparte laag bovenop de 7% dextrine te vormen. Voeg na vijf minuten twee milliliters van de volgende laag toe, bestaande uit 5% dextrine, en ga op deze manier verder tot elke concentratie dextrine in volgorde van afnemende dextrineconcentratie is gelaagd. Laag vervolgens voorzichtig de microgels boven de 1% dextrine-oplossing en centrifugeer de gradiënt bij vijf graden Celsius bij 4 000 ×g gedurende 10 minuten.Visualise vervolgens de locatie van de microgels en bereken de dichtheid van de microgels op basis van hun positie tussen de lagen. Om de gezwollen massa van de microgels te meten, weegt u eerst een microcentrifugebuisje en voegt u daarna 1 mL van de microgels toe. Was de microgels vijf keer met gedeïoniseerd water, waarbij u tussen elke wasbeurt door spoelt.Centrifugeer het monster 10 minuten bij 4,000 ×g om de microgels na de laatste wasbeurt te pelletteren. Resuspendeer deze in gedeïoniseerd water en laat ze minimaal 48 uur zwellen. Centrifugeer de gezwollen microgels na 48 uur 10 minuten bij 4,000 ×g en verwijder vervolgens al het supernatant.Weeg vervolgens het monster en noteer de natte massa. Nadat een nauwkeurig nat gewicht is verkregen, worden de microgels bij minus 80 °C ingevroren en vervolgens gevriesdroogd om het water te verwijderen en de droge massa te bepalen. Zodra al het water is gesublimeerd, wordt het water- en polymeergehalte in de microgels berekend met behulp van de hier getoonde vergelijkingen, waarbij MS het natte gewicht van de microgels is en MD het droge gewicht.De gemiddelde diameter van PEG-microgels gevormd met verschillende moleculaire gewichten van 20% PEG wordt hier getoond. Het verlengen van de UV-blootstellingstijd had eveneens een effect op de diameter van de microgels. Naarmate de UV-blootstellingstijd toenam, namen ook de diameters van de drie hier getoonde formuleringen toe.De dichtheid, gemeten met dextrinegradiënten, nam af naarmate het molecuulgewicht van de precursor-peg-moleculen toenam. Dit wordt ook bevestigd in de grafiek van het waterpercentage, waar bleek dat peg met een hoger molecuulgewicht een hogere hoeveelheid water per gram polymeer bevat. Ten slotte, om aan te tonen dat de microgels geladen kunnen worden met fluorescent geconjugeerd eiwit, werd albumine aan het mengsel toegevoegd vóór de polymerisatie, waardoor het ingesloten raakte in de sferen.Toenemende concentraties van het fluorescent gelabelde eiwit verhoogden de polydispersiteitsindex van de sferen, maar de gemiddelde grootte bleef constant. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om alle oplossingen te verwarmen tot 37 °C en de microgels goed te vortexen om eventuele aggregaten op te breken tijdens het wassen en het prepareren van de objectglazen voor beeldvorming. Na deze procedure kunnen aanvullende methoden voor geneesmiddeleninkapseling worden uitgevoerd om verdere vragen te beantwoorden over het effect van de afgifte van het geneesmiddel.Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u peg DA microgels kunt creëren onder milde omstandigheden via precipitatiereacties.

characteristics-precipitation-formed-polyethylene-glycol-microgels

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Deze video is een snelle, efficiënte methode om poly (ethyleenglycol) methacrylaat illustreren, waardoor keten polymerisaties en hydrogel synthese. Het zal laten zien hoe je methacrylamide functionaliteiten dezelfde wijze te introduceren in peptiden, detail gemeenschappelijke analytische methoden om functionalisering efficiëntie te beoordelen, suggesties voor het oplossen van problemen en geavanceerde aanpassingen, en tonen typische hydrogel karakterisering technieken.

Microgolven Functionalisering van poly (ethyleenglycol) en On-hars Peptiden voor gebruik in Chain Polymerisaties en Hydrogel Vorming

We presenteren een protocol om Janus microhydrogels te synthetiseren die volledig zijn samengesteld uit hetzelfde basismateriaal, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), met een duidelijk gecompartimenteerde structuur op basis van de fasescheiding van een oververzadigde NIPAAm monomeeroplossing. De gesynthetiseerde Janus microhydrogels vertonen unieke eigenschappen zoals anisotrope thermoresponsiviteit en organofiel/hydrofiel laadvermogen.

Synthese van poly (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels voor Anisotropisch Thermo-responsiviteit en Organofiele / Hydrofiel Loading Capability

Niet-geroerde precipitatie polymerisatie geeft een snelle, reproduceerbare prototyping aanpak van de synthese van stimuli-gevoelige poly (N -isopropylacrylamide) microgels smalle grootteverdeling. In dit protocol synthese, lichtverstrooiing karakterisering en enkel deeltje fluorescentie volgen van deze microgels in een wide-field microscopie setup worden gedemonstreerd.

Gecontroleerde Synthese en Fluorescentie Tracking of Highly Uniform Poly (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) Microgels

De belangrijkste stappen van levende anionische polymerisatie van fenylglycidylether (PheGE) met methoxy-polyethyleenglycol (MPEG- -PPheGE b) worden beschreven. Het verkregen blokcopolymeer micellen (BCMS) werden beladen met doxorubicine 14% (gew%) en aanhoudende afgifte van geneesmiddel gedurende 4 dagen onder fysiologisch relevante omstandigheden werd verkregen.

Anionische polymerisatie van een amfifiele copolymeer voor de bereiding van blokcopolymeer micellen gestabiliseerd door π-π stapelen interacties

Protocollen zijn beschreven voor de fabrikatie van afbreekbaar thermoresponsive hydrogels op basis van het hydrazon cross-linking van polymere oligomeren op de schaal van de bulk, microscale, en nanoscale, de laatste voorbereiding van zowel de nanofibers als de gel nanodeeltjes.

Fabriceren van afbreekbaar Thermoresponsive Hydrogels op meerdere lengte schalen via reactieve extrusie, Microfluidics, zelf-assemblage en Electrospinning

Hier presenteren we een protocol ter illustratie van de fabricage processen en de verifiërende experimenten van een semi-three-dimensional (semi-3D) stroom-focusing microfluidic chip voor druppel vorming.

Generatie van grootte bestuurde Poly (ethyleen Glycol) Diacrylate druppels via Semi-3-dimensionale Flow gericht Microfluidic apparaten

Microgelstaven met complementaire reactieve groepen worden geproduceerd via microfluïdica met het vermogen om in waterige oplossing met elkaar te verbinden. De anisometrische microgels binden en verbinden zich tot stabiele constructies met grotere poriën in vergelijking met op bolvormige systemen gebaseerde systemen. Microgels gemodificeerd met GRGDS-PC vormen macroporeuze 3D-constructies die kunnen worden gebruikt voor celkweek.

Onderling verbonden macroporeuze 3D-steigers van Microgel-staven

Dit protocol beschrijft een reeks methoden voor het synthetiseren van de microgel-bouwstenen voor microporeuze gegloeide deeltjessteigers, die kunnen worden gebruikt voor een verscheidenheid aan regeneratieve geneeskundetoepassingen.

Microfluïdische synthese van microgel-bouwstenen voor microporeuze gegloeide deeltjessteiger

Het minimaliseren van de variabiliteit in de deeltjesfractie binnen korrelige steigers vergemakkelijkt reproduceerbare experimenten. Dit werk beschrijft methoden voor het genereren van granulaire steigers met gecontroleerde deeltjesfracties voor in vitro weefselmanipulatietoepassingen.

Deeltjesfractie regelen in microporeuze gegloeide deeltjessteigers voor 3D-celcultuur

Wij ontwikkelden een technologie op basis van silica mesoporeuze dunne film voor het selectief herstel van laagmoleculaire peptiden en eiwitten van humaan serum. De fysisch-chemische eigenschappen van onze mesoporeuze chips zijn volledig afgestemd op grote controle in peptide verrijking 'en derhalve profiel van de serum proteoom voor diagnostische doeleinden.

Laag moleculair gewicht eiwitverrijking op mesoporeuze silica dunne films voor de ontdekking van biomarkers

Leer hoe PEG-microgels worden gevormd via fotopolymerisatie en hoe het molecuulgewicht de diameter en zwelverhouding beïnvloedt. Deze methode is waardevol voor geneesmiddelafgifte en weefselengineering.

Kenmerken van neerslag gevormde Polyethyleen Glycol Microgels worden gecontroleerd door Moleculair gewicht van de reactanten

Meer video's verkennen