Name: Fabriceren van afbreekbaar Thermoresponsive Hydrogels op meerdere lengte schalen via reactieve extrusie, Microfluidics, zelf-assemblage en Electrospinning (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 7 s
Description: Leer hoe je afbreekbare thermoresponsieve hydrogels fabriceert op meerdere lengteschalen via reactieve extrusie, microfluidics en elektrospinnen. Deze methode maakt gecontroleerde vormen voor biomedische toepassingen mogelijk.

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

Financiering van de natuurwetenschappen en de Engineering onderzoek Raad van Canada (NSERC), het maken van de NSERC-IDEM (geïntegreerde ontwerp van extracellulaire Matrices) program, 20/20: NSERC Ophthalmic biomaterialen onderzoeksnetwerk, en de Ontario ministerie van onderzoek en Innovatie vroege onderzoeker Awards programma wordt erkend.

<ol><li>Heskins, M., Guillet, J. E. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10601326808051910">Solution Properties of Poly(N-isopropylacrylamide).</a> J. Macromol. Sci. A. 2 (8), 1441-1455 (1968).</li>
<li>Lutz, J. -F., Akdemir, Ö, Hoth, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Point+by+Point+Comparison+of+Two+Thermosensitive+Polymers+Exhibiting+a+Similar+LCST%3A+Is+the+Age+of+Poly%28NIPAM%29+Over%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Point by Point Comparison of Two Thermosensitive Polymers Exhibiting a Similar LCST: Is the Age of Poly(NIPAM) Over.</a> J. Am. Chem. Soc. 128 (40), 13046-13047 (2006).</li>
<li>Pelton, R. H., Chibante, P. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0166662286802748">Preparation of Aqueous Lattices with N-Isopropylacrylamide.</a> Colloids Surf. 20 (3), 247-256 (1986).</li>
<li>Palasis, M., Gehrke, S. H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0168365992902056">Permeability of Responsive Poly(N-Isopropylacrylamide) Gel to Solutes.</a> J. Controlled Release. 18 (1), 1-11 (1992).</li>
<li>Kawaguchi, H., Fujimoto, K., Mizuhara, Y. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00656929">Hydrogel Microspheres .3. Temperature-Dependent Adsorption of Proteins on Poly-N-Isopropylacrylamide Hydrogel Microspheres.</a> Colloid Polym. Sci. 270 (1), 53-57 (1992).</li>
<li>Okuyama, Y., Yoshida, R., Sakai, K., Okano, T., Sakurai, Y. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8241069">Swelling Controlled Zero-Order and Sigmoidal Drug-Release from Thermoresponsive Poly(N-Isopropylacrylamide-Co-Butyl Methacrylate) Hydrogel.</a> J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 4 (5), 545-556 (1993).</li>
<li>Snowden, M. J. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/-/content/articlelanding/1992/c3/c39920000803#!divAbstract">The Use of Poly(N-Isopropylacrylamide) Lattices as Novel Release Systems.</a> J. Chem. Soc. - Chem. Comm. (11), 803-804 (1992).</li>
<li>Haraguchi, K., Takehisa, T., Ebato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+cell+cultivation+and+cell+sheet+detachment+on+the+surface+of+polymer%2Fclay+nanocomposite+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Control of cell cultivation and cell sheet detachment on the surface of polymer/clay nanocomposite hydrogels.</a> Biomacromolecules. 7 (11), 3267-3275 (2006).</li>
<li>Lee, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Initiated+chemical+vapor+deposition+of+thermoresponsive+poly%28N-vinylcaprolactam%29+thin+films+for+cell+sheet+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Initiated chemical vapor deposition of thermoresponsive poly(N-vinylcaprolactam) thin films for cell sheet engineering.</a> Acta Biomater. 9 (8), 7691-7698 (2013).</li>
<li>Cole, M. A., Voelcker, N. H., Thissen, H., Griesser, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimuli-responsive+interfaces+and+systems+for+the+control+of+protein-surface+and+cell-surface+interactions%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Stimuli-responsive interfaces and systems for the control of protein-surface and cell-surface interactions.</a> Biomaterials. 30 (9), 1827-1850 (2009).</li>
<li>Feil, H., Bae, Y. H., Feijen, J., Kim, S. W. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/037673889180099R">Molecular Separation by Thermosensitive Hydrogel Membranes.</a> J. Membrane Sci. 64 (3), 283-294 (1991).</li>
<li>Kim, J., Park, K. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10432576">Smart hydrogels for bioseparation.</a> Bioseparation. 7 (4-5), 177-184 (1998).</li>
<li>Yamashita, K., Nishimura, T., Nango, M. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pat.290/abstract">Preparation of IPN-type stimuli responsive heavy-metal-ion adsorbent gel.</a> Polym. Adv. Tech. 14 (3-5), 189-194 (2003).</li>
<li>Ziolkowski, B., Czugala, M., Diamond, D. <a target="_blank" href="http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/1045389X12459591?journalCode=jima">Integrating stimulus responsive materials and microfluidics: The key to next-generation chemical sensors.</a> J. Intelligent Mater. Syst. Struct. 24 (18), 2221-2238 (2013).</li>
<li>Zhang, Y., Kato, S., Anazawa, T. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0964-1726/16/6/020">A flap-type hydrogel actuator with fast responses to temperature.</a> Smart Mater. Struct. 16 (6), 2175-2182 (2007).</li>
<li>Suzuki, D., Taniguchi, H., Yoshida, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autonomously+Oscillating+Viscosity+in+Microgel+Dispersions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Autonomously Oscillating Viscosity in Microgel Dispersions.</a> J. Am. Chem. Soc. 131 (34), 12058-12059 (2009).</li>
<li>Schild, H. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/007967009290023R">Poly(N-isopropylacrylamide): Experiment, Theory and Application.</a> Prog. Polym. Sci. 17, 163-249 (1992).</li>
<li>Oh, J. K., Min, K., Matyjaszewski, K. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma060258v">Preparation of poly (oligo (ethylene glycol) monomethyl ether methacrylate) by homogeneous aqueous AGET ATRP.</a> Macromolecules. 39 (9), 3161-3167 (2006).</li>
<li>Vihola, H., Laukkanen, A., Tenhu, H., Hirvonen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drug+Release+Characteristics+of+Physically+Cross-Linked+Thermosensitive+Poly%28N-vinylcaprolactam%29+Hydrogel+Particles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Pharm.+Sci%22%5BJournal%5D)">Drug Release Characteristics of Physically Cross-Linked Thermosensitive Poly(N-vinylcaprolactam) Hydrogel Particles.</a> J. Pharm. Sci. 97 (11), 4783-4793 (2008).</li>
<li>Zhang, L. F., Liang, Y., Meng, L. Z. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pat.1495/abstract">Thermo-sensitive amphiphilic poly(N-vinylcaprolactam) copolymers: synthesis and solution properties.</a> Polym. Adv. Tech. 21 (10), 720-725 (2010).</li>
<li>Smeets, N. M. B., Bakaic, E., Patenaude, M., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Injectable+and+tunable+poly%28ethylene+glycol%29+analogue+hydrogels+based+on+poly%28oligoethylene+glycol+methacrylate%29%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Comm%22%5BJournal%5D)">Injectable and tunable poly(ethylene glycol) analogue hydrogels based on poly(oligoethylene glycol methacrylate).</a> Chem. Comm. 50 (25), 3306-3309 (2014).</li>
<li>Lutz, J. -F. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pola.22706/full">Polymerization of oligo (ethylene glycol)(meth) acrylates: toward new generations of smart biocompatible materials.</a> J. Polym. Sci. A. 46 (11), 3459-3470 (2008).</li>
<li>Lutz, J. -F., Hoth, A. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma0517042">Preparation of Ideal PEG Analogues with a Tunable Thermosensitivity by Controlled Radical Copolymerization of 2-(2-Methoxyethoxy)ethyl Methacrylate and Oligo(ethylene glycol) Methacrylate.</a> Macromolecules. 39 (2), 893-896 (2006).</li>
<li>Patenaude, M., Campbell, S., Kinio, D., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+Gelation+Time+and+Morphology+of+Injectable+Hydrogels+Using+Ketone-Hydrazide+Cross-Linking%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Tuning Gelation Time and Morphology of Injectable Hydrogels Using Ketone-Hydrazide Cross-Linking.</a> Biomacromolecules. 15 (3), 781-790 (2014).</li>
<li>Patenaude, M., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/mz200121k">Injectable, Degradable Thermoresponsive Poly(N-isopropylacrylamide) Hydrogels.</a> ACS Macro Lett. 1 (3), 409-413 (2012).</li>
<li>Patenaude, M., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Injectable%2C+Mixed+Natural-Synthetic+Polymer+Hydrogels+with+Modular+Properties%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Injectable, Mixed Natural-Synthetic Polymer Hydrogels with Modular Properties.</a> Biomacromolecules. 13 (2), 369-378 (2012).</li>
<li>Smeets, N. M. B., Bakaic, E., Patenaude, M., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Injectable+poly%28oligoethylene+glycol+methacrylate%29-based+hydrogels+with+tunable+phase+transition+behaviours%3A+Physicochemical+and+biological+responses%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Injectable poly(oligoethylene glycol methacrylate)-based hydrogels with tunable phase transition behaviours: Physicochemical and biological responses.</a> Acta Biomater. 10 (10), 4143-4155 (2014).</li>
<li>Sivakumaran, D., Mueller, E., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature-Induced+Assembly+of+Monodisperse%2C+Covalently+Cross-Linked%2C+and+Degradable+Poly%28N-isopropylacrylamide%29+Microgels+Based+on+Oligomeric+Precursors%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Temperature-Induced Assembly of Monodisperse, Covalently Cross-Linked, and Degradable Poly(N-isopropylacrylamide) Microgels Based on Oligomeric Precursors.</a> Langmuir. 31, 5767-5778 (2015).</li>
<li>Bakaic, E., Smeets, N. M. B., Dorrington, H., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ra/c5ra00920k?iscitedby=True#!divAbstract">"Off-the-shelf" thermoresponsive hydrogel design: tuning hydrogel properties by mixing precursor polymers with different lower-critical solution temperatures.</a> RSC Adv. 5 (42), 33364-33376 (2015).</li>
<li>Bulpitt, P., Aeschlimann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+strategy+for+chemical+modification+of+hyaluronic+acid%3A+Preparation+of+functionalized+derivatives+and+their+use+in+the+formation+of+novel+biocompatible+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">New strategy for chemical modification of hyaluronic acid: Preparation of functionalized derivatives and their use in the formation of novel biocompatible hydrogels.</a> J. Biomed. Mater. Res. 47 (2), 152-169 (1999).</li>
<li>Kesselman, L. R. B., Shinwary, S., Selvaganapathy, P. R., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+Monodisperse%2C+Covalently+Cross-Linked%2C+Degradable+%22Smart%22+Microgels+Using+Microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Synthesis of Monodisperse, Covalently Cross-Linked, Degradable "Smart" Microgels Using Microfluidics.</a> Small. 8 (7), 1092-1098 (2012).</li>
<li>Sivakumaran, D., Mueller, E., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/sm/c7sm01361b#!divAbstract">Microfluidic production of degradable thermoresponsive microgels based on poly(N-isopropylacrylamide).</a> Soft Matter. , (2016).</li>
<li>Xu, F., Sheardown, H., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactive+Electrospinning+of+Degradable+Poly%28oligoethylene+glycol+methacrylate%29-Based+Nanofibrous+Hydrogel+Networks%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Comm%22%5BJournal%5D)">Reactive Electrospinning of Degradable Poly(oligoethylene glycol methacrylate)-Based Nanofibrous Hydrogel Networks.</a> Chem. Comm. 52 (7), 1451-1454 (2016).</li>
<li>Troll, K., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00396-008-1871-5">The collapse transition of poly(styrene-b-(N-isopropyl acrylamide)) diblock copolymers in aqueous solution and in thin films.</a> Colloid Polym. Sci. 286 (8), 1079-1092 (2008).</li>
<li>Patenaude, M., Campbell, S., Kinio, D., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+Gelation+Time+and+Morphology+of+Injectable+Hydrogels+Using+Ketone-Hydrazide+Cross-Linking%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Tuning Gelation Time and Morphology of Injectable Hydrogels Using Ketone-Hydrazide Cross-Linking.</a> Biomacromolecules. 15 (3), 781-790 (2014).</li>
<li>Kelly, T. A., Felder, M. S., Ollar, R. A. Inducing Apoptosis in a Mammalian Cell by Contacting with Paraffin or Agar. US Patent. , 6,274,377 (2001).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Slimme materialen hebben aanzienlijke aandacht als gevolg van hun potentieel voor omkeerbare "on-demand" Reacties op externe en/of milieu signalen aangetrokken. Temperatuur-responsieve materialen hebben aangetrokken van bijzonder belang vanwege hun lagere kritische oplossing temperatuur (LCST) gedrag, resulterend in temperatuur gestuurde neerslag bij temperaturen T > LCST1,2. In het kader van thermoresponsive hydrogels, dit lagere kritische oplossing temperatuur probleem manifesteert zich door omkeerbare zwelling/de-swelling gebeurtenissen die leiden in temperatuur-afstembare bulk maten tot (grotere op T < LCST)3, porie-grootte (groter op T < LCST)4en Interfaciale eigenschappen (meer hydrofiele op T < LCST)5. Dergelijke overgangen zijn grote schaal toegepast in de levering van de drug (voor externe of ecologisch-triggerable drug vrij4,6,7), engineering en cel weefselkweek (voor thermoreversible cel adhesie / delaminatie8,9,10), scheidingen (voor schakelbare membraan porosities en oppervlaktepermeabiliteiten of thermisch-recycleerbaar diagnostische ondersteunt11,12, 13), microfluidic (voor aan / uit-kleppen regelen stroom14,15), verwerkt en Rheologische modifiers (voor temperatuur-afstembare viscositeiten16). De meest gebruikte onderzocht thermoresponsive hydrogels zijn gebaseerd op poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM)17, hoewel ook aanzienlijke (en groeiende) werk werd uitgevoerd op poly (oligoethylene glycol methacrylaat) (POEGMA)2 ,18 en poly(vinylcaprolactam) (PVCL)19,20. POEGMA heeft recente belangstelling gezien de verwachte verbeterde biocompatibiliteit21,22en haar facile-naar-tune LCST gedrag, in welke lineair voorspelbare mengsels van monomeren met verschillende aantallen aangetrokken ethyleen oxide herhalen eenheden in hun zijketens kunnen wijzigen en de LCST van ongeveer 20 ° C tot > 90 ° C2,23. Echter, elk van deze polymeren wordt bereid door vrije radicaal polymerisatie en bevat dus een koolstof-koolstof-backbone, aanzienlijk beperken de potentiële nut en de vertaalbaarheid van dergelijke polymeren vallende binnen de context van de biomedische toepassingen waarin afbraak (of op zijn minst de capaciteit voor goedkeuring door renale filtratie) is meestal een vereiste.
In reactie op deze beperking, hebben we onlangs gemeld uitgebreid over de toepassing van hydrazon chemie (dwz., de reactie tussen hydrazide en aldehyde-matiemaatschappij pre polymeren) te bereiden afbreekbaar analogen van thermoresponsive hydrogels24,25,26,27,28,29. De snelle en omkeerbare reactie tussen hydrazide en aldehyde-groepen op het mengen van de voorloper van de matiemaatschappij polymeren30 kan beide gelering in situ (inschakelen facile injectie van deze materialen zonder de noodzaak voor chirurgische inplanting of enig ander type externe polymerisatie stimulans zoals UV bestraling of chemische Inleiding) evenals Hydrolytische afbraak van het netwerk op een hartslaggestuurde door de chemie en de dichtheid van het crosslinking sites. Bovendien, door het behoud van het molecuulgewicht van de pre-polymeren gebruikt voor het bereiden van de hydrogels onder de limiet van de renale filtratie, hydrogels gemaakt met behulp van deze aanpak degraderen terug in de oligomere voorloper polymeren die kunnen worden gewist uit het lichaam25 2827, ,. In combinatie met de lage cytotoxiciteit en de lage inflammatoire weefsel reactie veroorzaakt door deze materialen25,26,27, biedt deze aanpak een potentieel vertaalbare methode voor het gebruik van thermoresponsive slimme hydrogels in de geneeskunde, met name als goed gecontroleerde afbreekbaar analogen van dergelijke hydrogels op alle schalen van de lengte (bulk, micro en nano) kunnen worden vervaardigd.
In dit protocol beschrijven we methoden voor het maken van synthetische thermoresponsive pre polymeren matiemaatschappij met gecontroleerde aantal hydrazide aldehyde-groepen alsmede methoden toe te passen deze polymeren hydrogels met welbepaalde afmetingen om op te maken diverse lengte schalen. Dit manuscript behandelt in het bijzonder, vier verschillende benaderingen we hebben ontwikkeld om het mengen van de reactieve hydrazide en aldehyde-matiemaatschappij pre polymeren en dus het creëren van thermoresponsive hydrogel netwerken met welomschreven geometrieën en morphologies:
Als wilt maken afbreekbaar bulk hydrogels met gedefinieerde maten, een templating is beschreven strategie waaraan de reactieve pre polymeren worden geladen in afzonderlijke vaten van een dubbele vat spuit aan de uitlaat voorzien van een statische mixer en vervolgens mede geëxtrudeerd in een siliconen mold met de gewenste hydrogel vorm en afmetingen21,27 (Figuur 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig1.jpg"> Figuur 1 : Schematische van bulk hydrogel formatie. Hydrazide aldehyde-matiemaatschappij Polymeeroplossingen (in water of waterige buffer) zijn in afzonderlijke vaten van een dubbele vat spuit geladen en vervolgens mede geëxtrudeerd via een statische mixer in een cilindrische siliconen mal. Snelle in situ gelering op mengen vormen een hydrazon kruisverwijzende hydrogel, oftewel vrijstaande (zodra de mal wordt verwijderd) binnen enkele seconden tot minuten afhankelijk van de concentratie en de functionele groep-dichtheid van de polymeren vallende voorloper. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
Als wilt maken afbreekbare gel deeltjes op de micron-schaal, een reactieve microfluidics-methode wordt beschreven in welke voorloper Polymeeroplossingen zijn gelijktijdig gemengd en geëmulgeerde met behulp van een zachte litho-templated microfluidic chip ontwerp, waardoor de vorming van gemengde reactieve polymeren druppels gel die vervolgens in situ formulier gel microdeeltjes met maten templated door de emulsie (Figuur 2)31,32.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig2.jpg"> Figuur 2 : Schematische van gel microparticle vorming via reactieve microfluidics. (A, B) Hydrazide en aldehyde-matiemaatschappij Polymeeroplossingen (in water of waterige buffer) worden gevoed door spuitpomp in aparte reservoirs die stroomafwaarts via een zigzag-anker-reeks van kanalen die zijn ontworpen verbonden zijn voor het maken van een drukverschil terugvoer voorkomen. De polymeren worden dan gemengd net voordat het wordt schuingetrokken door paraffineolie die voortvloeien uit beide zijden (ook gedreven door een spuitpomp) en gedwongen door een mondstuk, resulterend in flow-focusing productie van waterige (polymeeroplossing) druppels in een fase van voortdurende paraffine olie (zie (B) voor een illustratie van het mondstuk gebied en het proces van de vorming van druppel). Een extra twee paraffine olie inhammen zijn na het mondstuk op verdere afzonderlijke de druppels in de collectie kanaal om te voorzien in volledige gelering vóór verwijderen van deeltjes uit laminaire flow, waarna het resulterende microparticulate gels zijn geplaatst verzameld in een magnetisch stirred bekerglas; (C) foto van druppel generatie proces op het mondstuk (Let op dat hydrazide polymeer wordt aangeduid als blauw om te illustreren mengen)
Afbreekbare gel deeltjes op nanoschaal, een thermaal aangedreven reactieve zelf-assemblage methode wordt beschreven in die een oplossing van een van de voorloper van de reactieve polymeren (de "zaad" polymeer) wordt verwarmd boven de LCST om te vormen van een stabiel nanoaggregate thats maken vervolgens kruisverwijzende door toevoeging van het polymeer van complementaire reactieve voorloper (de "crosslinking" polymeer); de resulterende hydrazon kruisverwijzende nanogel heeft een grootte templated rechtstreeks door de nanoaggregate (Figuur 3)28.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig3v2.jpg"> Figuur 3 : Schematische van de vorming van nanogel via thermisch gestuurde reactieve zelf-assemblage. Een waterige oplossing bevattende het polymeer (thermoresponsive) hydrazide-matiemaatschappij wordt verwarmd boven de lagere temperatuur van de kritische oplossing te creëren van een stabiel uncrosslinked-nanoaggregate. Na, een aldehyde-matiemaatschappij polymeer is toegevoegd aan de dwarslijn de nanoaggregate via hydrazon bond vorming en dus het stabiliseren van het nanogel deeltje op koelen onder de LCST. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig3v2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
Als u wilt maken afbreekbaar nanofibers, wordt een reactieve electrospinning techniek beschreven waarin een dubbele vat injectiespuit voorzien van een statische mixer aan de uitlaat (zoals gebruikt voor het maken van bulk hydrogels) is aangesloten op een standaard electrospinning platform (Figuur 4 )33.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig4.jpg"> Figuur 4 : Schematische van hydrogel nanofiber formatie via reactieve electrospinning. Een dubbele vat spuit met een statische mixer (geladen zoals beschreven voor bulk hydrogels maar ook met inbegrip van een fractie van ultrahoog moleculair gewicht poly(ethylene oxide) als electrospinning hulpmiddel) is gemonteerd op een spuitpomp, met de naald aan het einde van de spuit aangesloten om een hoog voltage power supply. Hydrazon crosslinking optreedt tijdens de vezel spinnen proces, zodat wanneer de stroom de verzamelaar (aluminiumfolie of een roterende aluminium schijf raakt) de nanofibrous morfologie behouden blijft. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
De toepassing van dergelijke methodes voor het maken van afbreekbaar slimme hydrogel netwerken is aangetoond in dit protocol via PNIPAM of POEGMA als het polymeer van belang; echter de basisoplossingen beschreven kunnen vertaald worden naar een in water oplosbaar polymeer, zij het met geschikte aanpassingen voor viscositeit en (in het geval van de zelf-assemblage nanogel fabricage methode) de stabiliteit van het pre polymeer bij de vorming van het zaad nanoaggregate.

<table><tbody><tr><td>Chemicals</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>2,2 - azobisisobutryic acid dimethyl ester</td><td>Wako Chemicals</td><td>101138</td><td></td></tr><tr><td>Di(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (M(EO)2MA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>447927</td><td>188,2 g/mol, n=2 ethyleenoxide herhaalde eenheden</td></tr><tr><td>Oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA475)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>447943</td><td>475 g/mol, n=8-9 ethyleenoxide herhaalde eenheden</td></tr><tr><td>Acrylic acid (AA), 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>147230</td><td></td></tr><tr><td>Thioglycolic acid (TGA), 98%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T3758</td><td></td></tr><tr><td>Dioxane, 99%</td><td>Caledon Labs</td><td>360481</td><td></td></tr><tr><td>Nitrogen, UHP grade</td><td>Air Liquide</td><td>Alphagaz1 765A-44</td><td></td></tr><tr><td>Adipic acid dihydrazide (ADH), 98%</td><td>Alfa Aesar</td><td>A15119</td><td></td></tr><tr><td>N'-ethyl-N-(3- dimethylaminopropyl)-carbodiimide (EDC, x%)</td><td>Carbosynth</td><td>FD05800</td><td></td></tr><tr><td>Hydrochloric acid (HCl), 37%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>320331</td><td></td></tr><tr><td>Sodium hydroxide (NaOH), 97%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>221465</td><td></td></tr><tr><td>Aminoacetyl aldehyde dimethyl acetal, 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>121967</td><td></td></tr><tr><td>4-Hydroxy-TEMPO, 97%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>176141</td><td></td></tr><tr><td>Methacryloyl chloride,97x%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>523216</td><td></td></tr><tr><td>Petroleum ether, 95%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>32047</td><td></td></tr><tr><td>Magnesium sulfate, 99,5%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M7506</td><td></td></tr><tr><td>tert-Butyl methyl ether, >99,0%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>443808</td><td></td></tr><tr><td>Phosphate buffered saline</td><td>BioShop</td><td>PBS405.1</td><td>1x, pH 7,3-7,5</td></tr><tr><td>N-isopropylacrylamide, 99%</td><td>J&amp;K Scientific</td><td>258717</td><td>Herkristalliseerd uit 60% hexanen/40% tolueen</td></tr><tr><td>Ethanol, anhydrous</td><td>Commerical Alchols</td><td>P016EAAN</td><td></td></tr><tr><td>Span 80</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S6760</td><td></td></tr><tr><td>Heavy paraffin oil</td><td>Caledon Labs</td><td>1326197</td><td></td></tr><tr><td>Pentane, reagent grade</td><td>Caledon Labs</td><td>1/10/7800</td><td></td></tr><tr><td>Poly (ethylene oxide) gemiddelde Mv 600.000</td><td>Sigma Aldrich</td><td>182028</td><td></td></tr><tr><td>Benvloeden essentieel voor synthese en hydrogel fabricage</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rotor evaporator</td><td>Heidolph</td><td>G3</td><td></td></tr><tr><td>Dialysebuis (3500 Da molecuulgewicht cut-off)</td><td>Spectrum Labs</td><td>28170-166</td><td>Vol/lengte= 6,4mL/cm</td></tr><tr><td>Dubbele vatspuit</td><td>Medmix</td><td>L series</td><td>L series, 2,5 mL, 1:1 volumeverhouding</td></tr><tr><td>Statische mixer</td><td>Medmix</td><td>L series</td><td>L series, 2,5 mL, 1:1 volumeverhouding, 1,5" lengte</td></tr><tr><td>Siliconen rubber blad, 1/16" dikte</td><td>McMaster-Carr</td><td>9010K12, 30A Durometer (Super Soft)</td><td></td></tr><tr><td>Spuitpomp</td><td>KD Scientific</td><td>KDS Legato 200</td><td>Infuse Only Dual Spuitpomp</td></tr><tr><td>Hoogspanningsvoeding</td><td>Spellman</td><td>230-20R</td><td>0 tot 20 kV</td></tr><tr><td>Microfluidische Chip Fabricage</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Silicion wafer</td><td>University Wafer</td><td>2080</td><td>D = 76,2 mm; 380 &micro;m dikte; P-doped; &lt;100> oriëntatie&nbsp;</td></tr><tr><td>SU-8 100</td><td>MicroChem</td><td>Y131273</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Developer</td><td>MicroChem</td><td>Y020100</td><td></td></tr><tr><td>Aangepaste 2,5" spincoater</td><td>Gebouwd in-house</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Mask Aligner</td><td>KARL SUSS</td><td>MJB3 UV400 (met een 276 W lamp)</td><td></td></tr><tr><td>Masterflex L/S 13 Silicone Tubing</td><td>Cole Parmer</td><td>OF-96400-13</td><td>Peroxide-gehard</td></tr><tr><td>Dow Corning Sygard 184 Silicone Elastomer Base&nbsp;</td><td>Ellsworth Adhesives</td><td>4019862</td><td></td></tr><tr><td>Dow Corning Sygard 184 Silicone Elastomer Curing Agent&nbsp;</td><td>Ellsworth Adhesives</td><td>4019862</td><td></td></tr><tr><td>High Power Plasma Cleaner&nbsp;</td><td>Harrick</td><td>PDC-002-HP</td><td></td></tr><tr><td>Karakterisering Instrumenten</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mach 1 micromechanische tester</td><td>Biomomentum</td><td>LB007-EN</td><td></td></tr><tr><td>Cellstar weefselkweek 12 welpjes plaat</td><td>Greiner Bio-one</td><td>665 180</td><td></td></tr><tr><td>Celcultuur insert voor 12 welpjes plaat</td><td>Corning</td><td>08-771-12</td><td>8 &micro;m poriegrootte</td></tr><tr><td>Optische microscoop</td><td>Olympus BX51 optische microscoop</td><td>BX51</td><td></td></tr><tr><td>Temperatuur-gecontroleerde microscooptafel</td><td>Linkam Scientific</td><td>THMS600</td><td></td></tr><tr><td>Gel permeatie chromatograaf (GPC)</td><td>Waters</td><td>590 HPLC pomp</td><td>Waters Styragel kolommen (HR2, HR3, HR4; 30 cm x 7,8 mm (ID); 5 mm deeltjes), Waters 410 refractieve index detector</td></tr><tr><td>Dynamische lichtverstrooiing (DLS)</td><td>Brookhaven</td><td>90Plus Deeltjesgrootte Analyzer</td><td></td></tr><tr><td>Transmissie elektronenmicroscopie (TEM)</td><td>TEMSCAN</td><td>JEOL 1200EX</td><td>Accelererende spanning 100 kV</td></tr><tr><td>Scanning elektronenmicroscopie (SEM)</td><td>Tescan</td><td>Vega II LSU</td><td>Accelererende spanning 10 kV</td></tr><tr><td>Microsquisher</td><td>CellScale Biomaterials Testing</td><td>MS-50M-01</td><td></td></tr></tbody></table>

fabriceren van afbreekbaar thermoresponsive hydrogels op meerdere lengte schalen via reactieve extrusie, microfluidics, zelf-assemblage en electrospinning

Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning

Terwijl verschillende slimme materialen werden onderzocht voor een verscheidenheid van biomedische toepassingen (bijvoorbeelddrug delivery, weefselkweek, bioimaging, enz.), heeft het uiteindelijke klinische gebruik belemmerd door het ontbreken van biologisch relevante afbraak waargenomen voor meest slimme materialen. Dit geldt met name voor temperatuur-responsieve hydrogels, die bijna uniform gebaseerd zijn op functioneel niet-afbreekbare zijn polymeren (bijvoorbeeld, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) of poly (oligoethylene glycol methacrylaat) (POEGMA) ). Als zodanig, voor het effectief vertalen het potentieel van thermoresponsive hydrogels op de uitdagingen van de afstandsbediening of metabolisme-gereglementeerde drug delivery, cel steigers met afstembare cel-materiaal interacties, theranostic materialen met het potentieel voor zowel imaging en drug delivery, en andere dergelijke toepassingen moet een methode, maken de hydrogels (indien niet volledig afbreekbaar) ten minste staat renal goedkeuring na de vereiste levensduur van het materiaal. Te dien einde beschrijft dit protocol de bereiding van hydrolytisch afbreekbaar hydrazon-kruisverwijzende hydrogels op meerdere lengte schalen op basis van de reactie tussen hydrazide en aldehyde-matiemaatschappij PNIPAM of POEGMA oligomeren met moleculaire gewichten beneden de limiet van de renale filtratie. In het bijzonder methoden te fabriceren afbreekbaar thermoresponsive bulk hydrogels (met behulp van een dubbele vat spuit techniek), hydrogel deeltjes (op zowel de microscale door het gebruik van een microfluidics platform te vergemakkelijken gelijktijdige mengen en membraanemulsificatie van de voorloper van polymeren en de nanoschaal met behulp van een thermisch gestuurde zelf-assemblage en dwarsbinding methode), en hydrogel nanofibers (met behulp van de strategie van een reactieve electrospinning) worden beschreven. In elk geval, hydrogels met temperatuur-responsieve eigenschappen vergelijkbaar zijn met die bereikt via conventionele vrije radicalen dwarsbinding processen kan worden bereikt, maar het hydrazon kruislings gekoppelde netwerk kan worden afgebroken na verloop van tijd opnieuw vormen de oligomere precursor polymers en opruiming inschakelen. Zo, we anticiperen op deze methoden (die kan worden generiek toegepast op ieder synthetische oplosbaar polymeer, niet alleen slimme materialen) kunnen gemakkelijker vertaling van synthetische slimme materialen tot klinische toepassingen.

Bulk hydrogels geëxtrudeerd uit een dubbele vat spuit in een siliconen mal in overeenstemming zijn met de afmetingen van de schimmel en vrijstaande geworden na verwijdering van de schimmel; gelering doet zich meestal voor seconden tot minuten volgende co-extrusie afhankelijk van polymere precursors gebruikt. Typische karakterisering via zwelling (gemeten gravimetrisch met behulp van een cel cultuur invoegen om gemakkelijk de hydrogel van de zwelling oplossing), thermoresponsivity (gemeten met gebruikmaking van dezelfde techniek, maar de bovenstaande incubatietemperatuur fietsen en onder de fase overgang temperatuur) toont afbraak (gemeten met behulp van de dezelfde techniek, maar over langere perioden), en schuintrekken of druksterkte modulus (gemeten met behulp van 2 mm dik en 7 mm diameter gegoten monsters) de tunability van de hydrogel reacties afhankelijk van de chemie van het polymeer van de voorloper (specifiek, voor POEGMA, de verhouding van korte tot lange keten OEGMA monomeren gebruikt om te bereiden de hydrogel), de molaire fractie van functionele groepen op de voorloper van polymeren en de concentratie van die voorloper van polymeren (Figuur 5)27.
Microfluidics leidt tot de vorming van welomschreven gel microdeeltjes op de schaal van de grootte van 25-100 µm, met de grootte controleerbaar op basis van het debiet van de aardolie en/of de gecombineerde waterige polymeer fasen (figuur 6A)31. Warme fase optische microscopie bevestigt dat de gel microdeeltjes de thermoresponsive aard van de bulk hydrogels, omkeerbare temperatuur-afhankelijke zwelling handhaven-deswelling met slechts een lichte hysteresis op cyclus 1 (uitkeerbaar aan tonen de vorming van de onomkeerbare waterstofbrug tussen naburige amidegroepen in de samengevouwen34) stroken met die waargenomen in bulk PNIPAM hydrogels (figuur 6B)32. Bovendien, de gel microdeeltjes degraderen terug naar hun oligomere precursoren na verloop van tijd, waardoor renal clearance (Figuur 6 c)32.
Zelf-assemblage gedreven door de nanoaggregation van een PNIPAM hydrazide-matiemaatschappij polymeer in een verwarmde oplossing gevolgd door crosslinking met een aldehyde-matiemaatschappij PNIPAM polymeer resulteert in zeer monodispers nanogels (polydispersiteit < 0.1) op de groottewaaier van 180-300 nm, afhankelijk van de omstandigheden van het proces gebruikt (Figuur 7A)28. De nanogels behouden het gedrag van de typische thermoresponsive van conventionele vrije radicalen kruisverwijzende PNIPAM nanogels, met een lagere mate van thermische deswelling waargenomen als meer cross-linking polymeer (Figuur 7B) is toegevoegd. De nanogels kan worden gelyofiliseerde vorm en redispersed zonder een verandering in de grootte van de deeltjes (Figuur 7C) en degraderen na verloop van tijd via hydrolyse opnieuw vormen de polymeren van de voorloper van de oligomere gebruikt voor het formuleren van de nanogels (Figuur 7D).
Reactieve electrospinning creëert een nanofibrous hydrogel structuur (Figuur 8A), met een diameter van de nanofiber over de volgorde van ~ 300 nm haalbaar zonder zichtbare electrosprayed deeltjes33 presenteren. De POEGMA gebaseerde nanofibers in water onderdompelen resulteert in snelle hydratatie (ongeveer twee ordes van grootte sneller dan bereikt met een bulk-gel van dezelfde samenstelling, Figuur 8B) maar handhaaft de nanofibrous morfologie meer dan 8-10 weken voorafgaand aan Hydrolytische afbraak op fysiologische omstandigheden; snellere degradatie wordt waargenomen in zuur-gekatalyseerde omgevingen, zoals verwacht als gevolg van het potentieel voor zuur-gekatalyseerde hydrazon bond afbraak (Figuur 8C). De nanofibrous structuren zijn ook mechanisch robuuste in zowel de droge en gezwollen Staten over meerdere cycli, waardoor gemakkelijk te hanteren en repetitief persen (Figuur 8D).
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig5v2.jpg"> Figuur 5 : Eigenschappen van in situ -gelerend bulk afbreekbaar thermoresponsive hydrogels. (A) vertegenwoordiger POEGMA gel netwerk microstructuren en bulk hydrogel beelden met bijbehorende gelering tijden als een functie van de mol % opneming van OEGMA475 in de voorloper polymeren; (B-C) Opslag elasticiteitsmodulus PO100 hydrogels door verschillende (B) voorloper polymeer concentratie en (C) Mol % functionele groep opname per voorloper polymeer; (D-F) Physiochemical eigenschappen van POEGMA hydrogels als een functie van OEGMA475 mol % opname: (D) opslag modulus (E) aantasting van het profiel in 1 M HCl en (F) volume fase overgang temperatuur in antwoord op temperatuur veranderen over het bereik 20-60 ° C. Alle foutbalken vertegenwoordigen de standaarddeviatie van n = 4 replicate metingen. Aangepast van referentie27 met toestemming van Elsevier. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig5v2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig6.jpg"> Figuur 6 : Eigenschappen van afbreekbare gel microdeeltjes van reactieve microfluidics. (A) effect van paraffine-olie debiet op (gezuiverd) gel microparticle grootte in water; (B) Thermoresponsivity van gezuiverde gel microdeeltjes in water na een enkele thermische cyclus boven en onder de volume fase overgang temperatuur; (C) Visual beoordeling (foto's) en gel Permeatie Chromatografie sporen (zie grafiek) bevestiging van afbraak van gel microdeeltjes terug naar hun voorloper polymeer onderdelen (hier, in 1 M HCl om versnelde afbraak op de tijdschaal voor imaging); schaal bar = 100 µm. aangepast verwijzing €32. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig7v2.jpg"> Figuur 7 : Eigenschappen van afbreekbaar nanogels van reactieve zelf-assemblage. (A) deeltje grootte distributies van nanogels bereid met verschillende aldehyde: hydrazide polymeer massa ratio's van Dynamische lichtverstrooiing (inzet: Bluefin bevestiging van de sferische aard van de nanogels); (B) Thermosensitivity van zelf geassembleerde deeltjes als een functie van de massa verhouding tussen aldehyde: hydrazide polymeer dat wordt gebruikt ter voorbereiding van de nanogels (van Dynamische lichtverstrooiing), met de foutbalken die vertegenwoordigen de standaarddeviatie van n = 4 wordt gerepliceerd; (C) Visual bevestiging van het gebrek aan nanogel aggregatie zowel pre en post lyofilisatie; (D) visuele-bevestiging van de zuur-gekatalyseerde afbraak van nanogels (hier in 1 M HCl voor consistentie met andere studies die hierboven); (E) gel permeatie chromatograaf sporen van nanogel afbraakproducten daarvan met vermelding van hun gelijkenis met de hydrazide en voorloper van de aldehyde-matiemaatschappij polymeren. Aangepast met toestemming van referentie28. Copyright 2015, American Chemical Society. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig7v2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig8v2.jpg"> Figuur 8 : Eigenschappen van afbreekbaar nanofibers van reactieve electrospinning. (A) scanning elektronen microscopie beelden van nanofibers in droge staat (links), de helft ondergedompeld in water (midden, dunne film), en volledig geweekt in water's nachts (rechts, dikke steiger); (B) zwelling nanofibrous hydrogel (rood) ten opzichte van een bulk hydrogel (blauw) van dezelfde samenstelling, met foutbalken vertegenwoordigen de standaarddeviatie van n = 4 wordt gerepliceerd; (C) Scanning elektronen microscopie en (inzet) visuele beelden voor het bijhouden van de zuur-gekatalyseerde afbraak van nanofibers in 1 M HCl; (D) de treksterkte fietsen van droog (80 cycli, 20% rek/cyclus) en gezwollen (325 cycli, 10% rek/cyclus in 10 mM PBS) electrospun nanofibrous hydrogels. Figuur aangepast ten opzichte van de referentie33 en gereproduceerd met toestemming van de Royal Society of Chemistry. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig8v2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

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

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), ...

Het algemene doel van dit protocol is om afbreekbare versies van thermoresponsieve hydrogels te fabriceren met gecontroleerde lengte- en vormschalen en -geometrieën. Deze methode kan helpen bij het aanpakken van belangrijke uitdagingen in het scenario van biomedische materialen, zoals het vergemakkelijken van langdurige, minimaal invasieve lokale geneesmiddelafgifte, het creëren van responsieve scaffolds voor weefselengineering, of het ontwerpen van gerichte nanotherapieën. Het belangrijkste voordeel van onze techniek is een snelle omgekeerde biohydrazoonchemie die ons in staat stelt de grootte en vorm van de afbreekbare hydrogels te controleren door de menggeometrie van de polymeervoorloper te veranderen.Deze flexibiliteit stelt ons in staat om foliumgels, microgels, nanogels en nanovezels allemaal met hetzelfde uitgangsmateriaal te fabriceren. Bereid eerst ongeveer twee milliliter hydrazide en aldehyde-gefunctionaliseerde thermoresponsieve voorloperpolymeeroplossingen voor met concentraties tussen vijf en 40% gewicht en 10 millimolair fosfaatgebufferd zoutoplossing. Gebruik enkele cilinders om de voorloperpolymeeroplossingen in afzonderlijke cilinders van een 2,5 milliliter, 1:1 dubbelcilinderspuit te laden.Verbind vervolgens een 1,5 inch statische menger aan een 2,5 milliliter 1:1 dubbelcilinderspuit. Bevestig indien gewenst een 18 gauge of 20 gauge 1,5 inch naald aan de statische menger. Snijd vervolgens een stuk zacht siliconenrubber van de gewenste dikte.Een stuk ongeveer zo groot als een standaard microscoopglas. Gebruik een ponsset om ten minste één gat van de gewenste vorm in het siliconenrubbersjabloon te ponsen. Plaats het siliconenrubbersjabloon op een schone glazen plaat, en zorg ervoor dat alle gaten door het glas worden ondersteund.Druk het sjabloon voorzichtig tegen de plaat om het op zijn plaats te fixeren. Siliconenrubber kan ook worden gebruikt als ondergrond om een goede adhesieve eigenschap van het substraat te garanderen. Co-extrudeer de hydrazide en aldehyde gefunctionaliseerde polymeeroplossingen door de statische menger in de putjes van de mal totdat de putjes volledig zijn gevuld.Dek de mal af met een tweede schone, glazen plaat en wacht tot de geleertijd is verstreken. Verwijder vervolgens de bovenste plaat en gebruik een spatel om de hydrogels van de siliconenrubbermal te scheiden. Til de mal van de plaat om de hydrogels te recupereren.Voor de procedure een microfluïdische chip fabriceren voor de microdeelgeneratie. Synthetiseer hydrazide en aldehyde gefunctionaliseerd poly NIPAM. Om te beginnen, bereid twee milliliter van elk 6% gewichtsoplossingen van hydrazide en aldehyde gefunctionaliseerd poly NIPAM in gedeïoniseerd water voor.Laad de polymeervoorloperoplossingen in afzonderlijke vijf milliliter spuiten. Bereid vervolgens 150 milliliter van een 1% gewichtsoplossing van sorbitan monooleaat in zware paraffine olie. Laad deze oplossing in twee standaard 60 milliliter spuiten.Monteer de vier spuiten in afzonderlijke infuuspompjes. Verbind vervolgens een 45 centimeter lengte van siliconenslang aan de uitlaat van de microfluïdische chip. Plaats het uiteinde van de uitlaatslang in een afvalinische.Verbind de polymeeroplossingsspuiten aan de polymeerinlaatkanalen op de microfluïdische chip met 30 centimeter lengte van siliconenslang. Verbind een paraffineoplosningspuit aan het stroomopwaartse oolinlaatkanaal met siliconenslang. Verbind de andere oliespuit aan beide stroomafwaartse oolinlaatkanalen met behulp van siliconenslang en een U-vormige spuitslangverbinding.Stel de stromingssnelheden van de pompen uitgerust met oliespuiten in op tussen 1,1 en 5,5 milliliter per uur. Laat olie gedurende ten minste 30 minuten door de microfluïdische chip stromen om de chip te primen en om te bevestigen dat de chip defectvrij is. Lever vervolgens beide polymeeroplossingen tegelijkertijd aan de geprimede chip met 0,3 mL per uur.Laat het stromen van polymeer en olie gedurende 30 minuten tot een uur gelijkmatig zijn. Om voortijdige gelering van de voorloperpolymeren bij de microfluïdische spuitmond te voorkomen, is het essentieel om de slang zorgvuldig te primen en het stromen van polymeer exact tegelijkertijd te starten om terugstroming in een van de polymeerreservoirs te voorkomen. Zodra uniforme gelmicrodeeltjes zich vormen bij de spuitmond van de microfluïdische chip, verzamel de deeltjes in een plastic centrifugeerbuis met een actieve magnetische roerstaaf.Stop de spuitpompen en de roermotor wanneer de olie is verbruikt. Zodra de gelmicrodeeltjes in de buis zijn bezonken, giet de paraffine olie met een pipet af. Voeg voor elke 5 mL microdeeltjes 10 milliliter pentaan toe aan de kolf.Meng de emulsie krachtig gedurende ongeveer een minuut. Laat de deeltjes een tot twee uur bezinken voordat u het pentaan met een pipet afgiet. Herhaal deze pentaanwassing minimaal vijf keer.Breng de gewassen gelmicrodeeltjes over naar een kleine glazen scintillatieviaal. Resuspendeer de deeltjes in één tot twee milliliter gedeïoniseerd water. Bereid voor het begin van deze procedure vijf milliliter van elk van 1% oplossingen van hydrazide en aldehyde-gefunctionaliseerd poly NIPAM in gedeïoniseerd water voor.Verwarm vijf milliliter van de hydrazide-gefunctionaliseerde poly NIPAM-oplossing tot 70 graden Celsius onder roeren. Controleer de oplossing terwijl deze troebel wordt en bevestig dat er geen zichtbaar neerslag ontstaat. Voeg vervolgens 0,25 milliliter van de aldehyde-gefunctionaliseerde poly NIPAM-oplossing druppelsgewijs toe aan de verwarmde hydrazide-gefunctionaliseerde poly NIPAM-oplossing gedurende vijf tot 10 seconden.Roer het mengsel gedurende 15 minuten bij 70 graden Celsius. Verwijder vervolgens het mengsel uit het oliebad en laat het over nacht afkoelen tot kamertemperatuur om de nanogels voor zuivering te verkrijgen. Plaats het nano gelmengsel in een 3500 kilodalton moleculair gewicht cut-off dialyse membraan.Dialyseer de nanogels zes keer over zes uur cycli tegen ge

fabricating-degradable-thermoresponsive-hydrogels-on-multiple-length

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Eenvoudige technieken worden beschreven voor de snelle productie van microfabricated neurale cultuur systemen met behulp van een digitale microspiegeltjes voor dynamische masker projectie lithografie op regelmatige celcultuur substraten. Deze cultuur systemen kunnen meer representatief zijn voor natuurlijke biologische architectuur, en de beschreven technieken kan worden aangepast voor tal van toepassingen.

Fabricage van micropatterned Hydrogelen voor Neurale Cultuur Systems met behulp van Dynamic Mask Projectie Fotolithografie

Een bioprinter werd gebruikt om gevormde hydrogelen gebaseerd op een offer mal maken. De poloxamer mal werd opgevuld met een tweede hydrogel en vervolgens geëlueerd, waardoor holtes die gevuld waren met een derde hydrogel. Deze methode maakt gebruik van snelle elutie en goede bedrukbaarheid van poloxameer om complexe architecturen uit biopolymeren genereren.

Afdrukken warmteresponsieve Reverse Mallen voor de schepping van Patterned Hydrogelen Twee-component voor 3D Cell Culture

Twee aangrenzende vloeistoffen die door een gegroefd microfluïdisch kanaal gaan, kunnen worden gericht om een schede rond een prepolymeerkern te vormen; waardoor zowel vorm als doorsnede worden bepaald. Foto-geïnitieerde polymerisatie, zoals thiol click chemie, is zeer geschikt voor het snel stollen van de kernvloeistof tot een microvezel met vooraf bepaalde grootte en vorm.

Microfluïdische fabricage van polymere en biohybridevezels met vooraf ontworpen grootte en vorm

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

We beschrijven de fabricage van microgepatternde hydrogelvellen met behulp van een eenvoudig proces, dat kan worden geassembleerd en gemanipuleerd in een zelfstandige vorm. Met behulp van deze modulaire hydrogelvellen kan een eenvoudig macro-geschaald 3D-celkweeksysteem worden gegenereerd met een gecontroleerde cellulaire micro-omgeving.

Bouw van modulaire Hydrogel Sheets voor micropatterned Macro-schaal 3D Cellular Architecture

Dit protocol beschrijft de implementatie van beeldgestuurde, lasergebaseerde hydrogeldegradatie om vasculair-afgeleide, biomimetische microfluïdische netwerken te fabriceren die zijn ingebed in poly(ethyleenglycol) diacrylaat (PEGDA) hydrogels. Deze biomimetische microfluïdische systemen kunnen nuttig zijn voor weefselengineering toepassingen, generatie van in vitro ziektemodellen en fabricage van geavanceerde "on-a-chip" apparaten.

Beeldgeleide, Laser-gebaseerde Fabrication of Vascular-afgeleide microfluïdische Networks

Een additief productie-strategie voor de verwerking van UV-crosslinkable hydrogels heeft ontwikkeld. Deze strategie voorziet in de vergadering van de laag-voor-laag van de microfabricated hydrogel structuren, alsook de vergadering van onafhankelijke onderdelen, levert geïntegreerde apparaten met bewegende onderdelen die inspelen op de magnetische aandrijving.

Additief fabricage techniek voor de Facile en snelle fabricage van Hydrogel gebaseerde Micromachines met magnetisch responsieve onderdelen

Dit werk beschrijft eenvoudige, aanpasbare en goedkope methoden om microgels met extrusiefragmentatie te fabriceren, de microgels te verwerken tot injecteerbare granulaire hydrogels en de granulaire hydrogels toe te passen als extrusiedrukinkten voor biomedische toepassingen.

Fragmenteren van bulkhydrogels en verwerking tot granulaire hydrogels voor biomedische toepassingen

Dit artikel beschrijft protocollen voor high-throughput gelatine methacryloyl microgel fabricage met behulp van microfluïdische apparaten, het omzetten van microgels in resususpensable poeder (micro-aerogels), de chemische assemblage van microgels om granulaire hydrogel scaffolds te vormen, en het ontwikkelen van granulaire hydrogel bioinks met behoud van microporositeit voor 3D bioprinting.

Gelatine Methacryloyl Granular Hydrogel Scaffolds: High-throughput Microgel Fabrication, Lyophilization, Chemical Assembly, en 3D Bioprinting

Dit artikel beschrijft hoe je fototunable hydrogels in 3D bioprint om extracellulaire matrixverstijving en fibroblastactivering te bestuderen.

3D-bioprinting Phototunable Hydrogels om de activering van fibroblasten te bestuderen

Leer hoe je afbreekbare thermoresponsieve hydrogels fabriceert op meerdere lengteschalen via reactieve extrusie, microfluidics en elektrospinnen. Deze methode maakt gecontroleerde vormen voor biomedische toepassingen mogelijk.

Fabriceren van afbreekbaar Thermoresponsive Hydrogels op meerdere lengte schalen via reactieve extrusie, Microfluidics, zelf-assemblage en Electrospinning (Video) | JoVE Journal

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

Meer video's verkennen