Waiting
Processando Login

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

افتعال فائقة الكره المواد البوليمرية للتطبيقات الطبية الحيوية

Published: August 28, 2015 doi: 10.3791/53117
Automatic Translation
1, 2
1Department of Biomedical Engineering, Boston University, 2Departments of Biomedical Engineering, Chemistry, and Medicine, Boston University

Abstract

المواد فائقة الكره، مع الأسطح التي تمتلك الدول غير دائمة المبللة أو متبدل الاستقرار، هي من مصلحة لعدد من التطبيقات الطبية الحيوية والصناعية. نحن هنا تصف كيف electrospinning أو electrospraying خليط البوليمر تحتوي على القابلة للتحلل، حيويا البوليستر الأليفاتية (على سبيل المثال، polycaprolactone وبولي (lactide- شارك -glycolide))، كعنصر رئيسي، مخدر مع البوليمرات مسعور تتألف من البوليستر وstearate- بولي المعدلة (الجلسرين كربونات) يتيح مادة بيولوجية فائقة الكره. تقنيات تصنيع electrospinning أو electrospraying توفر خشونة السطح تعزيز والمسامية وداخل الألياف أو الجسيمات، على التوالي. استخدام الطاقة المنخفض سطح البوليمرات إشابة التي تمزج مع البوليستر ويمكن electrospun ثابت أو electrosprayed تتيح هذه المواد فائقة الكره. المعالم الهامة مثل حجم الألياف، وتكوين البوليمرات إشابة و / أو المشتركوتناقش ncentration، وآثارها على بلل. هذا المزيج من كيمياء البوليمرات وهندسة العمليات يتيح نهج متعدد الاستخدامات لتطوير المواد الخاصة بالتطبيق باستخدام تقنيات قابلة لل، التي يحتمل تعميم إلى فئة أوسع من البوليمرات لمجموعة متنوعة من التطبيقات.

Introduction

يتم تصنيف السطوح فائقة الكره عموما إلى إظهار ملامسة الماء واضح زوايا أكبر من 150 درجة مع انخفاض زاوية الاتصال التباطؤ. هي ملفقة هذه السطوح عن طريق إدخال عالية خشونة السطح على مواد الطاقة السطحية منخفضة لإقامة الناتجة واجهة الهواء السائل الصلبة التي تقاوم ترطيب 1-6. اعتمادا على طريقة التصنيع والأسطح الرقيقة أو متعددة الطبقات فائقة الكره، متعدد الطبقات الطلاء الركيزة فائقة الكره، أو هياكل فائقة الكره حتى بكميات كبيرة يمكن أن تكون مستعدة. هذا صد المياه دائمة أو شبه دائمة هو خاصية مفيدة أن يعمل على إعداد الأسطح التنظيف الذاتي 7، 8 أجهزة ميكروفلويديك، المضادة للحشف سطوح الخلايا / بروتين 9،10، الحد من السحب أسطح 11، وأجهزة تسليم المخدرات 12- 15. في الآونة الأخيرة، ووصف المحفزات متجاوبة المواد فائقة الكره حيث غير مبلل لدولة المبللة يتم تشغيلها بواسطة الكيميائية والفيزيائيةأو منبهات البيئية (على سبيل المثال، الضوء، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة والموجات فوق الصوتية، وتطبيق الجهد الكهربائي / الحالية) 14،16-20، وهذه المواد يجدون استخدام لتطبيقات إضافية 21-25.

تم إعداد أول السطوح فائقة الكره الاصطناعية من خلال معالجة أسطح المواد مع methyldihalogenosilanes 26، وكانت ذات قيمة محدودة للتطبيقات الطبية، حيث كانت المواد المستخدمة ليست مناسبة للاستخدام في الجسم الحي. هنا نحن تصف إعداد السطحية والمواد فائقة الكره السائبة من البوليمرات حيويا. نهجنا ينطوي electrospinning أو electrospraying خليط البوليمر تحتوي على القابلة للتحلل، والبوليستر الأليفاتية حيويا كعنصر رئيسي، مخدر مع البوليمرات مسعور تتألف من البوليستر والمعدلة ستيرات بولي (الجلسرين كربونات) 27-30. توفر تقنيات تصنيع خشونة السطح تعزيز والمسامية وداخل عالم حواءروبية أو الجسيمات، على التوالي، في حين أن استخدام إشابة البوليمرات يوفر انخفاض سطح البوليمر الطاقة التي تمزج مع البوليستر ويمكن electrospun ثابت أو electrosprayed 27،31،32.

البوليستر دهنية قابلة للتحلل مثل بولي (حمض اللبن) (PLA)، وبولي (حمض الجليكوليك) (PGA)، وبولي (شارك عازلة الأحماض حمض اللبنيك -glycolic) (PLGA)، وpolycaprolactone (PCL) هي البوليمرات المستخدمة في أجهزة افق سريريا وبارزة في بحوث المواد الطبية الحيوية لما لها من غير سمية، التحلل البيولوجي، وسهولة تركيب 33. PGA وPLGA لاول مرة في العيادة كما الغرز bioresorbable في عام 1960 وأوائل عام 1970، على التوالي 34-37. منذ ذلك الحين، تم معالجة هذه بولي (الأحماض هيدروكسي) في مجموعة متنوعة من العوامل شكل الأخرى الخاصة بالتطبيق، مثل الصغرى 38،39 و 40،41 النانوية، والرقائق / أقراص 42، تنسجم 27،43، 44 الرغاوي، و أفلام 45

البوليستر الأليفاتية، فضلا عن البوليمرات الأخرى ذات الاهتمام الطبية الحيوية، يمكن electrospun لإنتاج نانو أو شبكة ستوكات الهياكل التي تمتلك مساحة عالية والمسامية وكذلك قوة الشد. الجدول 1 قائمة electrospun البوليمرات الاصطناعية لمختلف التطبيقات الطبية الحيوية وعلى المقابلة المراجع. Electrospinning وelectrospraying تقنيات سريعة وتجاريا قابلة لل. هذان تقنيات مماثلة تعتمد على تطبيق الجهد العالي (التنافر الكهربائي) للتغلب على التوتر السطحي للحل البوليمر / تذوب في إعداد ضخ حقنة كما أنها موجهة نحو الهدف على الارض 46،47. عند استخدام هذه التقنية بالتعاون مع البوليمرات طاقة السطح المنخفض (البوليمرات مسعور مثل بولي (شارك caprolactone- -glycerol أحادي ستيارات))، والناجمة المواد المعرض superhydrophobicity.

لتوضيح هذا الاصطناعية والمواد نهج المعالجة العاملبناء المواد فائقة الكره من البوليمرات الحيوية الطبية، وصفنا توليف polycaprolactone- فائقة الكره وبولي (lactide- شارك -glycolide) مواد المستندة كأمثلة التمثيلية. وقد تم تجميع مواد إشابة البوليمرات منها بولي (شارك caprolactone- -glycerol أحادي ستيارات) وبولي (شارك lactide- -glycerol أحادي ستيارات) أولا، ثم يمزج مع polycaprolactone وبولي (lactide- شارك -glycolide)، electrospun على التوالي، وأخيرا أو electrosprayed. وتتميز المواد الناجم عن SEM التصوير وزاوية الاتصال قياس الزوايا، واختبار لفي التجارب المختبرية وتوافق مع الحياة فيفو. وأخيرا، يتم فحص التبول بكميات كبيرة من خلال شبكات فائقة الكره ثلاثية الأبعاد باستخدام محسنة النقيض الطبقي microcomputed.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. توليف Functionalizable بولي (1،3-الجلسرين carbonate- شارك -caprolactone) 29 و بولي (1،3-الجلسرين carbonate- شارك -lactide) 27،28.

  1. التوليف مونومر.
    1. حل رابطة الدول المستقلة -2-فينيل-1،3-dioxan-5-را (50 غ، 0.28 مول، 1 مكافئ) في 500 مل رباعي هيدرو الفوران الجافة (THF) ويقلب على الجليد تحت النيتروجين. إضافة هيدروكسيد البوتاسيوم (33.5 غرام، 0.84 مول، 3 مكافئ)، وسحقت ناعما مع هاون ومدقة. ضع قارورة في حمام الثلج.
    2. إضافة 49.6 مل البنزيل بروميد (71.32 غرام، 0.42 مول، 1.5 مكافئ.) قطرة من الحكمة مع التحريك على الجليد. السماح للتفاعل لتسخين إلى درجة حرارة الغرفة مع التحريك لمدة 24 ساعة، تحت النيتروجين.
    3. إضافة 150 مل من الماء المقطر إلى حل هيدروكسيد البوتاسيوم وإزالة THF عن طريق التبخر الدوارة.
    4. استخراج المواد المتبقية مع 200 مل ثنائي كلورو ميثان (DCM) في 1-L separatory القمع. كرر استخراج مرتين.
    5. تجفيف المرحلة العضوية على كبريتات الصوديوم.
    6. تبلورالمنتج بإضافة 600 مل ايثانول المطلق إلى الحل، يمزج جيدا، وتخزينها بين عشية وضحاها في -20 ° C. ويمكن تخزين المنتج في -20 درجة مئوية لعدة أيام قبل تنفيذ الخطوات اللاحقة.
    7. عزل المنتج عن طريق فراغ الترشيح خلال قمع بوشنر والجافة على فراغ عالية. ويمكن تخزين هذا المنتج لعدة أيام قبل تنفيذ الخطوات اللاحقة. A العائد نموذجي لهذه الخطوة هو ~ 80٪.
    8. في 1-L دورق كروي، بتعليق المنتج حصلت عليه في الخطوة 1.1.7. في الميثانول (300 مل). إضافة 150 مل من 2 N حمض الهيدروكلوريك. الجزر في 80 درجة مئوية لمدة 2 ساعة.
    9. تتبخر المذيبات ووضع تحت فراغ عالية لمدة 24 ساعة. العائد لهذه الخطوة هو عادة> 98٪.
    10. حل نتاج 1.1.9 في THF (650 مل)، ونقل إلى 2-L ذهابا وأسفل القارورة. ضع قارورة على حمام الثلج ويحرك تحت النيتروجين. إضافة 22.4 مل اثيل chloroformate (25.6 غرام، 0.29 مول، 2 مكافئ) إلى قارورة تحت النيتروجين.
    11. إضافة 32.8 مل ثلاثي الإيثيلامين (0.29 مول، 2 مكافئ) رس قمع الإضافة. خلط مع حجم مساو من THF. وضع قمع اضافه على دورق كروي وتبقي قيد النيتروجين.
    12. مع التحريك القوي، موزعة بعناية triethyamine / THF خليط قطرة من الحكمة إلى دورق كروي على الجليد. تنبيه: هذا هو تفاعل طارد للحرارة. لمنع ارتفاع درجة الحرارة السريع، إضافة ثلاثي الإيثيلامين / THF حل بسرعة لا تزيد على 1 قطرة في الثانية الواحدة. بعد إضافة حجم كامل، وإثارة رد فعل لمدة 4 ساعة، ارتفاع درجة حرارة تصل إلى درجة حرارة الغرفة، أو لمدة 24 ساعة.
    13. تصفية الملح هيدروكلوريد ثلاثي الإيثيلامين باستخدام قمع بوشنر. تتبخر المذيب على المبخر الدوار.
    14. إضافة ثنائي كلورو ميثان (200 مل) إلى القارورة والحرارة بلطف حتى يذوب بقايا. إضافة 120 مل من ايثر في حين يحوم. مخزن في -20 درجة مئوية خلال الليل لبلورة المنتج.
    15. بلورات مونومر تصفية وإعادة بلورة قبل البلمرة. المنتج مونومر يمكن تخزين مختومة في درجة حرارة الغرفة لمدة 2 أسابيع أو في -206؛ C إلى أجل غير مسمى. تأكيد المنتج من قبل 1 H NMR، قياس الطيف الكتلي، وتحليل العناصر. A العائد نموذجي لهذه الخطوة النهائية في تخليق مونومر ما بين 40-60٪.
  2. بالتطعيم لD، L-lactide / ε-caprolactone مع 5-benzyloxy-1،3-dioxan-2-واحد.
    1. سيليكون حرارة حمام الزيت إلى 140 درجة مئوية.
    2. قياس 2.1 غرام من 5 benzyloxy-1،3-dioxan-2-واحد (المعد في 1.1) وإضافته إلى 100 مل دورق كروي الجافة. إذا copolymerizing D، L -lactide، وقياس من 5.7 غرام وإضافة إلى قارورة الآن. إضافة شريط مغناطيسي وختم قارورة مع سدادة مطاطية.
      1. أيضا قياس 240 ملغ (وهو الزائدة) من القصدير (II) ethylhexanoate في قارورة على شكل الكمثرى الصغيرة. وهذا البلمرة يؤدي إلى 20٪ مول الجلسرين تكوين كربونات مونومر. ضبط جماهير أحادية لتحقيق المؤلفات مونومر مختلفة.
    3. طرد كل من قوارير مع النيتروجين على مشعب Schlenk لمدة 5 دقائق وإضافة 4.24 مل ε-caprolacنغمة تحت النيتروجين. إخلاء الجو قوارير من خلال تطبيق فراغ عالية (300 mTorr) لمدة 15 دقيقة لإزالة أثر الماء.
    4. إعادة شحن الغلاف الجوي للقوارير "مع النيتروجين. تكرار هذه الدورة مرتين أكثر من ذلك.
    5. خلط التولوين 500 ميكرولتر الجاف مع محفز القصدير تحت النيتروجين.
    6. ضع قارورة مونومر في 140 ° C حمام الزيت وإضافة حافز مرة واحدة وقد ذاب كل المواد الصلبة. يجب أن يكون الحجم الكلي للخليط حافزا تسليمها ~ 100 ميكرولتر. الحفاظ على 140 درجة مئوية لمدة لا تزيد عن 24 ساعة، ثم تبرد البوليمر المنصهر إلى درجة حرارة الغرفة. تنفيذ الخطوات اللاحقة فورا أو في وقت لاحق لا يقل عن 24 ساعة.
    7. حل البوليمر في ثنائي كلورو ميثان (50 مل)، ويعجل في الميثانول الباردة (200 مل). طاف صب والجافة تحت فراغ عالية. الخطوات اللاحقة لا يمكن أن يؤديها على الفور أو في أي لحظة. متجر البوليمرات في الثلاجة حتى استخدامها مرة أخرى. نموذجي البلمرة العائد / التحويل بين 80-95٪.
    8. أداء 1تحليل H NMR لتحديد نسب المولي المشترك مونومر. حل البوليمر في الكلوروفورم بالديوتيريوم (CDCl 3) ودمج تحول بروتون benzylic من مونومر كربونات في 4،58-4،68 جزء في المليون. قارن هذا المجال الذروة مع أن من ذروة الميثيلين في 2.3 جزء في المليون (PCL) وذروة methyne في 5.2 جزء في المليون (PLGA).
  3. تعديل البوليمر: deprotection والتطعيم.
    1. حل البوليمر (~ ز 7) في 120 مل رباعي هيدرو الفوران (THF) في وعاء الهدرجة الضغط العالي. وزن وإضافة حافز البلاديوم الكربون (~ 2 غرام).
    2. إضافة الهيدروجين إلى السفينة باستخدام جهاز الهدرجة. يهدرج في 50 رطل لمدة 4 ساعات. تنبيه: غاز الهيدروجين هو قابل للاشتعال للغاية. طلب المساعدة من أشخاص على دراية بهذا الإجراء ودائما فحص خطوط الإمداد للكشف عن التسربات المحتملة قبل تنفيذ هذه التجربة.
    3. تصفية حافزا البلاديوم الكربون باستخدام سرير معبأة من الأرض دياتومي. تركيز البوليمر إلى ~ 50 مل تحت التبخر الدوارة وPRECIpitate إلى الميثانول الباردة. تنبيه: يمكن أن الجسيمات البلاديوم الجافة تشتعل تلقائيا. الحفاظ على منشفة مبللة في مكان قريب في حال حدوث اشتعال لخنق النيران. إضافة الماء إلى كعكة فلتر البلاديوم / الكربون للحفاظ على تجمعت ومنع الاشتعال لها. طلب المساعدة من أشخاص على دراية بهذا الإجراء.
    4. صب طاف والجافة تحت فراغ عالية. تأكيد التحويل الكلي لالهيدروكسيل الحرة بالإشارة إلى اختفاء الذروة في 4.65 جزء في المليون (1 H NMR في CDCl 3). هذه البوليمرات يمكن استخدامها على الفور أو حفظها لاستخدامها لاحقا. عائدات لهذه الخطوة هي> 90٪.
    5. حل البوليمر وحامض دهني (1.5 مكافئ.) في 500 مل ثنائي كلورو ميثان الجافة (DCM). إضافة N، N 'dicyclohexylcarbodiimide (DCC، 2.0 مكافئ) و 3 رقائق من 4 dimethylaminopyridine. يقلب تحت النيتروجين في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 ساعة.
    6. إزالة N غير قابلة للذوبان، N 'dicyclohexylcarbourea من خلال سلسلة من الفلترة المتكررة وتركيزات. في النهاية، تركيزحل 50 مل.
    7. يعجل البوليمر إلى الميثانول الباردة (~ 175 مل)، وصب طاف. تجفيف البوليمر تحت عالية فراغ بين عشية وضحاها. استخدام لاحق من هذه البوليمرات يمكن أن يؤديها في أي وقت، ولكن نأخذ البوليمرات في الثلاجة لمدة التخزين على المدى الطويل. العائد لهذه الخطوة تعديل النهائية عموما بين 85-90٪.

2. تحديد خصائص البوليمر تجميعي

  1. تزن من ~ 10 ملغ البوليمر (رقم قياسي الكتلة الفعلية) وإضافة إلى عينة الألومنيوم عموم، ثم ختم ذلك بإحكام. تحميل عينة عموم وتفريغ (المرجع) عموم في المسعر المسح التفاضلي.
  2. برنامج منحدر درجة الحرارة والتبريد ("الحرارة / تبريد / الحرارة") دورة: 1) الحرارة من 20 درجة مئوية إلى 225 درجة مئوية عند 10 ° C / دقيقة، 2) باردة إلى -75 ° C في 5 ° C / دقيقة، 3) الحرارة إلى 225 درجة مئوية عند 10 ° C / دقيقة.
  3. تحديد نقطة انصهار (T م)، تبلور (<م> T ج) ودرجة حرارة التحول الزجاجي (T ز)، وحرارة انصهار (ΔH و) من آثار حرارية (إن وجدت).
  4. حل كل من البوليمرات توليفها في THF (1 ملغ / مل) وتصفية من خلال مرشح PTFE 0.02 ميكرون. حقن محلول في نظام اللوني هلام تخلل ومقارنة الوقت الاحتفاظ مقابل مجموعة من المعايير البوليسترين.

3. إعداد حلول البوليمر لElectrospinning / electrospraying 27،31

  1. حل البوليمر (ق) في 10-40٪ بالوزن في مذيب مناسب، مثل الكلوروفورم / الميثانول (5: 1) لPCL أو رباعي هيدرو الفوران / N، N-ثنائي ميثيل الفورماميد (7: 3) لPLGA، بين عشية وضحاها. سوف كتلة البوليمر اللازمة لهذه الخطوة تعتمد على أبعاد شبكة المرجوة.
    ملاحظة: على سبيل المثال، لإنتاج 10 سم × 10 سم عيون سمك حوالي 300 ميكرون، وعادة ما تكون هناك حاجة 1 غرام. تجدر الإشارة إلى أن الخسائر الماديةقد يحدث وفاق في الخطوات اللاحقة من هذا البروتوكول، مثل أثناء نقل حل للحقنة (وخاصة عن حلول لزجة)، ومن أحجام الميتة الموجودة في الأنبوب الموصل اختياري والإسكان الإبرة نفسها، الأمر الذي سيقلل العائد من عملية electrospinning . هذه التخفيضات في المحصول قد يؤدي إلى ما يصل إلى 20٪ خسارة من المواد، وينصح لزيادة 1.5 أضعاف لاستباق هذه الخسائر، وأيضا تلك الخسائر المرتبطة الاستفادة المثلى من المعلمات electrospinning عند محاولة هذا الإجراء للمرة الأولى.
    1. السيطرة على حجم الألياف من خلال تغيير تركيز البوليمر الكلي، مع الألياف أكبر من المتوقع من الحلول أكثر تركيزا. لتعزيز متواضع لللا مائية، استخدم 10٪ (من مجموع كتلة البوليمر) إشابة فائق الكره للماء. لمسعور للغاية / مواد فائقة الكره، استخدم 30-50٪ إشابة و / أو تقليل تركيز البوليمر الكلي (أي.، والحد من حجم الألياف). العمل اللاحق مع هذه الحلول قد تكون PERFOrmed في اليوم التالي أو في غضون أسبوع واحد بعد ذلك.
    2. لelectrospraying، وإعداد الحلول بتركيزات أقل (أي 2-10٪) في مذيب مناسب مثل الكلوروفورم. مثل electrospinning، تعدل حجم الجسيمات من خلال تغيير تركيز البوليمر.
  2. حل البوليمر دوامة لمزيج دقيق. السماح فقاعات الهواء الكبيرة لتهدأ (5 دقائق).
  3. الحل تحميل في حقنة زجاجية. اعتمادا على حل اللزوجة، قد يكون من الأسهل لإزالة الغطاس وتصب الحل مباشرة إلى الحقنة. قطعة من خامل، أنابيب مرنة قد تساعد على المناورة داخل الإعداد electrospinning. عكس حقنة لتحل محل الهواء من خلال التجمع خرطوم / إبرة.

4. Electrospinning / electrospraying حلول البوليمر

  1. تحميل حقنة على ضخ حقنة، تعيين الحجم الكلي (على سبيل المثال، 4.5 مل)، و سعر (على سبيل المثال، 5 مل / ساعة) الذي الاستغناء هذا الحل.
  2. تغطية لوحة جامع معluminum احباط لتخفيف وإزالة ونقل لاحقة. تأمين احباط مع اخفاء الشريط على طول الحواف الخارجية.
  3. إرفاق عالية الجهد DC (HVDC) سلك العرض لطرف الإبرة. المسافة من هذا غيض الإبرة إلى جامع هو المتغير المهم النظر لأنه 1) يؤثر على المجال الكهربائي عند جهد معين، و2) الآثار تبخر تجفيف المذيبات وما يترتب على ذلك من الألياف خلال تحصيلها.
    1. باعتباره المحاولة الأولى، استخدم مسافة طرف إلى جمع 15 سم. وتشارك الفولتية العالية والقابلة للاشتعال المذيبات في electrospinning / electrospraying: تنبيه. توفير التهوية الكافية لالعادم الخارج، وعدم لمس حقنة / إبرة أو فتح العلبة حتى التأكد التام من توريد HVDC هو خارج.
  4. إذا electrospinning / electrospraying مساحة واسعة من التغطية، وتشغيل الدورية وترجمة جامع البرميل. خلاف ذلك، انتقل إلى الخطوة التالية.
  5. بدء ضخ حقنة.
  6. تشغيل وضبط فولت عاليةمصدر العمر لتحقيق مقبول تايلور المخروط. إذا كان هذا الحل في رأس الإبرة وترهل، وزيادة الجهد. إذا طائرات متعددة تتشكل، والحد من الجهد. وبالإضافة إلى هذه التعديلات، قد يكون من الضروري لضبط المسافة طرف إلى جامع في حالة ظهور ألياف / الجسيمات الرطب أو إذا ضبط الجهد لا يحل كاف قطرات سحب على طرف إبرة.
    ملاحظة: لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها تفصيلا، راجع عملية electrospinning الأمثل شاملة ليتش وزملاء العمل 47. سوف Electrospraying تنطوي عموما ارتفاع الفولتية وتركيزات أقل من حل electrospinning.
  7. إيقاف مصدر الجهد العالي ومن ثم ضخ حقنة وطبل بمحركات (إن وجدت). السماح العلبة electrospinning لمواصلة التهوية لمدة 30 دقيقة.
  8. إزالة تنسجم / الطلاء من المجمع. السماح المذيبات تتبع لتتبخر في غطاء محرك السيارة بين عشية وضحاها. ويمكن تخزين المواد في درجة حرارة الغرفة لمدة أسبوعين على الأقل (PLGA) أو اثنينأشهر (PCL). خطوات 4،5-4،8 يمكن أداؤها في أي أمر.

5. تميز الألياف وحجم الجسيمات التي كتبها Light والمجهر الإلكتروني

  1. المجهر الضوئي
    1. إذا انتاج شبكة electrospun، وقطع وتركيب أجزاء رقيقة منه على شريحة زجاجية.
    2. مراقبة قطرها الألياف، وخصائص عقدة (النقط أو منفصلة)، وشكل الألياف (أي مطرز، شقة، مستقيمة / مائج). الألياف شبكة electrospun المثالية هي موحدة، مستقيمة أو متموجة، وخالية من حبة.
  2. المجهر الإلكتروني (SEM)
    1. قص وتركيب شبكات أو الأسطح المطلية على بذرة الألومنيوم SEM باستخدام موصل الشريط النحاس. ويمكن أيضا الألياف Electrospun والطلاء electrosprayed أن يراعيها SEM عن طريق إيداع مباشرة ألياف / الجسيمات على الشريط مقدما.
    2. معطف تنسجم / الطلاء مع رقيقة (~ 4 نانومتر) طبقة من الاتحاد الافريقي / المشتريات من خلال تفل الطلاء.
    3. بذرة الحمل في غرفة SEM ومراقبة في 2/1 كيلو. A MAGNIFICA 250Xيوفر نشوئها تقييم الطبوغرافية العام للمادة، في حين تكشف تكبير أعلى من الألياف والجسيمات ميزات إضافية مثل أنماط الهرمية للألياف فائقة الكره للغاية والترابط لطلاء الجسيمات.

6. تحديد خصائص غير ترطيب

  1. تقدم وانحسار القياسات زاوية الاتصال المياه باستخدام طريقة تباين حجم
    1. قطع رقيقة (0.5 سم × 5 سم) شرائط من شبكة أو المواد المغلفة (إن أمكن) ومكان على مرحلة من مراحل مقياس الزوايا زاوية الاتصال.
    2. التقاط الشخصي قطرة ماء في حين الاستغناء عليه (من 24 AWG حقنة إبرة) على سطح المادة.
      1. للقيام بذلك، وتبدأ مع تقريبي قطرة 5 ميكرولتر، وإجراء اتصالات مع سطح المادة. الاستمرار في إضافة ببطء الحجم (20-25 ميكرولتر) والتقاط صورة قطرات، والتي تمثل التقدم زاوية الاتصال المياه. يجب أن يكون رأس إبرة صغيرة بالمقارنة مع الحبرية، وTHيجب أن يكون البريد طول شعري أكبر من الحبرية للحد من تشويه شكل الحبرية.
    3. سحب هذا الانخفاض نفسه أثناء التقاط نفس الوقت الشخصي انخفاض له. كرر على مواقع سطح منفصلة من عدة عينات للإبلاغ عن متوسط ​​القيمة عادة 10 قياسات كل من تقدم وانحسار زوايا الاتصال تكفي لوصف هذه المواد.
  2. تحديد التوتر السطحي حاسم من المواد عن طريق تعديل السوائل التحقيق.
    1. إعداد حلول متفاوتة في الإيثانول، بروبيلين غليكول، أو الايثيلين جلايكول المحتوى، وهذه الخلطات ويعرف التوتر السطحي 99-101.
      1. بدلا من ذلك، استخدام المذيبات مع التوترات لسطح سبيل المثال، الماء (72 مليون / م)، الجلسرين (64 مليون / م)، ثنائي ميثيل سلفوكسيد (44 مليون / م)، البنزيل الكحول (39 مليون / م) متفاوتة، 1،4- ديوكسان (33 مليون / م)، 1-الأوكتانول (28 مليون / م)، والأسيتون (25 مليون / م). من المهم أن تستخدم المذيبات التي لن تذوب البوليمرات، وهذه الإرادةنخلط النتائج. بالإضافة إلى ذلك، فمن المهم أن نلاحظ أنه، بالإضافة إلى التوتر السطحي، لهذه السوائل اللزوجة المختلفة، والتي قد تؤثر على قياسات زاوية الاتصال، وهو الحد من هذه التقنية.
      2. قياس زاوية الاتصال من هذه الحلول بحثها على سطح المادة. مؤامرة زاوية الاتصال بوصفها وظيفة من التوتر السطحي.

7. الكشف عن ترطيب الجزء الأكبر من تنسجم 31

  1. مراقبة تسرب المياه إلى تنسجم 3D باستخدام التصوير المقطعي الصغيرة (μCT).
    1. يعد حل 80 ملغ / مل من Ioxaglate (وكيل النقيض من معالجتها باليود) في الماء.
    2. غمر تنسجم في هذه الحلول واحتضان عند 37 ° C؛ قياس دوري عامل تباين (الماء) تسلل μCT (18 ميكرون (3) قرار فوكسل) باستخدام 70 KVP أنبوب الجهد، 114 أمبير الحالية، والتكامل 300 مرة مللي ثانية.
    3. باستخدام برامج معالجة الصور، وقياس intens بكسلإيتي في جميع أنحاء سمك شبكة، حيث بكسل مشرق تمثل تسرب المياه. حدد قيمة عتبة بكسل (~ 1500) التي تمثل أعلى كثافة تسرب المياه.

8. اختبار الخواص الميكانيكية لتنسجم

  1. قطع تنسجم إلى 1 سم × 7 سم ومكان بين قبضة جهاز اختبار الشد. قياس الدقيق العرض والطول، وسمك.
  2. إجراء اختبار المنحدر من التمديد على ثلاث عينات. رسم منحنى الإجهاد والانفعال استخدام هذه البيانات لتحديد معامل المرونة، مقاومة الشد، والاستطالة، في كسر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

من خلال سلسلة من التحولات الكيميائية، يتم تصنيعه وظيفية مونومر كربونات 5-benzyloxy-1،3-dioxan-2-واحد كما بيضاء صلبة بلورية (الشكل 1A). 1 H NMR يؤكد هيكل (الشكل 1B) ومطياف الكتلة و تحليل العناصر تأكيد التكوين. هذا الصلبة ثم يتم copolymerized إما D، L -lactide أو ε-caprolactone باستخدام عصابة فتح رد فعل المحفز القصدير في 140 ° C. بعد تنقيتها عن طريق الترسيب، يتم تحديد تكوين البوليمر باستخدام 1 تحليل H NMR من خلال دمج benzylic التحول الكيميائي بروتون في 4،58-4،68 جزء في المليون وذروة الميثيلين المميزة لcaprolactone أو الذروة methyne من lactide (2.3 أو 5.2 جزء في المليون، على التوالي). ويتحقق الإزالة الانتقائية للفريق حماية البنزيل التي كتبها hydrogenolysis PD / C المحفزة. وأكد deprotection الكامل بالإشارة إلى اختفاء الذروة البنزيل في أطياف 1 H NMR. Subseqتطعيم uent من حامض دهني على مجموعة الهيدروكسيل الحرة يجعل بوليمرات النهائية مسعور. هذه بوليمرات هي المواد الصلبة البيضاء في درجة حرارة الغرفة (الشكل 1C)، وأنها قادرة على معالجتها في الأفلام، تنسجم electrospun، والطلاء electrosprayed (1D الشكل).

يتم ضبطها تكوين البوليمرات (أي lactide / caprolactone إلى الجلسرين كربونات) بنسب تغذية مونومر المقابلة متفاوتة. متفاوتة تكوين يوفر وسيلة لتجميع بوليمرات مع مجموعة من الخواص الحرارية و / أو الميكانيكية. على سبيل المثال، التحليل الحراري التفاضلي باستخدام المسح الكالوري (DSC) يكشف عن أن PLA-PGC 18 البوليمرات التي تحتوي على 10، 20، 30، أو 40٪ مول PGC 18 مونومر تصبح تدريجيا أكثر البلورية مع زيادة PGC مول٪. وتتلخص الخواص الحرارية للPCL-PGC 18 و PLA-PGC 18 بوليمرات في الجدول 2.

بولي (الجلسرين-أحادي ستيارات) القائم على بوليمرات لها طاقة السطح أقل من PCL يناظرها أو نظرائهم PLGA، كما هو محدد باستخدام قياسات زاوية الاتصال على الأفلام مسبوكة ناعمة (الشكل 2A). في حين PCL تمتلك دفع زاوية الاتصال المياه من 84 درجة، وتقدم زاوية الاتصال لPCL-PGC 18 (80:20) هو ~ 120 درجة. وبالمثل، PLGA تمتلك دفع زاوية الاتصال من 71 درجة مئوية، في حين PLA-PGC 18 (90:10) وPLA-PGC 18 (60:40) معرض تتقدم زوايا الاتصال من 99 درجة و 105 درجة مئوية، على التوالي. مزج PCL أو PLGA مع يناظرها النتائج مواد إشابة البوليمرات في تعزيز قيم زاوية الاتصال بين تلك التي حصلنا عليها للبوليمرات النقية وبوليمرات، ويتيح وسيلة السطحية لضبط للا مائية (الشكل 2B). في هذه الحالة، سواء من البوليمرات تركيز إشابة (أي 10٪ أو 30٪ وزن / وزن) وتكوين البوليمرات (أي PLA-PGC 18 (90:10) أو PLA-PGC 18 (60: 40) نوعا) تؤثر للا مائية، مع زيادة PGC 18 المحتوى يحقق زوايا اتصال أعلى.

المنشطات بوليمرات توليفها في حل من PCL أو PLGA وelectrospinning في وقت لاحق يمزج يحقق تنسجم مع الليفية للا مائية الانضباطي. 3A الشكل يوضح كيف المنشطات في 30٪ PCL-PGC 18 أو PLA-PGC 18 التحولات تنسجم من مسعور لفائق الكره للماء. يتم تعريف Superhydrophobicity باعتبارها واضح ملامسة الماء زاوية ≥ 150 درجة مع زاوية الاتصال المنخفضة تعريف التباطؤ-بالفرق بين التقدم وانحسار القياسات زاوية الاتصال المياه. زيادة خشونة سطح تنسجم electrospun يزيد أيضا واضحة في زاوية الاتصال المياه من هذه المواد في مقارنة لضمان سلاسة الأفلام. يتم ضبطها بلل من خلال تغيير التركيز من البوليمرات إشابة. على سبيل المثال، electrospun النقي PCL تنسجم مع ~ 7 ميكرون الألياف قطر تمتلك أحد آنج اتصال واضحلو من 123 درجة مئوية، في حين تنسجم مخدر مع 10، 30، و 50٪ (وزن / وزن) PCL-PGC 18 معرض زوايا اتصال واضحة من 143 درجة، 150 درجة، و 160 درجة في أقطار الألياف القابلة للمقارنة، على التوالي (الشكل 3B). يتم التحكم بلل أيضا اختيار الأنواع من البوليمرات إشابة. في هذه الحالة، تنسجم الألياف 6،5-7،5 ميكرون PLGA مخدر مع 30٪ PLA-PGC 18 (90:10) أو 30٪ PLA-PGC 18 (60:40) يحمل زوايا اتصال واضحة من 133 درجة أو 154 درجة مئوية، على التوالي ( الشكل 3C). تغيير (أي الحد) حجم الألياف يعزز أيضا للا مائية مستقلة عن اختيار إشابة و / أو التركيز. ويظهر هذا الاعتماد من الظاهرة زاوية الاتصال على قطر الألياف لكل PCL وPLGA في الشكل 3D. على غرار electrospinning، electrosprayed PCL والطلاء مخدر PCL أيضا عرض زوايا الاتصال التي تزيد بنسبة المنشطات، وزوايا الاتصال حتى أعلى من تلك التي حصلت عليها هي electrospinningتحقق مع هذه التقنية (الشكل 3E). التي تحقق في شبكة سطح مع سوائل مختلفة (التي تمتلك التوترات السطحية مختلفة) والإبلاغ زاوية الاتصال، قيمة التوتر السطحي الحرجة التي شبكة بسرعة يتم تحديد يبلل. الشكل 3F هو منحنى Zisman تعديل توضح الدراسات التوتر السطحي حاسمة لPLGA تنسجم مخدر مع 30٪ PLA-PGC 18 (60:40) وتنسجم PCL مخدر مع 30٪ PCL-PGC 18.

يكشف SEM التصوير التي تنسجم هي نتيجة microfibers المتشابكة. هذه التقنية هي أيضا مفيدة لتحديد الألياف أو حجم الجسيمات، والتجانس، والترابط. الشكل 4A يظهر PCL + 30٪ PCL-PGC 18 تنسجم مع أقطار الألياف 1-2 ميكرون و4-5 ميكرون، في حين يبين الشكل 4B PLGA + 10 ٪ PLA-PGC 18 تنسجم متفاوتة في حجم الألياف من ~ 3 ميكرون إلى ~ 7 ميكرون. الطلاء Electrosprayed من PCL وPيتم عرض CL + 50٪ PCL-PGC 18 في الشكل 4C، في حين يتم عرض الطلاء electrosprayed من PCL + 30٪ PCL-PGC 18 متفاوتة الحجم الجسيمات في الشكل 4D.

PCL- فائقة الكره وتنسجم استنادا PLGA-هي غير السامة للخلايا لNIH / 3T3 الخلايا الليفية (الشكل 5A) وجيد التحمل في C57BL / 6 الفئران، مع تغليف الليفي متواضع. بالمقارنة مع الأفلام غير مسامية (لا يظهر)، تنسجم عرض درجة أكبر من تسلل الخلوية (أي الضامة) بعد زرع 4 أسابيع (الشكل 5B-E) 27. في حين أن cytocompatibility / التوافق الحيوي للشبكات فائقة الكره مشابه لتنسجم غير فائقة الكره، وأداء في المختبر لتنسجم فائقة الكره يمكن أن تكون متفوقة في تطبيقات تسليم المخدرات. نظرا لترطيب البطيء، تنسجم فائقة الكره هي قادرة على الحفاظ على الافراج عن المخدرات لفترات أطول بكثير من غير superhydro-رهابي تنسجم، لأنه لا يمكن أن يحدث الافراج عن المخدرات دون ملامسة الماء. هناك وصف للدراسات فعالية في المختبر الافراج عن المخدرات مما يدل على هذا المبدأ في أماكن أخرى 12،13.

التبول لتنسجم electrospun يمكن اتباعها غير المدمر على مر الزمن باستخدام التصوير المقطعي microcomputed والمتاحة تجاريا وكيل النقيض من معالجتها باليود Ioxaglate. يتم وضع شبكة في محلول مائي يحتوي على عامل تباين وتصوير مع مرور الوقت. كما هو مبين في الشكل 6A شبكة وPCL النقي بسرعة يبلل كما تتسرب المياه من المواد السائبة في اليوم الأول. في المقابل، فإن تنسجم مخدر مع 30٪ PCL-PGC 18 تبقى غير مبلل ل> 75 يوما، مع المتبقي الهواء داخل الهيكل الأكبر (الشكل 6B). وتوضح هذه النتائج أهمية المواد السائبة فائقة الكره للتطبيقات غير التبول.

وأخيرا، يتم تحديد الخصائص الميكانيكية للتنسجم electrospun منالشد اختبار. ويبين الجدول 3 بيانات الميكانيكية تمثيلية للPCL، PLGA، وتنسجم كل منها مخدر (الألياف حجم = 7 ميكرون لجميع الشبكات) التي تم الحصول عليها من منحنيات الإجهاد والانفعال بها. كما بلغت نسبة الزيادة المنشطات، والرجوعية المرنة (E) والقوة الشد النهائية لتنسجم تميل إلى الانخفاض.

الشكل 1
الشكل 1. الأحادي / البوليمر التوليف، وتوصيف، ومعالجة لاحقة في الأفلام، تنسجم electrospun، والطلاء electrosprayed (A) تنقية مونومر هو بلوري أبيض الصلبة في درجة حرارة الغرفة؛ (B) الموافق 1 H NMR الأطياف لمونومر. (C) صورة من البوليمرات النقاء PLA-PGC 18 (يسار) وPCL-PGC 18 (الحق)؛ (D) صورة PCL مخدر مع 30٪ (وزن / وزن) PCL-PGC 18 ومعالجتها لتصبح (من اليسار إلى اليمين): فيلم، شبكة electrospun، وطلاء electrosprayed.

الرقم 2
الشكل 2. النهوض وانحسار زوايا ملامسة الماء على والأفلام البلاستيكية / البوليمرات (A) النهوض وتراجع القياسات زاوية الاتصال المياه لundoped PCL وPLGA الأفلام على نحو سلس مقارنة بتلك التي لالنقي PCL-PGC 18 ونقية PLA-PGC 18 فيلما على نحو سلس.؛ (B) المتقدم انحسار القياسات زاوية الاتصال لمخدر PCL وPLGA الأفلام. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. عمليات electrospinningوelectrospraying توليد السطوح الخشنة التي تزيد من تعزيز للا مائية من PCL وPLGA (A) الاتصال زاوية لPCL electrospun وتنسجم PCL مخدر مع 30٪ PCL-PGC 18 (80:20) تنسجم (الألياف قطرها 2.5 ميكرون ≈)؛ PLGA تنسجم وPLGA تنسجم مخدر مع 30٪ PLA-PGC (قطر الألياف ≈ 6،5 ميكرون) 18 (60:40) تنسجم مع كلا النظامين يدل على الانتقال من مسعور لفائق الكره للماء؛ (B) زوايا الاتصال لPCL تنسجم بوصفها وظيفة من زيادة تركيز إشابة البوليمرات. (C) زوايا الاتصال لPLGA تنسجم من ~ 6.5 ميكرون قطر بوصفها وظيفة من تكوين البوليمرات. (D) بلل بوصفها وظيفة من قطر الألياف لPCL (600 نانومتر و 2.5 ميكرون)، وتنسجم استنادا PLGA (2.5 و 6.5 ميكرومتر)؛ (E) زوايا الاتصال لطلاء electrosprayed استنادا PCL-كدالة للتركيز البوليمرات المنشطات. (F) تعديل المنحنيات Zismanتظهر الدراسات التوتر السطحي حاسمة لPLGA تنسجم مخدر مع 30٪ PLA-PGC 18 (60:40) (الدوائر مع متقطع خط يربط) وPCL تنسجم مخدر مع 30٪ PCL-PGC 18 (المربعات مع خط يربط الصلبة). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 4
الرقم 4. SEM التصوير تنسجم electrospun والطلاء electrosprayed يكشف الألياف / حجم الجسيمات والتشكل. (A) الصغيرة قطرها PCL + 30٪ PCL-PGC 18 الألياف (1-2 ميكرون)، والمقابلة ذات القطر الكبير ستوكات (5/4 ميكرون) شبكة (اليسار واليمين، على التوالي)، شريط النطاق = 10 ميكرومتر. (B) ذات القطر الصغير PLGA + 10٪ PLA-PGC 18 (90:10) (2.5-3.5 ميكرومتر) ستوكات وكبيرة قطرها (6،5-7،5 ميكرون) تنسجم ستوكات (اليسار واليمين، على التوالي؛ شريط النطاق = 10 ميكرومتر)؛ (C) electrosprayed جزيئات تتكون من الذهب الخالص PCL (يسار)، PCL + 50٪ PCL-PGC 18 (اليمين)، شريط النطاق = 20 ميكرومتر. (D) electrosprayed PCL + 30٪ PCL-PGC 18 الجسيمات الصغيرة (يسار) والكبيرة (يمين) نصف قطر (مقياس بار = 2 ميكرون). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5. في المختبر والمجراة خلية الجدوى / التوافق الحيوي للشبكات فائقة الكره electrospun (A) في المختبر خلية فحص من المعاهد الوطنية للصحة / 3T3 الخلايا الليفية الجدوى على مدار 24 ساعة الحضانة مع PCL، PLGA، وتنسجم مخدر؛ (B و C) النسيجية (H & E) عينات في الجسم الحي استجابة الجسم الأجنبية فائقة الكره PLGA + 30٪ بالوزن PLA-PGC 18 (تنسجم 60:40) electrospun بعد زرع 4 أسابيع تحت الجلد في C57BL / 6 الفئران في 10X (B) و 40X (C) التكبير. (D و E) استجابة لزرع النقي PLGA electrospun تنسجم في 10X (D) و40X (E) التكبير. الرجاء أنقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (6)
الرقم 6. تعزيز التباين الطبقي microcomputed (μCT) توصيف ترطيب الجزء الأكبر من شبكات فائقة الكره، ومعالجتها باليود وكيل CT المقابل Ioxaglate (80 MGI / مل) في WATEيخدم ص كعلامة غير الغازية من الماء التسلل (A) تنسجم PCL غير فائقة الكره و (B) فائقة الكره PCL + 30٪ PCL-PGC 18 تنسجم. خريطة ملونة تشير شبكة غير مبلل بالحمرة والانتقال من اللون الأصفر إلى اللون الأخضر إلى اللون الأزرق / الأرجواني كما تقدم التبول. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Electrospun البوليمرات الاصطناعية: إشارة (ق):
بولي (lactide-CO-glycolide) 27،36،43،48-52
Polyglycolide 52،53
بولي (lactide-CO-caprolactone) 54-57
Polycaprolactone 13،58-66
Polylactide 52،67
بولي (فينيل الكحول) 68-71 </ td>
بولي (جلايكول الإثيلين) / بوليمرات كتلة 72،73
بولي (استر يوريثان) ق 74-78
بولي (ثلاثي الميثيلين كربونات) 79
بولي (ميثيل siloxane) 80،81
بولي (الاثيلين المشارك خلات الفينيل) 82
بوفيدون 83
مادة البولي أميد (ق) 84-86
Polyhydroxybutryate 87،88
Polyphosphazene (ق) 89،90
بولي (البروبيلين كربونات) 91-93
Polyethyleneimine 94،95
بولي (حمض الجلوتاميك γ) 96
السليكات 97،98

الجدول 1: أمثلة من البوليمرات الطبية الحيوية الاصطناعية التيتم electrospun عن التطبيقات الطبية الحيوية، مع إشارات المرافق له.

البوليمرات تحويل (٪) Lactide ل الجلسرين ل M ن (ز / مول) ب M ث / M ن T ز (° C) ج T م (° C) T ج (° C) ΔH و (J / ز)
PLA-PGC 18 (90:10) 92 89 11 12512 1.5 28 - - -
PLA-PGC 18 (80:20) 96 78 23 10979 1.5 17 33 11 3
PLA-PGC 18 (70:30) 90 66 34 17305 1.5 * 40 17 23
PLA-PGC 18 (60:40) 86 54 47 13226 1.6 * 43 27 32
PCL-PGC 18 (80:20) 99 (caprolactone) 81 19 21100 1.7 -53 31 19 55

الجدول 2: توصيف بوليمرات توليفها الخلد٪؛ (ب) كما يحدده حجم الاستبعاد اللوني (THF، 1.0 مل / دقيقة)؛ M n = عدد متوسط ​​الوزن الجزيئي، M ث / M ن = التبعثر ج T ز = الزجاج. درجة الحرارة الانتقالية؛ T م = ذوباندرجة الحرارة؛ T درجة الحرارة ج = التبلور. د وحظ Δ H = و حرارة الانصهار. لا T ز لهذه البوليمرات semicrystalline على درجة حرارة تتراوح من -75 ° C إلى 225 ° C.

تكوين شبكة مطاطا معامل (E) (باسكال) في نهاية المطاف قوة الشد (الأم)
PCL ل 15.3 1.5
+ 10٪ PCL-PGC 18 10.8 1.5
+ 30٪ PCL-PGC 18 3.5 0.8
PLGA ب 84.9 2.6
+ 10٪ PLA-PGC 18 (60:40) 40.3 0.8
+ 30٪ PLA-PGC <فرعية> 18 (60:40) 10.1 0.3

تنسجم خصائص الشد التمثيلية للتنسجم electrospun حجم الألياف لPCL وتنسجم استنادا PCL-≈ 7 ميكرون حجم ب الألياف لPLGA وPLGA المستندة ≈ 7 ميكرون: الجدول 3..

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

نهجنا في بناء المواد فائقة الكره من البوليمرات الطبية الحيوية يجمع بين كيمياء البوليمرات الاصطناعية مع تقنيات معالجة البوليمر من electrospinning وelectrospraying. توفر هذه التقنيات إما الألياف أو جزيئات، على التوالي. على وجه التحديد، يتم إعداد polycaprolactone وبولي (lactide- شارك -glycolide) على مواد فائقة الكره باستخدام هذه الاستراتيجية. من خلال تغيير التركيبة البوليمرات مسعور، البوليمرات في المئة في مزيج البوليمر النهائي، ويتم التحكم حجم الألياف / الجسيمات، الشاملة الوزن البوليمر في المئة، وشروط التصنيع، وبلل من الناتج electrospun / مواد electrosprayed. مواد ملفقة في هذا العمل هي من البوليمرات غير سامة وحيويا، وتمتلك حاجز الهواء الفوقية مستقر في وجود الماء.

الخطوات الحاسمة في هذا البروتوكول تنطوي 1) تجميع بوليمرات باستخدام عصابة فتح البلمرة، 2) electrospinning أو الكهربائيةرش هذه بوليمرات مع بوليمر الطبية الحيوية المقابلة مثل PCL أو PLGA. و3) تميز التشكل، غير ترطيب السلوك / للا مائية، الخواص الميكانيكية، والمختبر / في الجسم الحي توافق مع الحياة. إذا واجهت صعوبات مع التوليف البوليمر، تعديل، و / أو electrospinning، فإن الأساليب التالية تساعد في تحديد واستكشاف هذه القضايا.

من المهم لضمان نقاء أحادية، وأنها لا تحتوي على أثر الماء ومثل ذلك من الغلاف الجوي. وجود الماء قد تمنع أو إنهاء البلمرة، يؤدي إلى انخفاض الوزن الجزيئي البوليمرات، أو البوليمرات العائد مع توزيع الوزن الجزيئي واسعة للغاية. إخلاء دائما محتويات السفن البلمرة وإعادة ملء مع النيتروجين الجاف أو الأرجون، وتأدية جميع الاضافات (أحادية والمواد الحفازة) تحت الجافة، جو خامل. إذا ظهرت البلمرة غير مكتملة أو غير ناجحة، قد يكون من الضروري لتجفالكواشف عن طريق التقطير، أو إعادة بلورة أحادية لتحسين نقاء. إذا نزع benzylation من البوليمرات الناتجة يبدو غير ناجحة (كما لاحظ لاحقا 1 H تحليل NMR)، قد يكون من الضروري لإضافة المزيد من حافز أو استخدام كاشف حافزا مختلفة. ونلاحظ على وجه التحديد هنا أن deprotection ناجحة وقد لوحظ مع بعض المحفزات PD / C، وأنه من الأفضل لاستخدام أحد المدرجة في جدول المواد.

قد يكون واجه عدة صعوبات فنية أثناء عملية electrospinning وelectrospraying. إذا كان هذا الحل في رأس الإبرة وترهل، وزيادة الجهد. إذا طائرات متعددة تتشكل، والحد من الجهد. وبالإضافة إلى هذه التعديلات، قد يكون من الضروري لضبط المسافة طرف إلى جامع إذا كانت ألياف / الجسيمات تظهر الرطب (في هذه الحالة، زيادة المسافة جمع)، أو إذا ضبط الجهد لا يحل كاف قطرات سحب في رأس إبرة، والحد من distan جمعم. إذا الألياف لا تشكل، قد يكون من الضروري زيادة اللزوجة من الحل عن طريق زيادة تركيز البوليمر. وينطبق الشيء نفسه إذا ظهرت ألياف أن يكون التشكل حبة على اساس السلسلة. إذا بقيت الصعوبات، قد يكون من الضروري التحول إلى مذيب electrospinning مختلفة. لمزيد من المشاكل، ليتش وزملاء العمل 47 توفير دليل شامل لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها electrospinning.

في حين electrospinning وelectrospraying تقنيات مفيدة لافتعال المواد الطبية الحيوية، لديهم قيود. أولا، هذه التقنيات تعتمد على هدف أساس لجمع الألياف أو جزيئات، لذلك الموصلية الكهربائية هو معيار مهم للنظر فيها. قد يكون من الصعب electrospin أو electrospray المواد التي هي العوازل الكهربائية جيدة بوجه خاص، لأن الطائرة البوليمر يمكن أكثر انجذابا إلى المناطق المحيطة بهذه الركائز. أحد الحلول الممكنة يشمل تأمين مواد أقل الموصلة إلى conductive الشريط النحاس. بالإضافة إلى ذلك، في حين أن نكون قد وفقنا في electrospinning تنسجم تصل إلى 1 مم، وتلفيق تنسجم سميكة للغاية قد أعاق نظرا لطبيعة العازلة من طلاء البوليمر على المجمع. عند هذه النقطة، قد تنسجم زيادة في مساحة السطح من دون الكثير من الزيادة في سمك بشكل عام. ثانيا، اعتمادا على حجم شبكة المرجوة، مطلوب كمية كبيرة من المواد لتحقيق اللزوجة حل كافية (وهو مطلوب للelectrospinning، وضرورية لتشكيل الألياف التشابكات السلسلة). ولذلك، electrospinning قد لا يكون خيارا مناسبا للمواد الثمينة. يستخدم electrospraying عموما تركيزات أقل، وبالتالي هي أقل تطلبا من حيث الكمية المطلوبة من المواد. إذا كانت كمية عينة محدودة جدا، قد يكون من الممكن للحد من الخسائر المادية عن طريق حذف أنابيب موصل (الذي يضيف ذلك إلى حجم القتلى الإجمالي). وأخيرا، فإن تحديد التوتر السطحي النقدي يعتمد علىاستخدام السوائل المختلفة تفحصا، التي تمتلك أيضا اللزوجة المختلفة. على هذا النحو، وهذه الطريقة وجود قيود محتملة في هذا اللزوجة هو أيضا عاملا مساهما في هذه النتائج.

المواد فائقة الكره هي فئة مثيرة من المواد الحيوية، التي تجد الاستخدام المتزايد لمجموعة من التطبيقات في توصيل الدواء، هندسة الأنسجة، التئام الجروح، والمانعة للقاذورات. وتوجد العديد من التقنيات لتعزيز خشونة السطح لمواد المحاكاة البيولوجية وعدم التبول التطبيقات، مثل طبقة تلو طبقة التجميع 15، micropatterning / microtexturing 102، electrospinning 1،5،13، وelectrospraying 32. من هذه الطرق، electrospinning وelectrospraying طرق جذابة بشكل خاص بسبب قابلية والتوافق العام مع ركائز الأساسية. وفي الختام، فإن هذه الاستراتيجية الجمع بين كيمياء البوليمرات والهندسة العملية هي واحدة تنوعا والعام من شأنها أن تمكن البعضالباحثين لإعداد وتوصيف، ودراسة المواد الحيوية الجديدة حيث بلل من المواد هو سمة من سمات التصميم الرئيسية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Silicone oil Sigma-Aldrich 85409
Cis-2-Phenyl-1,3-dioxan-5-ol Sigma-Aldrich 13468
Benzyl bromide Sigma-Aldrich B17905 Toxic, lacrymator/eye irritant, use in chemical fume hood
Potassium hydroxide Sigma-Aldrich 221473 Corrosive
Rotary evaporator Buchi R-124
High-vacuum pump Welch 8907
Nitrogen, ultra high purity Airgas NI UHP300 Compressed gas
Tetrahydrofuran, stabilized with BHT Pharmaco-Aaper 346000 Flammable. Dried through column of XXX
Dichloromethane Pharmaco-Aaper 313000 Flammable, toxic.
Separatory funnel (1 L) Fisher Scientific 13-678-606
Sodium sulfate Sigma-Aldrich 239313
Ethanol, absolute Pharmaco-Aaper 111USP200 Flammable, toxic.
Buchner funnel Fisher Scientific FB-966-F
Methanol Pharmaco-Aaper 339000ACS Flammable, toxic.
Hydrochloric acid Sigma-Aldrich 320331 Corrosive. Diluted to 2N in distilled water.
Ethyl chloroformate, 97% Sigma-Aldrich 185892 Toxic, flammable, harmful to environment
Triethylamine (anhydrous) Sigma-Aldrich 471283 Toxic, flammable, harmful to environment
Diethyl ether Pharmaco-Aaper 373ANHACS Highly flammable. Purified through XXX column.
3,6-Dimethyl-1,4-dioxane-2,5-dione (D,L-lactide) Sigma-Aldrich 303143
Tin (II) ethylhexanoate Sigma-Aldrich S3252 Toxic.
ε-caprolactone (97%) Sigma-Aldrich 704067
Toluene, anhydrous Sigma-Aldrich 244511 Flammable, toxic.
Glass syringe Hamilton Company 1700-series
Deuterated chloroform Cambridge Isotopes Laboratories, Inc. DLM-29-10 Toxic
Nuclear magnetic resonance instrument Varian V400
Palladium on carbon catalyst Strem Chemicals, Inc. 46-1707
Hydrogenator unit Parr 3911
Hydrogenator shaker vessel Parr 66CA
Hydrogen Airgas HY HP300 Highly flammable.
Diatomaceous earth Sigma-Aldrich 22140
2H,2H,3H,3H-perflurononanoic acid Oakwood Products, Inc. 10519 Toxic.
Stearic acid Sigma-Aldrich S4751
N,N’-dicyclohexylcarbodiimide Sigma-Aldrich D80002 Toxic, irritant.
4-(dimethylamino) pyridine Sigma-Aldrich 107700 Toxic.
Hexanes Pharmaco-Aaper 359000ACS Toxic, flammable.
Gel permeation chromatography (GPC) system Rainin
GPC column Waters WAT044228
Differential scanning calorimeter TA Instruments Q100
Chloroform Pharmaco-Aaper 309000ACS Toxic.
N,N-dimethylformamide Sigma-Aldrich 227056 Toxic, flammable.
Polycaprolactone, MW 70-90 kg/mol Sigma-Aldrich 440744
Poly(lactide-co-glycolide), MW 136 kg/mol Evonik Industries LP-712
10 ml glass syringe Hamilton Company 81620
18 AWG blunt needle BRICO Medical Supplies BN1815
Electrospinner enclosure box Custom-built N/A Made of acrylic panels
High voltage DC supply Glassman High Voltage, Inc. PS/EL30R01.5 High voltages, electrocution hazard
Linear (translating) stage Servo Systems Co. LPS-12-20-0.2 Optional
Programmable motor & power supply Intelligent Motion Systems, Inc. MDrive23 Plus Optional
24V DC motor & power supply McMaster-Carr 6331K32 Optional
Aluminum collector drum Custom-built Optional
Syringe pump Fisher Scientific 78-0100I
Inverted optical microscope Olympus IX70
Scanning electron microscope Carl Zeiss Supra V55
Conductive copper tape 3M 16072
Aluminum SEM stubs Electron Microscopy Sciences 75200
Contact angle goniometer Kruss DSA100
Propylene glycol Sigma-Aldrich W294004 Toxic.
Ethylene glycol Sigma-Aldrich 324558 Toxic.
Ioxaglate Guerbet
Fetal bovine serum American Type Culture Collection 30-2020
Micro-computed tomography instrument Scanco
Image analysis software (Analyze) Mayo Clinic
Tensile tester Instron 5848
Micrometer Multitoyo 293-340
Calipers Fisher Scientific 14-648-17

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Li, X. M., Reinhoudt, D., Crego-Calama, M. What do we need for a superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces. Chem. Soc. Rev. 36, 1350-1368 (2007).
  2. Crick, C. R., Parkin, I. P. Preparation and characterisation of super-hydrophobic surfaces. Chem. - Eur. J. 16, 3568-3588 (2010).
  3. Genzer, J., Efimenko, K. Recent developments in superhydrophobic surfaces and their relevance to marine fouling: a review. Biofouling. 22, 339-360 (2006).
  4. Marmur, A. Super-hydrophobicity fundamentals: implications to biofouling prevention. Biofouling. 22, 107-115 (2006).
  5. Sas, I., Gorga, R. E., Joines, J. A., Thoney, K. A. Literature review on superhydrophobic self-cleaning surfaces produced by electrospinning. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 50, 824-845 (2012).
  6. Zhang, X., Shi, F., Niu, J., Jiang, Y., Wang, Z. Superhydrophobic surfaces: from structural control to functional application. J. Mat. Chem. 18, 621-633 (2008).
  7. Xue, C. -H., Li, Y. -R., Zhang, P., Ma, J. -Z., Jia, S. -T. Washable and wear-resistant superhydrophobic surfaces with self-cleaning property by chemical etching of fibers and hydrophobization. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6, 10153-10161 (2014).
  8. Ou, J., Perot, B., Rothstein, J. P. Laminar drag reduction in microchannels using ultrahydrophobic surfaces. Phys. Fluids. 16, 4635-4643 (2004).
  9. Ko, T. -J., et al. Adhesion behavior of mouse liver cancer cells on nanostructured superhydrophobic and superhydrophilic surfaces. Soft Matter. , (2013).
  10. Lourenco, B. N., et al. Wettability influences cell behavior on superhydrophobic surfaces with different topographies. Biointerphases. 7, (2012).
  11. Srinivasan, S., et al. Drag reduction for viscous laminar flow on spray-coated non-wetting surfaces. Soft Matter. 9, 5691-5702 (2013).
  12. Yohe, S. T., Colson, Y. L., Grinstaff, M. W. Superhydrophobic materials for tunable drug release: using displacement of air to control delivery rates. J. Am. Chem. Soc. 134, 2016-2019 (2012).
  13. Yohe, S. T., Herrera, V. L. M., Colson, Y. L., Grinstaff, M. W. 3D superhydrophobic electrospun meshes as reinforcement materials for sustained local drug delivery against colorectal cancer cells. J. Control. Release. 162, 92-101 (2012).
  14. Yohe, S. T., Kopechek, J. A., Porter, T. M., Colson, Y. L., Grinstaff, M. W. Triggered drug release from superhydrophobic meshes using high-intensity focused ultrasound. Adv. Healthcare Mater. 2, 1204-1208 (2013).
  15. Manna, U., Kratochvil, M. J., Lynn, D. M. Superhydrophobic polymer multilayers that promote the extended, long-term release of embedded water-soluble agents. Adv. Mater. 25, 6405-6409 (2013).
  16. Ju, G., Cheng, M., Shi, F. A pH-responsive smart surface for the continuous separation of oil/water/oil ternary mixtures. NPG Asia Mater. 6, e111 (2014).
  17. Lim, H. S., Han, J. T., Kwak, D., Jin, M., Cho, K. Photoreversibly switchable superhydrophobic surface with erasable and rewritable pattern. J. Am. Chem. Soc. 128, 14458-14459 (2006).
  18. Macias-Montero, M., Borras, A., Alvarez, R., Gonzalez-Elipe, A. R. Following the wetting of one-dimensional photoactive surfaces. Langmuir. 28, 15047-15055 (2012).
  19. Sun, T., et al. Reversible switching between superhydrophilicity and superhydrophobicity. Angew. Chem. Int. Ed. 43, 357-360 (2004).
  20. Verplanck, N., Coffinier, Y., Thomy, V., Boukherroub, R. Wettability switching techniques on superhydrophobic surfaces. Nanoscale Res. Lett. 2, 577-596 (2007).
  21. Deng, D., et al. Hydrophobic meshes for oil spill recovery devices. ACS Appl. Mater. Interfaces. 5, 774-781 (2013).
  22. Ebrahimi, A., et al. Nanotextured superhydrophobic electrodes enable detection of attomolar-scale DNA concentration within a droplet by non-faradaic impedance spectroscopy. Lab Chip. 13, 4248-4256 (2013).
  23. Guix, M., et al. Superhydrophobic alkanethiol-coated microsubmarines for effective removal of oil. ACS Nano. 6, 4445-4451 (2012).
  24. Korhonen, J. T., Kettunen, M., Ras, R. H. A., Ikkala, O. Hydrophobic nanocellulose aerogels as floating, sustainable, reusable, and recyclable oil absorbents. ACS Appl. Mater. Interfaces. 3, 1813-1816 (2011).
  25. Wu, Y., Hang, T., Komadina, J., Ling, H., Li, M. High-adhesive superhydrophobic 3D nanostructured silver films applied as sensitive, long-lived, reproducible and recyclable SERS substrates. Nanoscale. 6, 9720-9726 (2014).
  26. Waterproofing treatment of materials. US Patent. Norton, F. J. , 2386259 A (1945).
  27. Kaplan, J. A., et al. Imparting superhydrophobicity to biodegradable poly(lactide-co-glycolide) electrospun meshes. Biomacromolecules. 15, 2548-2554 (2014).
  28. Ray, W. C., Grinstaff, M. W. Polycarbonate and poly(carbonate−ester)s synthesized from biocompatible building blocks of glycerol and lactic acid. Macromolecules. 36, 3557-3562 (2003).
  29. Wolinsky, J. B., Ray, W. C., Colson, Y. L., Grinstaff, M. W. Poly(carbonate ester)s based on units of 6-hydroxyhexanoic acid and glycerol. Macromolecules. 40, 7065-7068 (2007).
  30. Wolinsky, J. B., Yohe, S. T., Colson, Y. L., Grinstaff, M. W. Functionalized hydrophobic poly(glycerol-co-ε-caprolactone) depots for controlled drug release. Biomacromolecules. 13, (2012).
  31. Yohe, S. T., Freedman, J. D., Falde, E. J., Colson, Y. L., Grinstaff, M. W. A mechanistic study of wetting superhydrophobic porous 3D meshes. Adv. Funct. Mater. 23, 3628-3637 (2013).
  32. Yohe, S. T., Grinstaff, M. W. A facile approach to robust superhydrophobic 3D coatings via connective-particle formation using the electrospraying process. Chem. Commun. 49, 804-806 (2013).
  33. Tian, H. Y., Tang, Z. H., Zhuang, X. L., Chen, X. S., Jing, X. B. Biodegradable synthetic polymers: Preparation, functionalization and biomedical application. Prog. Polym. Sci. 37, 237-280 (2012).
  34. Surgical sutures. US Patent. Emil, S. E., Albert, P. R. , 3297033 A (1967).
  35. Greenberg, J. A., Clark, R. M. Advances in suture material for obstetric and gynecologic surgery. Rev. Obstet. Gynecol. 2, 146-158 (2009).
  36. Weldon, C. B., et al. Electrospun drug-eluting sutures for local anesthesia. J. Control. Release. 161, 903-909 (2012).
  37. Wright, J., Hoffman, A. Chapter 2. Long Acting Injections and Implants. Advances in Delivery Science and Technology. Wright, J. C., Burgess, D. J. , Springer. 11-24 (2012).
  38. Wischke, C., Schwendeman, S. P. Principles of encapsulating hydrophobic drugs in PLA/PLGA microparticles. Int. J. Pharm. 364, 298-327 (2008).
  39. Xie, J. W., Tan, R. S., Wang, C. H. Biodegradable microparticles and fiber fabrics for sustained delivery of cisplatin to treat C6 glioma in vitro. J. Biomed. Mater. Res., Part A. 85A, 897-908 (2008).
  40. Danhier, F., et al. PLGA-based nanoparticles: An overview of biomedical applications. J. Control. Release. 161, 505-522 (2012).
  41. Korin, N., et al. Shear-activated nanotherapeutics for drug targeting to obstructed blood vessels. Science. 337, 738-742 (2012).
  42. Lee, J. S., et al. Evaluation of in vitro and in vivo antitumor activity of BCNU-Ioaded PLGA wafer against 9L gliosarcoma. Eur. J. Pharm. Biopharm. 59, 169-175 (2005).
  43. Liu, H., Wang, S. D., Qi, N. Controllable structure, properties, and degradation of the electrospun PLGA/PLA-blended nanofibrous scaffolds. J. Appl. Polym. Sci. 125, E468-E476 (2012).
  44. Ong, B. Y. S., et al. Paclitaxel delivery from PLGA foams for controlled release in post-surgical chemotherapy against glioblastoma multiforme. Biomaterials. 30, 3189-3196 (2009).
  45. Paun, I. A., Moldovan, A., Luculescu, C. R., Staicu, A., Dinescu, M. M. A. P. L. E. deposition of PLGA:PEG films for controlled drug delivery: Influence of PEG molecular weight. Appl. Surf. Sci. 258, 9302-9308 (2012).
  46. Reneker, D. H., Yarin, A. L., Zussman, E., Xu, H. Electrospinning of nanofibers from polymer solutions and melts. Advances in Applied Mechanics. Aref, H., Van der Giessen, E. 41, 43-195 (2007).
  47. Leach, M. K., Feng, Z. -Q., Tuck, S. J., Corey, J. M. Electrospinning fundamentals: optimizing solution and apparatus parameters. J. Vis. Exp. (2494), (2011).
  48. Oh, J. H., Park, K. M., Lee, J. S., Moon, H. T., Park, K. D. Electrospun microfibrous PLGA meshes coated with in situ cross-linkable gelatin hydrogels for tissue regeneration. Curr. Appl. Phys. 12, S144-S149 (2012).
  49. Kim, T. G., Park, T. G. Biomimicking extracellular matrix: cell adhesive RGD peptide modified electrospun poly(D,L-lactic-co-glycolic acid) nanofiber mesh. Tissue Eng. 12, 221-233 (2006).
  50. Stitzel, J., et al. Controlled fabrication of a biological vascular substitute. Biomaterials. 27, 1088-1094 (2006).
  51. Liang, D., et al. In vitro non-viral gene delivery with nanofibrous scaffolds. Nucleic Acids Res. 33, e170 (2005).
  52. You, Y., Min, B. -M., Lee, S. J., Lee, T. S., Park, W. H. In vitro degradation behavior of electrospun polyglycolide, polylactide, and poly(lactide-co-glycolide). J. Appl. Polym. Sci. 95, 193-200 (2005).
  53. Boland, E. D., Wnek, G. E., Simpson, D. G., Pawlowski, K. J., Bowlin, G. L. Tailoring tissue engineering scaffolds using electrostatic processing techniques: a study of poly(glycolic acid) electrospinning. J. Macromol. Sci., Part A: Pure Appl. Chem. 38, 1231-1243 (2001).
  54. Inoguchi, H., Tanaka, T., Maehara, Y., Matsuda, T. The effect of gradually graded shear stress on the morphological integrity of a huvec-seeded compliant small-diameter vascular graft. Biomaterials. 28, 486-495 (2007).
  55. Xu, C. Y., Inai, R., Kotaki, M., Ramakrishna, S. Aligned biodegradable nanofibrous structure: a potential scaffold for blood vessel engineering. Biomaterials. 25, 877-886 (2004).
  56. Mun, C. H., et al. Three-dimensional electrospun poly(lactide-co-varepsilon-caprolactone) for small-diameter vascular grafts. Tissue Eng. Part A. 18, 1608-1616 (2012).
  57. Inai, R., Kotaki, M., Ramakrishna, S. Deformation behavior of electrospun poly(L-lactide-co-ε-caprolactone) nonwoven membranes under uniaxial tensile loading. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 43, 3205-3212 (2005).
  58. Cao, H., McHugh, K., Chew, S. Y., Anderson, J. M. The topographical effect of electrospun nanofibrous scaffolds on the in vivo and in vitro foreign body reaction. J. Biomed.Mater.Res.,PartA.. 93A, 1151-1159 (2010).
  59. Pham, Q. P., Sharma, U., Mikos, A. G. Electrospun poly(epsilon-caprolactone) microfiber and multilayer nanofiber/microfiber scaffolds: characterization of scaffolds and measurement of cellular infiltration. Biomacromolecules. 7, 2796-2805 (2006).
  60. Jiang, H., Zhao, P., Zhu, K. Fabrication and characterization of zein-based nanofibrous scaffolds by an electrospinning method. Macromol. Biosci. 7, 517-525 (2007).
  61. Zhang, Y. Z., Venugopal, J., Huang, Z. M., Lim, C. T., Ramakrishna, S. Characterization of the surface biocompatibility of the electrospun PCL-collagen nanofibers using fibroblasts. Biomacromolecules. 6, 2583-2589 (2005).
  62. Jiang, H., Hu, Y., Zhao, P., Li, Y., Zhu, K. Modulation of protein release from biodegradable core-shell structured fibers prepared by coaxial electrospinning. J. Biomed. Mater. Res., Part B: Appl. Biomat. 79, 50-57 (2006).
  63. Jiang, H., et al. A facile technique to prepare biodegradable coaxial electrospun nanofibers for controlled release of bioactive agents. J. Control. Release. 108, 237-243 (2005).
  64. Zhang, Y. Z., et al. Coaxial electrospinning of (fluorescein isothiocyanate-conjugated bovine serum albumin)-encapsulated poly(epsilon-caprolactone) nanofibers for sustained release. Biomacromolecules. 7, 1049-1057 (2006).
  65. Schnell, E., et al. Guidance of glial cell migration and axonal growth on electrospun nanofibers of poly-epsilon-caprolactone and a collagen/poly-epsilon-caprolactone blend. Biomaterials. 28, 3012-3025 (2007).
  66. Ma, Z., He, W., Yong, T., Ramakrishna, S. Grafting of gelatin on electrospun poly(caprolactone) nanofibers to improve endothelial cell spreading and proliferation and to control cell Orientation. Tissue Eng. 11, 1149-1158 (2005).
  67. Peesan, M., Rujiravanit, R., Supaphol, P. Electrospinning of hexanoyl chitosan/polylactide blends. J. Biomater. Sci., Polym. Ed. 17, 547-565 (2006).
  68. Jia, Y. -T., et al. Fabrication and characterization of poly (vinyl alcohol)/chitosan blend nanofibers produced by electrospinning method. Carbohydr. Polym. 67, 403-409 (2007).
  69. Kenawy, E. -R., Abdel-Hay, F. I., El-Newehy, M. H., Wnek, G. E. Controlled release of ketoprofen from electrospun poly(vinyl alcohol) nanofibers. Mater. Sci. Eng., A. 459, 390-396 (2007).
  70. Zhang, C., Yuan, X., Wu, L., Han, Y., Sheng, J. Study on morphology of electrospun poly(vinyl alcohol) mats. Eur. Polym. J. 41, 423-432 (2005).
  71. Hong, K. H. Preparation and properties of electrospun poly(vinyl alcohol)/silver fiber web as wound dressings. Polym. Eng. Sci. 47, 43-49 (2007).
  72. Bhattarai, S. R., et al. Novel biodegradable electrospun membrane: scaffold for tissue engineering. Biomaterials. 25, 2595-2602 (2004).
  73. Grafahrend, D., et al. Biofunctionalized poly(ethylene glycol)-block-poly(ε-caprolactone) nanofibers for tissue engineering. J. Mater. Sci.: Mater. Med. 19, 1479-1484 (2008).
  74. Riboldi, S. A., Sampaolesi, M., Neuenschwander, P., Cossu, G., Mantero, S. Electrospun degradable polyesterurethane membranes: potential scaffolds for skeletal muscle tissue engineering. Biomaterials. 26, 4606-4615 (2005).
  75. Gugerell, A., et al. Electrospun poly(ester-urethane)- and poly(ester-urethane-urea) fleeces as promising tissue engineering scaffolds for adipose-derived stem cells. PLoS ONE. 9, e90676 (2014).
  76. Nair, P. A., Ramesh, P. Electrospun biodegradable calcium containing poly(ester-urethane)urea: synthesis, fabrication, in vitro degradation, and biocompatibility evaluation. J. Biomed. Mater. Res., Part A. 101, 1876-1887 (2013).
  77. Caracciolo, P., Thomas, V., Vohra, Y., Buffa, F., Abraham, G. Electrospinning of novel biodegradable poly(ester urethane)s and poly(ester urethane urea)s for soft tissue-engineering applications. J. Mater. Sci.: Mater. Med. 20, 2129-2137 (2009).
  78. Hong, Y., et al. A small diameter, fibrous vascular conduit generated from a poly(ester urethane)urea and phospholipid polymer blend. Biomaterials. 30, 2457-2467 (2009).
  79. Pego, A. P., et al. Preparation of degradable porous structures based on 1,3-trimethylene carbonate and D,L-lactide (co)polymers for heart tissue engineering. Tissue Eng. 9, 981-994 (2003).
  80. Niu, H., Wang, H., Zhou, H., Lin, T. Ultrafine PDMS fibers: preparation from in situ curing-electrospinning and mechanical characterization. RSC Adv. 4, 11782-11787 (2014).
  81. Kim, Y. B., Cho, D., Park, W. H. Electrospinning of poly(dimethyl siloxane) by sol–gel method. J. Appl. Polym. Sci. 114, 3870-3874 (2009).
  82. Kenawy, E. -R., et al. Release of tetracycline hydrochloride from electrospun poly(ethylene-co-vinylacetate), poly(lactic acid), and a blend. J. Control. Release. 81, 57-64 (2002).
  83. Uykun, N., et al. Electrospun antibacterial nanofibrous polyvinylpyrrolidone/cetyltrimethylammonium bromide membranes for biomedical applications. J. Bioact. Compat. Polym. 29, 382-397 (2014).
  84. Panthi, G., et al. Preparation and characterization of nylon-6/gelatin composite nanofibers via electrospinning for biomedical applications. Fibers Polym. 14, 718-723 (2013).
  85. Pant, H. R., et al. Chitin butyrate coated electrospun nylon-6 fibers for biomedical applications. Appl. Surf. Sci., Part B. 285, 538-544 (2013).
  86. Pant, H. R., Kim, C. S. Electrospun gelatin/nylon-6 composite nanofibers for biomedical applications. Polym. Int. 62, 1008-1013 (2013).
  87. Correia, D. M., et al. Influence of electrospinning parameters on poly(hydroxybutyrate) electrospun membranes fiber size and distribution. Polym. Eng. Sci. 54, 1608-1617 (2014).
  88. Tong, H. -W., Wang, M. Electrospinning of poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) fibrous tissue engineering scaffolds in two different electric fields. Polym. Eng. Sci. 51, 1325-1338 (2011).
  89. Carampin, P., et al. Electrospun polyphosphazene nanofibers for in vitro rat endothelial cells proliferation. J. Biomed. Mater. Res., Part A. 80, 661-668 (2007).
  90. Lin, Y. -J., et al. Effect of solvent on surface wettability of electrospun polyphosphazene nanofibers. J. Appl. Polym. Sci. 115, 3393-3400 (2010).
  91. Zhang, J., et al. Engineering of vascular grafts with genetically modified bone marrow mesenchymal stem cells on poly (propylene carbonate) graft. Artif. Organs. 30, 898-905 (2006).
  92. Nagiah, N., Sivagnanam, U. T., Mohan, R., Srinivasan, N. T., Sehgal, P. K. Development and characterization of electropsun poly(propylene carbonate) ultrathin fibers as tissue engineering scaffolds. Adv. Eng. Mater. 14, B138-B148 (2012).
  93. Welle, A., et al. Electrospun aliphatic polycarbonates as tailored tissue scaffold materials. Biomaterials. 28, 2211-2219 (2007).
  94. Khanam, N., Mikoryak, C., Draper, R. K., Balkus, K. J. Electrospun linear polyethyleneimine scaffolds for cell growth. Acta Biomater. 3, 1050-1059 (2007).
  95. Xu, X., Zhang, J. -F., Fan, Y. Fabrication of cross-linked polyethyleneimine microfibers by reactive electrospinning with in situ photo-cross-linking by UV radiation. Biomacromolecules. 11, 2283-2289 (2010).
  96. Wang, S., et al. Fabrication and morphology control of electrospun poly(Γ-glutamic acid) nanofibers for biomedical applications. Colloids Surf. B. 89, 254-264 (2012).
  97. Sakai, S., Yamada, Y., Yamaguchi, T., Kawakami, K. Prospective use of electrospun ultra-fine silicate fibers for bone tissue engineering. Biotechnol. J. 1, 958-962 (2006).
  98. Yamaguchi, T., Sakai, S., Kawakami, K. Application of silicate electrospun nanofibers for cell culture. J. Sol-Gel Sci. Technol. 48, 350-355 (2008).
  99. Vazquez, G., Alvarez, E., Navaza, J. M. Surface-tension of alcohol plus water from 20-degrees C to 50-degrees. C. J. Chem. Eng. Data. 40, 611-614 (1995).
  100. Hoke, B. C., Patton, E. F. Surface tensions of propylene glycol water. J. Chem. Eng. Data. 37, 331-333 (1992).
  101. Azizian, S., Hemmati, M. Surface tension of binary mixtures of ethanol + ethylene glycol from 20 to 50. C. J. Chem. Eng. Data. 48, 662-663 (2003).
  102. Nayak, B. K., Caffrey, P. O., Speck, C. R., Gupta, M. C. Superhydrophobic surfaces by replication of micro/nano-structures fabricated by ultrafast-laser-microtexturing. Appl. Surf. Sci. 266, 27-32 (2013).

Tags

الهندسة الحيوية، العدد 102، Electrospinning، electrospraying، polycaprolactone، وبولي (lactide-
افتعال فائقة الكره المواد البوليمرية للتطبيقات الطبية الحيوية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kaplan, J., Grinstaff, M.… More

Kaplan, J., Grinstaff, M. Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications. J. Vis. Exp. (102), e53117, doi:10.3791/53117 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter