Name: Fabricação de super-hidrofóbicas Materiais Poliméricos para aplicações biomédicas (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-08-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 22 s
Description: Aprenda a fabricar malhas fibrosas biodegradáveis e revestimentos super-hidrofóbicos usando eletrofiação e eletrospray de polímeros biomédicos. Este método permite controlar a liberação de fármacos em aplicações terapêuticas.

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O financiamento foi fornecido em parte pela BU e pelo NIH R01CA149561. Os autores gostariam de agradecer à equipe de eletrofiação/eletropulverização, incluindo Stefan Yohe, Eric Falde, Joseph Hersey e Julia Wang, por suas discussões e contribuições úteis para a preparação e caracterização de biomateriais super-hidrofóbicos.

1. Sintetização functionalizable poli (1,3-glicerol carbonate- co-caprolactona) e 29 de poli (1,3-glicerol -lactide carbonate- co) 27,28. <ol><li> A síntese de monómeros. <ol><li> Dissolver cis-2-fenil-1,3-dioxan-5-ol (50 g, 0,28 mol, 1 eq.) Em 500 ml de tetra-hidrofurano seco (THF) e agita-se em gelo sob atmosfera de azoto. Adiciona-se hidróxido de potássio (33,5 g, 0,84 mol, 3 eq.), Finamente trituradas com um almofariz e pilão. Coloque balão em banho de gelo. </li><li> Adicionar 49,6 ml de brometo de benzilo (71,32 g, 0,42 mol, 1,5 eq.) Gota a gota com agitação sobre gelo. Deixar a reacção aquecer até à temperatura ambiente com agitação durante 24 h, sob azoto. </li><li> Adicionar 150 ml de água para dissolver o hidróxido de potássio e remover o THF por evaporação rotativa destilada. </li><li> Extrair o material restante com 200 ml de diclorometano (DCM), em um 1-G funil de separação. Repetir a extracção duas vezes. </li><li> Seca-se a fase orgânica sobre sulfato de sódio. </li><li> Cristalizaro produto através da adição de 600 ml de etanol absoluto à solução, misturando bem, e armazenar durante a noite a -20 ° C. O produto pode ser armazenado a -20 ° C durante vários dias antes de realizar os passos subsequentes. </li><li> Isolar o produto por vácuo por meio de filtração através de um funil de Buchner e seco em alto vácuo. O produto pode ser armazenado durante vários dias antes de realizar os passos subsequentes. Um rendimento típico para este passo é de ~ 80%. </li><li> Em um balão de vidro de fundo redondo de 1 L, suspender o produto obtido no passo 1.1.7. em metanol (300 mL). Adicionar 150 ml de ácido clorídrico 2 N. Refluxo a 80 ° C durante 2 horas. </li><li> Evapora-se o solvente e coloca-se sob alto vácuo durante 24 h. O rendimento para este passo é tipicamente&gt; 98%. </li><li> Dissolve-se o produto de 1.1.9 em THF (650 ml) e transferir para um balão de fundo redondo de 2 L. Colocar o balão em banho de gelo e agita-se sob atmosfera de azoto. Adicionar 22,4 ml de cloroformato de etilo (25,6 g, 0,29 mol, 2 eq.) Ao balão sob atmosfera de azoto. </li><li> Adicionar 32,8 ml de trietilamina (0,29 mol, 2 eq.) TO um funil de adição. Misturar com um volume igual de THF. Coloque um funil de adição no balão de fundo redondo e manter sob azoto. </li><li> Com agitação vigorosa, dispensam cuidadosamente trietilamina / THF mistura gota a gota para o balão de fundo redondo em gelo. CUIDADO: esta é uma reacção exotérmica. Para evitar o aumento da temperatura rápido, adicione a trietilamina não mais do que uma gota por segundo solução / THF. Após a adição de todo o volume, agitar a reacção durante 4 horas, aquecendo até à temperatura ambiente, ou durante 24 h. </li><li> Filtrar o sal cloridrato de trietilamina usando um funil de Buchner. Evapora-se o solvente num evaporador rotativo. </li><li> Adiciona-se diclorometano (200 ml) ao balão e aquecer suavemente até o resíduo estar dissolvido. Adicionar 120 ml de éter dietílico enquanto agita. Armazenar a -20 ° C durante a noite para cristalizar o produto. </li><li> Cristais de monômero de filtros e re-cristalizar antes da polimerização. O produto pode ser armazenado monómero selado à temperatura ambiente durante 2 semanas ou a -206; C indefinidamente. Confirmar produto por 1H RMN, espectrometria de massa, e análise elementar. Um rendimento típico para este passo final na síntese do monómero situa-se entre 40-60%. </li></ol></li><li> Copolimerização de D, L-lactido / ε-caprolactona com 5-benziloxi-1,3-dioxan-2-ona. <ol><li> Banho de óleo de silicone de aquecimento para 140 ° C. </li><li> Medir 2,1 g de 5-benziloxi-1,3-dioxan-2-ona (preparada no ponto 1.1) e adicioná-lo para um balão de fundo redondo de 100 ml seco. Se copolimerizando D, L -lactide, medir 5,7 g e adicionar no balão agora. Adicionar uma barra de agitação magnética e vedar o balão com uma rolha de borracha. <ol><li> Também medir 240 mg (excesso) de estanho (II) etil-hexanoato, num balão em forma de pêra pequena. Esta polimerização resultará num% de glicerol composição de monómero de carbonato de 20 mol. Ajustar as massas de monómeros para obter diferentes composições de monómero. </li></ol></li><li> Lave ambos os frascos com azoto sobre um colector de Schlenk durante 5 minutos e adicionar 4,24 ml ε-caprolactom sob azoto. Evacuar a atmosfera através da aplicação de &#39;frascos de alto vácuo (300 mTorr) durante 15 min para remover os vestígios de água. </li><li> Recarregue atmosfera dos frascos com azoto; repetir este ciclo mais duas vezes. </li><li> Misturar 500 mL de tolueno seco com o catalisador de estanho, sob azoto. </li><li> Colocar o balão no monômero C banho de óleo de 140 ° e adicionar catalisador uma vez que todos os sólidos ter derretido. O volume total da mistura de catalisador deve ser entregue ~ 100 uL. Manter a 140 ° C durante não mais do que 24 h, depois arrefecer o polímero fundido até à temperatura ambiente. Execute as etapas subseqüentes imediatamente ou, pelo menos, 24 horas mais tarde. </li><li> Dissolve-se o polímero em diclorometano (50 ml) e precipitado em metanol frio (200 mL). Decantar o sobrenadante e seca-se sob alto vácuo. Os passos subsequentes podem ser realizados imediatamente ou em qualquer ponto. Loja polímeros no congelador até à sua utilização. O típico de polimerização de rendimento / conversão é entre 80-95%. </li><li> Execute umAnálise da &#39;H-NMR para determinar as proporções molares de co-monómero. Dissolve-se polímero em clorofórmio deuterado (CDCl3) e de integrar a mudança de protões benzílicos do monómero de carbonato a 4,58-4,68 ppm; comparar esta com a área de pico que o pico de 2,3 ppm de metileno a (PCL) e o pico a 5,2 ppm metino (PLGA). </li></ol></li><li> Modificação de polímeros: desprotecção e enxertia. <ol><li> Dissolve-se polímero (~ 7 g) em 120 ml de tetra-hidrofurano (THF) num recipiente de hidrogenação de alta pressão. Pesar e adicionar catalisador de paládio-carbono (~ 2 g). </li><li> Adicionar ao vaso de hidrogénio usando um aparelho de hidrogenação. Hidrogenar a 50 psi durante 4 h. CUIDADO: o gás hidrogênio é extremamente inflamável. Procurar ajuda de pessoas familiarizadas com este procedimento e sempre inspecionar as linhas de abastecimento para possíveis vazamentos antes de realizar esta experiência. </li><li> Filtre catalisador de paládio-carbono, usando um leito empacotado de terra diatomácea. Concentra-se o polímero a ~ 50 ml sob evaporação rotativa e o precipitate em metanol frio. CUIDADO: partículas de paládio secos podem inflamar espontaneamente. Mantenha uma toalha molhada nas proximidades em caso de um flare-up para sufocar as chamas. Adicionar água ao bolo do filtro de paládio / carbono a mantê-lo-se agregados e para evitar a sua ignição. Procurar ajuda de pessoas familiarizadas com este procedimento. </li><li> Decantar o sobrenadante e seca-se sob alto vácuo. Confirmar total de conversão em hidroxilo livre, observando o desaparecimento do pico a 4,65 ppm (1H RMN em CDCI3). Estes polímeros pode ser utilizada imediatamente ou guardadas para uso posterior. Os rendimentos para este passo são&gt; 90%. </li><li> Dissolve-se o polímero e ácido esteárico (1,5 eq.) Em 500 ml de diclorometano seco (DCM). Adiciona-se N, N&#39;-diciclo-hexilcarbodiimida (DCC, 2,0 eq.) E 3 flocos de 4-dimetilaminopiridina. Agita-se sob atmosfera de azoto à temperatura ambiente durante 24 h. </li><li> Remover insolúvel N, N&#39;-dicyclohexylcarbourea através de uma série de filtrações e concentrações utilizadas. No final, concentra-se osolução a 50 ml. </li><li> Precipitar polímero em metanol frio (~ 175 ml) e decantar o sobrenadante. Seca-se o polímero durante a noite sob alto vácuo. Utilização subsequente destes polímeros pode ser realizada em qualquer momento, mas manter polímeros no congelador para armazenamento a longo prazo. O rendimento para este passo final modificação é geralmente entre 85-90%. </li></ol></li></ol> 2. Caracterização dos copolímeros sintetizados <ol><li> Pesar ~ 10 mg de polímero (record a massa real) e adicione à panela de alumínio da amostra, em seguida, hermeticamente selá-lo. Prato de amostra de carga e um (referência) pan descarregado na calorimetria exploratória diferencial. </li><li> Programa de uma rampa de temperatura e de arrefecimento (&quot;calor / frio / calor&quot;) ciclo: 1) aquecimento de 20 ° C a 225 ° C a 10 ° C / min, 2) arrefecer a -75 ° C a 5 ° C / min, 3) de calor a 225 ° C a 10 ° C / min. </li><li> Determinar o ponto de fusão (Tm), a cristalização (&lt;em&gt; t C) e temperaturas de transição vítrea (Tg), e calor de fusão (AH f) a partir de vestígios térmicos (se aplicável). </li><li> Dissolve-se cada um copolímero sintetizado em THF (1 mg / ml) e filtrar através de um filtro de PTFE de 0,02 mícrons. Injectar a solução num sistema de cromatografia de permeação em gel e comparar o tempo de retenção em comparação com um conjunto de padrões de poliestireno. </li></ol> 3. Preparar soluções de polímeros para Electrospinning / electrospraying 27,31 <ol><li> Dissolve-se polímero (s) a 10-40% em peso em solvente adequado, tal como clorofórmio / metanol (5: 1) para PCL ou tetra-hidrofurano / N, N-dimetilformamida (7: 3) para PLGA, durante a noite. A massa de polímero necessário para este passo irá depender das dimensões da malha desejado. Nota: Por exemplo, para produzir uma 10 cm x 10 cm de espessura de malha de cerca de 300 micra, 1 grama irá tipicamente ser necessária. Vale a pena notar que a perda de materialES pode ocorrer em passos subsequentes deste protocolo, tais como durante a transferência de solução para a seringa (especialmente para soluções viscosas), e a partir de volumes mortos presentes no tubo conector opcional e o próprio invólucro de agulha, a qual irá reduzir o rendimento do processo de electrospinning . Estas reduções no rendimento pode resultar em até 20% de perda de material, e recomenda-se a intensificar as 1,5 vezes a antecipar estas perdas, e também as perdas associadas com a otimização dos parâmetros electrospinning quando tentar este procedimento pela primeira vez. <ol><li> Controlar o tamanho da fibra através da variação da concentração total do polímero, com fibras maiores esperados a partir de soluções mais concentradas. Para uma melhoria modesta de hidrofobia, use 10% (em massa total de polímero) dopante hidrofóbicas. Para materiais extremamente hidrofóbicos / hidrofóbicas, utilizar 30-50% de dopante e / ou reduzir a concentração total do polímero (isto é., Reduzir o tamanho da fibra). Os trabalhos posteriores com estas soluções podem ser performada no dia seguinte, ou no prazo de uma semana depois disso. </li><li> Para electrospraying, preparar soluções a concentrações mais baixas (isto é, 2-10%) num solvente adequado tal como clorofórmio. Como electrospinning, modular a dimensão das partículas através da variação da concentração de polímero. </li></ol></li><li> Solução de polímero Vortex para misturar bem. Permitir grandes bolhas de ar para diminuir (5 min). </li><li> Solução de carga em uma seringa de vidro. Dependendo da viscosidade da solução, pode ser mais fácil de remover o êmbolo e verter a solução directamente para dentro da seringa. Um pedaço de inerte, tubos flexíveis podem ajudar a capacidade de manobra dentro da instalação electrospinning. Inverta a seringa para deslocar ar através do conjunto de mangueira / agulha. </li></ol> 4. Electrospinning / electrospraying Polymer Solutions <ol><li> Carregar uma bomba de seringa para seringa, ajustar o volume total (por exemplo, 4,5 ml) e a taxa (por exemplo, 5 ml / h) na qual se deseja dispensar esta solução. </li><li> Cubra o prato coletor com umfolha luminum para facilitar a remoção e transporte subsequente. Fixe a folha com fita adesiva ao longo das bordas externas. </li><li> Fixe o DC (HVDC) de fio de alta tensão a ponta da agulha. A distância deste agulha ponta para o coletor é uma variável importante a considerar, porque 1) afeta o campo elétrico em um determinado tensão, e 2) impactos da evaporação do solvente e secagem consequente de fibras durante a sua recolha. <ol><li> Como uma primeira tentativa, use uma distância ponta-a-coletor de 15 cm. CUIDADO: altas tensões e solventes inflamáveis ​​estão envolvidos em electrospinning / electrospraying. Fornecer ventilação adequada para escape fora, e nunca tocar a seringa / agulha ou abrir o gabinete até que absolutamente certo o fornecimento HVDC está desligado. </li></ol></li><li> Se eletrofiação / electrospraying uma grande área de cobertura, ligue girar e traduzir tambor colecionador. Caso contrário, prossiga para a próxima etapa. </li><li> Comece a bomba de seringa. </li><li> Ligue e ajuste a alta voltfonte idade para conseguir uma aceitável Taylor Cone. Se a solução na ponta da agulha está flacidez, aumentar a tensão. Se vários jatos estão se formando, reduzir a tensão. Em adição a estes ajustamentos, pode ser necessário ajustar a distância da ponta-a-colector se as fibras / partículas aparecer húmida ou se ajustando a tensão não resolve adequadamente uma gotícula arrastando na ponta da agulha. Nota: Para solução de problemas detalhadas, consulte o processo de otimização electrospinning abrangente por Leach e colegas de trabalho 47. Electrospraying irá geralmente envolver a tensões mais elevadas e mais baixas do que concentrações de solução electrospinning. </li><li> Desligue a fonte de alta tensão e, em seguida, a bomba de seringa e tambor motorizado (se aplicável). Permitir que o gabinete electrospinning para continuar ventilação durante 30 minutos. </li><li> Remover malhas / revestimentos de colecionador. Permitir solventes de rastreamento para evaporar em um capuz durante a noite. Os materiais podem ser armazenados à temperatura ambiente durante pelo menos duas semanas (PLGA) ou doismeses (PCL). Passos 4,5-4,8 pode ser feita em qualquer ordem. </li></ol> 5. Caracterizar fibra e de partículas Tamanho pela Light e Microscopia Eletrônica de Varredura <ol><li> A microscopia de luz <ol><li> Se a produção de uma malha electrospun, cortar e montar partes finas do que em uma lâmina de vidro. </li><li> Observar diâmetro da fibra, características do nó (gotas ou discretos), e forma de fibra (isto é, com cercadura, plana, em linha reta / ondulado). Fibras de malha electrospun ideais são uniformes, lisos ou ondulados, e sem talão. </li></ol></li><li> Microscopia eletrônica de varredura (MEV) <ol><li> Cortar e montar as malhas ou superfícies revestidas em topos de alumínio SEM utilizando fita de cobre condutora. Electrospun fibras e revestimentos electrosprayed também pode ser observado por SEM directamente por deposição de fibras / partículas na fita com antecedência. </li><li> Brasão das malhas / revestimentos com um (~ 4 nm) camada fina de Au / Pd por meio de revestimento por pulverização. </li><li> Carregar tocos em SEM câmara e observar a 1-2 keV. A magnifica 250Xção fornece uma avaliação topográfica geral do material, enquanto ampliações revelar características de fibra e de partículas adicionais, tais como padrões hierárquicos para fibras extremamente hidrofóbicas e interconectividade para revestimentos de partículas. </li></ol></li></ol> 6. determinação das propriedades não-umectantes <ol><li> Avançando e recuando medidas de ângulo de contato com água utilizando o método de variação de volume <ol><li> Cortar finas (0,5 cm x 5 cm) tiras de malha ou material revestido (se possível) e lugar no palco de um goniômetro ângulo de contato. </li><li> Capturar o perfil de distribuição de gota de água, enquanto que (a partir de uma agulha de seringa de 24 AWG) sobre a superfície do material. <ol><li> Para fazer isso, começar com uma queda de 5-ul aproximado, e fazer contato com a superfície do material. Continuar a gota imagem, que representa o ângulo de contacto da água de avançar para adicionar lentamente o volume (20-25 mL) e capturar. A ponta da agulha deve ser pequena em comparação com a gota, e THe comprimento do capilar deve ser maior do que a gotícula para minimizar a distorção da forma de gotículas. </li></ol></li><li> Retirar essa mesma queda, ao mesmo tempo capturar o seu perfil de queda. Repita em locais de superfície discretos de várias amostras para relatar uma média valor-normalmente, 10 medições de ambos os ângulos de contacto de avanço e recuo são suficientes para caracterizar esses materiais. </li></ol></li><li> Determine a tensão superficial crítica de materiais, modificando líquidos de sondagem. <ol><li> Prepare soluções que variam em etanol, propileno glicol, etileno glicol ou conteúdo, uma vez que estas misturas têm conhecido tensões superficiais 99-101. <ol><li> Alternativamente, usar solventes com diferentes tensões superficiais-para exemplo, água (72 mN / m), glicerol (64 mN / m), sulfóxido de dimetilo (44 mN / m), álcool benzílico (39 mN / m), 1,4- dioxano (33 mN / m), 1-octanol (28 mN / m), e acetona (25 mN / m). É importante a utilização de solventes que não se dissolvem os polímeros, uma vez que estes vontadeconfundir os resultados. Além disso, é importante notar que, em adição à tensão superficial, estes líquidos possuem diferentes viscosidades, que podem afectar as medições do ângulo de contacto e é uma limitação desta técnica. </li><li> Medir o ângulo de contacto destas soluções sondadas na superfície do material. Lote ângulo de contacto em função da tensão de superfície. </li></ol></li></ol></li></ol> 7. Detecção de massa umectante de malhas 31 <ol><li> Observe a infiltração de água em malhas 3D usando micro-tomografia computadorizada (μCT). <ol><li> Prepara-se uma solução de 80 mg / ml de ioxaglato (um agente de contraste iodado) em água. </li><li> Submerge malhas nestas soluções e incuba-se a 37 ° C; medir periodicamente agente de contraste (água) infiltração por μCT (18 mm 3 resolução voxel), utilizando um tubo de 70 kVp de tensão, corrente 114 mA, e um tempo de integração 300 ms. </li><li> Usando o software de processamento de imagem, medir intens de pixeldade em toda a espessura da malha, em que os pixels brilhantes representam a infiltração de água. Selecione um valor limiar de pixel (~ 1500) para o qual maior intensidade representa a infiltração de água. </li></ol></li></ol> 8. ensaios de propriedades mecânicas de Malhas <ol><li> Cut malhas de 1 cm x 7 cm e coloque entre as garras de um aparelho de ensaio de tração. Medir a exacta largura, comprimento e espessura. </li><li> Realizar um teste de rampa de extensão em três amostras. Desenhar uma curva de tensão-deformação usando esses dados para determinar o módulo de elasticidade, resistência à tração e alongamento-à-break. </li></ol>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Nossa abordagem para a construção de materiais hidrofóbicas a partir de polímeros biomédicos combina química polímero sintético com as técnicas de processamento de polímeros de eletrofiação e electrospraying. Estas técnicas proporcionam tanto fibras ou partículas, respectivamente. Especificamente, policaprolactona e poli (lactido-co -glycolide) baseado materiais hidrofóbicas são preparados usando esta estratégia. Através da variação da composição de copolímero hidrófobo, por cento de copolímero na mistura final...

Superfícies hidrofóbicas são geralmente classificados como apresentando aparente contato com a água ângulos superiores a 150 ° com ângulo de contacto baixo histerese. Estas superfícies são fabricadas mediante a introdução de alta rugosidade da superfície em materiais de baixa energia de superfície para estabelecer uma interface ar-líquido-sólido resultante que resiste à molhagem 1-6. Dependendo do método de fabricação, ou várias camadas finas superfícies hidrofóbicas, revestimentos em camadas múltiplas de substratos hidrofóbicas, ou estruturas hidrofóbicas, mesmo a granel pode ser preparado. Este repelência permanente ou semi-permanente de água é uma propriedade útil que é utilizado na preparação de superfícies auto-limpantes, 7 microcanais 8, anti-incrustantes superfícies de células / proteína 9,10, superfícies de redução de arrasto 11, e dispositivos de entrega de drogas 12- 15. Recentemente, estímulos materiais sensíveis hidrofóbicas são descritos em que a não-humedecido para estado molhado é desencadeada por agentes químicos, físicosOu estímulos ambientais (por exemplo, luz, pH, temperatura, ultra-som e aplicado potencial eléctrico / corrente) 14,16-20, e estes materiais estão encontrando uso em aplicações adicionais 21-25. As primeiras superfícies hidrofóbicas sintéticas foram preparados por tratamento de superfícies de materiais com methyldihalogenosilanes 26, e eram de valor limitado para aplicações biomédicas, como os materiais utilizados não eram adequados para a utilização in vivo. Aqui, descrevemos a preparação de superfície e materiais hidrofóbicas em massa a partir de polímeros biocompatíveis. A nossa abordagem implica electrospinning electrospraying ou uma mistura de polímeros contendo, um poliéster alifático biodegradável e biocompatível como o componente principal, dopado com um copolímero hidrofóbico composto do poliéster e um poli (carbonato de glicerol) modificado com estearato de 27-30. As técnicas de fabricação de proporcionar a rugosidade da superfície e a porosidade melhorada e dentro do fibeRS ou as partículas, respectivamente, enquanto o uso de um dopante copolímero proporciona um polímero de baixa energia superficial que se mistura com o poliéster e pode ser estavelmente ou electrospun electrosprayed 27,31,32. Poliésteres alifáticos biodegradáveis, tais como poli (ácido láctico) (PLA), poli (ácido glicólico) (PGA), poli (ácido láctico ácido-co -glycolic) (PLGA) e policaprolactona (PCL) polímeros são utilizados em dispositivos clinicamente aprovados e proeminente na pesquisa biomédica materiais por causa de sua não-toxicidade, biodegradabilidade e facilidade de síntese 33. PGA e PLGA estreou na clínica como suturas reabsorvíveis na década de 1960 e início dos anos 1970, respectivamente 34-37. Desde então, estes poli (hidroxiácidos) tenham sido transformados em uma variedade de outros fatores de forma específicas de aplicativos, tais como micro e nanopartículas 40,41 38,39, bolachas / 42 discos, malhas 27,43, espumas 44, e 45 filmes </sup&gt;. Poliésteres alifáticos, bem como outros polímeros de interesse biomédico, pode ser electrospun para produzir nano- ou de malha de microfibras estruturas possuindo uma elevada área superficial e a porosidade, bem como a resistência à tracção. A Tabela 1 lista o electrospun polímeros sintéticos para diversas aplicações biomédicas e os seus correspondentes referências. Electrospinning e electrospraying são técnicas rápidas e comercialmente escaláveis. Estas duas técnicas semelhantes confiar na aplicação de alta tensão (repulsão electrostática) para vencer a tensão superficial de uma solução de polímero / derreter numa configuração de bomba de seringa em que é dirigido para um alvo ligado à terra 46,47. Quando esta técnica é utilizada em conjunção com polímeros de baixa energia superficial (polímeros hidrófobos, tais como poli (co caprolactone- -glicerol monoestearato)), o superhydrophobicity materiais exibem resultante. Para ilustrar esta abordagem geral de processamento de materiais sintéticos epara a construção de polímeros de materiais biomédicos hidrofóbicas, que descrevem a síntese de polycaprolactone- hidrofóbicas e poli (lactido-co -glycolide) baseados em materiais como exemplos representativos. O respectivo poli dopantes copolímero (co caprolactone- -glicerol monoestearato) e poli (lactido-co-glicerol monoestearato) são sintetizados em primeiro lugar, em seguida, misturado com policaprolactona e poli (lactido-co -glycolide), respectivamente, e, finalmente, electrospun ou electrosprayed. Os materiais resultantes são caracterizados por SEM de imagem e o ângulo de contacto goniometria, e testados in vitro e in vivo em biocompatibilidade. Finalmente, molhamento massa através de malhas hidrofóbicas tridimensionais é examinada por meio de tomografia microcomputed com contraste.

<table><tbody><tr><td>Óleo de silicone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>85409</td><td></td></tr><tr><td>Cis-2-Phenyl-1,3-dioxan-5-ol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13468</td><td></td></tr><tr><td>Brometo de benzila</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>B17905</td><td>Tóxico, lacrymator/irritante ocular, uso em capela de exaustão química Hidróxido</td></tr><tr><td>de potássio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>221473</td><td>Corrosivo</td></tr><tr><td>Evaporador rotativo</td><td>Buchi</td><td>R-124</td><td></td></tr><tr><td>Bomba de alto vácuo</td><td>Welch</td><td>8907</td><td></td></tr><tr><td>Nitrogênio, ultra pureza</td><td>ultra alta Airgas</td><td>NI UHP300</td><td>Gás comprimido</td></tr><tr><td>Tetrahidrofurano, estabilizado com BHT</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>346000</td><td>Inflamável. Seco através da coluna de XXX</td></tr><tr><td>Diclorometano</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>313000</td><td>Inflamável, tóxico.</td></tr><tr><td>Funil de separação (1 L)</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-678-606</td><td></td></tr><tr><td>Sulfato de sódio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>239313</td><td></td></tr><tr><td>Etanol, absoluto</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>111USP200</td><td>Inflamável, tóxico.</td></tr><tr><td>Funil</td><td>Buchner Fisher Scientific</td><td>FB-966-F</td><td></td></tr><tr><td>Metanol</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>339000ACS</td><td>Inflamável, tóxico.</td></tr><tr><td>Ácido clorídrico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320331</td><td>corrosivo. Diluído a 2N em água destilada.</td></tr><tr><td>Cloroformiato de etila, 97%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>185892</td><td>Tóxico, inflamável, nocivo para o ambiente</td></tr><tr><td>Trietilamina (anidra)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>471283</td><td>Tóxico, inflamável, nocivo para o ambiente</td></tr><tr><td>Éter dietílico</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>373ANHACS</td><td>Altamente inflamável. Purificado através da coluna XXX.</td></tr><tr><td>3,6-dimetil-1,4-dioxano-2,5-diona (D,L-lactídeo)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>303143</td><td></td></tr><tr><td>Estanho (II) etilhexanoato</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S3252</td><td>Tóxico.</td></tr><tr><td>&epsilon;-caprolactona (97%)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>704067</td><td></td></tr><tr><td>Tolueno, anidro</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>244511</td><td>Inflamável, tóxico.</td></tr><tr><td>Seringa de vidro</td><td>Hamilton Company</td><td>1700-series</td><td></td></tr><tr><td>Clorofórmio deuterado</td><td>Cambridge Isotopes Laboratories, Inc.</td><td>DLM-29-10</td><td>Instrumento</td></tr> de <tr><td>ressonância magnética nuclear</td> tóxica <td>Varian</td><td>V400</td><td></td></tr><tr><td>Paládio sobre catalisador de carbono</td><td>Strem Chemicals, Inc.</td><td>46-1707</td><td></td></tr><tr><td>Unidade hidrogenadora</td><td>Parr</td><td>3911</td><td></td></tr><tr><td>Vaso agitador hidrogenador</td><td>Parr</td><td>66CA</td><td></td></tr><tr><td>Hidrogênio</td><td>Airgas</td><td>HY HP300</td><td>Altamente inflamável.</td></tr><tr><td>Terra de diatomáceas</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>22140</td><td></td></tr><tr><td>2H,2H,3H,3H-ácido perfluronanóico</td><td>Oakwood Products, Inc.</td><td>10519</td><td>Tóxico.</td></tr><tr><td>Ácido esteárico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S4751</td><td></td></tr><tr><td>N,N'-diciclohexilcarbodiimida</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D80002</td><td>Tóxico, irritante.</td></tr><tr><td>4-(dimetilamino) piridina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>107700</td><td>Tóxico.</td></tr><tr><td>Hexanos</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>359000ACS</td><td>Tóxico, inflamável.</td></tr><tr><td>Sistema de cromatografia de permeação em gel (GPC)</td><td>Coluna Rainin</td><td></td><td></td></tr><tr><td>GPC Águas</td><td></td><td>WAT044228</td><td></td></tr><tr><td>Calorímetro de varredura diferencial</td><td>TA Instruments</td><td>Q100</td><td></td></tr><tr><td>Clorofórmio</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>309000ACS</td><td>Tóxico.</td></tr><tr><td>N,N-dimetilformamida</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>227056</td><td>Tóxico, inflamável.</td></tr><tr><td>Policaprolactona, MW 70-90 kg/mol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>440744</td><td></td></tr><tr><td>Poli(lactídeo-co-glicolídeo), MW 136 kg/mol</td> Seringa de vidro <td>Evonik Industries</td><td>LP-712</td><td></td></tr><tr><td>10 ml</td><td>Hamilton Company</td><td>81620</td><td></td></tr><tr><td>18 AWG agulha romba</td><td>BRICO Medical Supplies</td><td>BN1815</td><td></td></tr><tr><td>Caixa de gabinete eletrospinner</td><td>Personalizado</td> N<td>/A</td><td>Feito de painéis de acrílico</td></tr><tr><td>Alimentação DC de alta tensão</td><td>Glassman High Voltage, Inc.</td><td>PS/EL30R01.5</td><td>Altas tensões, perigo de eletrocussão</td></tr><tr><td>Estágio linear (translação)</td><td>Servo Systems Co.</td><td>LPS-12-20-0.2</td><td></td></tr><tr><td>Motor programável opcional e fonte de alimentação</td><td>Intelligent Motion Systems, Inc.</td><td>MDrive23 Plus</td><td>Motor</td></tr><tr><td>opcional de 24V DC e fonte de alimentação</td><td>McMaster-Carr</td><td>6331K32</td><td>Opcional</td></tr><tr><td>Tambor coletor de alumínio</td><td>Bomba</td><td>de</td>seringa opcional personalizada <td></td></tr><tr><td></td><td>Fisher Scientific</td><td>78-0100I</td><td></td></tr><tr><td>Microscópio óptico invertido</td><td>Olympus</td><td>IX70</td><td></td></tr><tr><td>Microscópio eletrônico de varredura</td><td>Carl Zeiss</td><td>Supra V55</td><td></td></tr><tr><td>Fita de cobre condutora</td><td>3M</td><td>16072</td><td></td></tr><tr><td>Pontas de alumínio SEM</td><td>Microscopia eletrônica Ciências</td><td>75200</td><td></td></tr><tr><td>Goniômetro de ângulo de contato</td><td>Kruss</td><td>DSA100</td><td></td></tr><tr><td>Propilenoglicol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>W294004</td><td>Tóxico.</td></tr><tr><td>O etilenoglicol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>324558</td><td>tóxico.</td></tr><tr><td>Ioxaglate</td><td>Guerbet Soro</td><td></td><td></td></tr><tr><td>fetal bovino</td><td>American Type Culture Collection</td><td>30-2020</td><td></td></tr><tr><td>Instrumento de microtomografia computadorizada</td><td>Scanco</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Software de análise de imagem (Analisar)</td><td>Mayo Clinic</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Testador de tração</td><td>Instron</td><td>5848</td><td></td></tr><tr><td>Micrômetro</td><td>Multitoyo</td><td>293-340</td><td></td></tr><tr><td>Pinças</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-648-17</td><td></td></tr></tbody></table>

fabricação de super-hidrofóbicas materiais poliméricos para aplicações biomédicas

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Materiais hidrofóbicas, com superfícies que possuam Estados não-permanentes molhada ou metaestáveis, são de interesse para um número de aplicações biomédicas e industriais. Aqui descrevemos como electrospinning electrospraying ou uma mistura contendo um polímero biodegradável, biocompatível poliéster alifático (por exemplo, policaprolactona e poli (lactido-co -glycolide)), como o componente principal, dopado com um copolímero hidrofóbico composto do poliéster e uma stearate- poli modificadas (carbonato de glicerol) proporciona um biomaterial hidrofóbicas. As técnicas de fabricação de electrospinning ou electrospraying proporcionar a rugosidade da superfície reforçada e porosidade no e no interior das fibras ou das partículas, respectivamente. A utilização de um copolímero de baixa energia de superfície dopante que se mistura com o poliéster e pode ser estavelmente ou electrospun electrosprayed proporciona estes materiais hidrofóbicas. Os parâmetros importantes, tais como o tamanho da fibra, composição de copolímero de dopante e / ou concentration, e os seus efeitos sobre a capacidade de humedecimento são discutidos. Esta combinação de química de polímeros e engenharia de processo proporciona um método versátil para desenvolver materiais específicos da aplicação usando técnicas escaláveis, que são susceptíveis generalizáveis ​​a uma classe mais ampla de polímeros para uma variedade de aplicações.

Através de uma série de transformações químicas, o monómero funcional carbonato de 5-benziloxi-1,3-dioxan-2-ona é sintetizada na forma de um sólido cristalino branco (Figura 1A). 1H RMN confirma a estrutura (Figura 1B) e a espectrometria de massa e análise elementar confirma a composição. Este sólido é então copolimerizado com qualquer um de D, L ou -lactide ε-caprolactona usando uma reacção de abertura do anel catalisada-estanho a 140 ° C. Após purificação por preci...

Materiais poliméricos super-hidrofóbicos bidimensionais e tridimensionais são preparados por eletrofiação ou eletropulverização de polímeros biodegradáveis misturados com um polímero de menor energia superficial de composição semelhante.

Fabricação de super-hidrofóbicas Materiais Poliméricos para aplicações biomédicas

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

O objetivo geral do experimento a seguir é fabricar malhas fibrosas biodegradáveis e revestimentos de nanopartículas ou micropartículas a partir de misturas de polímeros biomédicos e ajustar a capacidade de umedecimento desses materiais variando a composição da mistura de copolímeros. Isso é alcançado primeiramente pela síntese de copolímeros funcionais por meio de polimerização por abertura de anel, seguida da fixação de cadeias de hidrocarboneto C18. Em um segundo passo, os copolímeros são dissolvidos juntamente com policaprolactona ou lactídeo cog glicosídeo em um solvente orgânico e, posteriormente, eletrofiados ou eletroaspersos, resultando em malhas tridimensionais de microfibras ou revestimentos de nanopartículas e micropartículas, respectivamente.Estudos de goniometria de ângulo de contato são então realizados sobre as malhas e revestimentos para compreender como o diâmetro da fibra, a composição do copolímero e a composição da mistura afetam a molhabilidade da superfície e levam à formação de biomateriais super-hidrofóbicos. Os resultados demonstram como a hidrofobicidade é aumentada com a elevação da concentração de copolímero na mistura eletrofiada, conforme determinado por estudos de ângulo de contato com água em avanço e recuo. As implicações dessa técnica estendem-se a situações como a quimioterapia, pois esses materiais podem atuar como depósitos locais de liberação controlada de agentes aprisionados, com a liberação do fármaco relacionado sendo controlável pela composição do polímero e pela rugosidade da superfície.Para começar, sintetize o monômero necessário para o experimento seguindo as instruções no protocolo textual complementar. Em seguida, aqueça previamente um banho de óleo de silicone a 140 graus Celsius. Meça duas porções, cada uma de 2,1 gramas, de cinco benzel oxigenado um três dioxolano, e adicione-as a frascos redondos secos separados de 100 mililitros.Em seguida, pese 5,7 gramas de DL-lactídeo e adicione-o a apenas um desses frascos. Adicione uma barra de agitação magnética a ambos os frascos e feche-os com tampões de borracha. Em seguida, pese 240 miligramas de estanho(II) 2-etilhexanoato em um pequeno frasco em forma de pera.Encha com nitrogênio ambos os frascos contendo o monômero em um manifold lateral durante cinco minutos e, em seguida, adicione 4,24 mililitros de epsilon-caprolactona ao frasco contendo apenas cinco benzo oxi um três dioxina, dois próprio, sob atmosfera de nitrogênio. Em seguida, evacue a atmosfera dos três frascos aplicando vácuo alto de cerca de 300 militorr durante 15 minutos para remover qualquer traço de água. Depois, recarregue a atmosfera do frasco com nitrogênio e, novamente, aplique vácuo alto. Repita este ciclo por um total de três vezes.Uma vez purgados e sob nitrogênio pela última vez, coloque os frascos do monômero no banho de óleo a 140 graus Celsius. Em seguida, adicione 500 microlitros de tolueno seco ao frasco em forma de pera contendo o catalisador de estanho, enquanto sob nitrogênio, adicionando cerca de 100 microlitros da solução do catalisador às misturas de monômero. Após todos os sólidos terem derretido, mantenha a mistura a 140 graus Celsius por não mais de 24 horas.Em seguida, resfrie o polímero fundido até a temperatura ambiente. Após o resfriamento, dissolva os polímeros em 50 mililitros de diclorometano e, então, precipite a solução em 200 mililitros de metanol frio. Decante o sobrenadante e seque o polímero remanescente sob vácuo elevado.Armazene os polímeros secos no congelador a menos vinte graus Celsius até uso posterior. Para uso posterior, dissolva cerca de seis gramas do polímero em 120 mililitros de tetrahedrano em um vaso de hidrogenação de alta pressão. Em seguida, adicione dois gramas de um catalisador de carbono com paládio.Em seguida, adicione hidrogênio ao vaso utilizando um aparelho de hidrogenação. Hidrogene o vaso a 50 PSI durante quatro horas. Após a conclusão, filtre o catalisador de carbono de paládio utilizando um leito empacotado de terra de diatomáceas.Em seguida, concentre o polímero até cerca de 50 mililitros sob rotação de aberra&ccedil;&atilde;o. Precipite o volume remanescente em metanol frio. A seguir, decante o sobrenadante e seque o volume restante sob v&aacute;cuo elevado, dissolva o pol&iacute;mero seco juntamente com 1,5 equivalentes de &aacute;cido este&aacute;rico em 500 mililitros de clorometano seco.Em seguida, adicione dois equivalentes de DCC e três flocos de quatro dimetil amino piridina. Agite a mistura sob nitrogênio à temperatura ambiente por 24 horas. Remova o material insolúvel por meio de uma série de três filtrações e concentrações repetidas.No final, concentre a solução até 50 mililitros. Por fim, precipite o polímero concentrado em 175 mililitros de metanol frio e filtre o polímero utilizando um funil Büchner. Em seguida, seque o polímero sob vácuo elevado durante a noite para eletrofiação, ou dissolva o polímero durante a noite em concentração de 10 a 40% em uma mistura de clorofórmio e metanol na proporção de cinco para um, para policaprolactona, ou em uma mistura de tetra-hidrofuran e NN-dimetilformamida na proporção de sete para três, para PLGA, para eletrojateamento.Prepare as soluções poliméricas em uma concentração menor, na faixa de dois a 10%, em um solvente como clorofórmio. Em seguida, carregue aproximadamente 4,5 mililitros da solução em uma seringa de vidro equipada com uma agulha de 18 gauge e coloque a seringa na bomba de infusão. Depois, ajuste a taxa de dispensação dessa solução para cinco mililitros por hora.Cubra a placa coletora com folha de alumínio e fixe-a com fita crepe ao longo das bordas externas. Conecte o fio da fonte de alta tensão contínua à ponta da agulha e o aterramento ao cilindro coletor. Como primeira tentativa.Defina a distância da ponta ao coletor em 15 centímetros para cobrir uma grande área. Ligue o tambor coletor rotativo e translacional a 45 RPM. Em seguida, inicie a bomba de seringa e ligue a fonte de alta tensão ajustada.A cinco quilovolts, ajuste inicialmente a tensão, se necessário, para obter um cone de jato aceitável. Assim que a bomba de seringa parar, desligue a fonte de alta tensão, seguida pela bomba de seringa e pelo tambor motorizado. Deixe o compartimento de eletrofiação continuar ventilando por pelo menos 30 minutos.Em seguida, remova o polímero coletado do cilindro e deixe os solventes residuais evaporarem em uma capela durante a noite. As lâminas de PGLA podem ser armazenadas à temperatura ambiente por pelo menos duas semanas, e as lâminas de policaprolactona podem ser armazenadas à temperatura ambiente por até dois meses. Corte tiras de 0,5 centímetro por três centímetros da malha ou do material revestido e coloque a tira fina na platina de um ângulo de contato.Em seguida, utilize um goniômetro para dispensar uma gota de cinco microlitros de água usando uma agulha de calibre 24 e faça contato com a superfície do material. Continue adicionando lentamente mais 20 a 25 microlitros de água e capture a imagem da gota. Isso representa o ângulo de contato dinâmico de avanço da água. A seguir, retire lentamente a mesma gota enquanto simultaneamente captura o perfil da gota.Repita este processo 10 vezes em várias localizações superficiais distintas para relatar um valor médio. As imagens de MEV revelam que as malhas eletrofiadas são o resultado de microfibras emaranhadas e que os revestimentos eletroaspersados são um conjunto de partículas de tamanhos variados. As misturas de eletrofiação e eletroaspersão revelam que a concentração de dopamina do copolímero afeta a hidrofobicidade.Além disso, a composição do copolímero afeta a hidrofobicidade, sendo que um maior teor de PG C 18 resulta em ângulos de contato mais elevados. Como mostrado aqui, a molhagem em volume de malhas eletrofiadas submersas pode ser monitorada de forma não destrutiva ao longo do tempo utilizando tomografia computadorizada micro. No conjunto superior de imagens, a malha de policaprolactona pura molha rapidamente, à medida que a água infiltra o material em volume no primeiro dia.Em contraste, a malha é revestida com 30%P-C-L-P-G-C 18 e permanece não molhada por mais de 75 dias, com ar permanecendo dentro da estrutura maciça. Esses resultados ilustram a importância de materiais maciços superhidrofóbicos para sua utilização em aplicações de não molhamento. Uma vez dominado, o procedimento de química de polímeros pode ser realizado em apenas três a quatro dias com um planejamento cuidadoso.Além disso, uma vez identificados os parâmetros adequados de eletrofiação ou eletrosspraying, a fabricação de malhas e revestimentos de partículas pode ser realizada em um a três horas, dependendo da espessura desejada desses materiais.

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioengenharia

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Fabricação de super-hidrofóbicas Materiais Poliméricos para aplicações biomédicas

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