इस वीडियो श्रृंखला polymerizations और हाइड्रोजेल संश्लेषण को सक्षम करने, पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) methacrylate के लिए एक तेजी से, कुशल विधि समझाना होगा. यह इसी तरह, functionalization दक्षता का आकलन निवारण और उन्नत संशोधन के लिए सुझाव प्रदान करते हैं, और ठेठ हाइड्रोजेल लक्षण वर्णन तकनीक का प्रदर्शन करने के लिए पेप्टाइड्स, विस्तार आम विश्लेषणात्मक तरीकों में methacrylamide functionalities पेश करने के लिए प्रदर्शन करेंगे.
पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) (खूंटी) हाइड्रोजेल गठन में macromers का उपयोग करने के लिए मुख्य लाभ में से एक कृत्रिम चंचलता है. खूंटी आणविक भार और विन्यास की एक विशाल विविधता से आकर्षित करने की क्षमता (एआरएम संख्या, लंबाई हाथ, और शाखाओं में बंटी पैटर्न) हाइड्रोजेल संरचनाओं और यंग मापांक और जाल आकार सहित गुण, जिसके परिणामस्वरूप अधिक शोधकर्ताओं तंग नियंत्रण देता है. इस वीडियो पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) dimethacrylate (PEGDM) में खूंटी व्यापारियों methacrylate के लिए एक तेजी से, कुशल, विलायक मुक्त, माइक्रोवेव की सहायता विधि समझाना होगा. इस कृत्रिम विधि दवा वितरण और पुनर्योजी चिकित्सा में अनुप्रयोगों के लिए बहुत जरूरी शुरू सामग्री प्रदान करता है. यह अभिकर्मकों और विलायकों की छोटी मात्रा का उपयोग काफी तेजी से और सरल, साथ ही और अधिक किफायती और पर्यावरण के अनुकूल है के रूप में प्रदर्शन किया विधि पारंपरिक methacrylation तरीकों से बेहतर है. हम यह भी राल methacr के लिए इस तकनीक का एक अनुकूलन प्रदर्शन करेंगेपेप्टाइड्स के ylamide functionalization. इस पर राल विधि पेप्टाइड्स के एन टर्मिनस से पहले राल से deprotection और दरार को methacrylamide समूहों के साथ क्रियाशील होने के लिए अनुमति देता है. प्रतिक्रियाशील ओर समूह (लाइसिन की जैसे प्राथमिक amine, सेरीन का प्राथमिक शराब, threonine के माध्यमिक एल्कोहल, और tyrosine के फिनोल) के साथ अमीनो एसिड functionalization रोकने, संरक्षित जबकि इस पेप्टाइड्स के एन टर्मिनी को methacrylamide समूहों के चुनिंदा इसके लिए अनुमति देता है कई स्थलों पर. यह आलेख विस्तार होगा आम विश्लेषणात्मक तरीकों; functionalizations की क्षमता का आकलन करने के लिए (प्रोटॉन परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी (एच एनएमआर) और मैट्रिक्स उड़ान मास स्पेक्ट्रोमेट्री की लेजर desorption ionization समय (MALDI-TOF) असिस्टेड). आम नुकसान और समस्या निवारण के तरीकों का सुझाव दिया है आगे धुन macromer कार्यक्षमता के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है जो तकनीक और जिसके परिणामस्वरूप हाइड्रोजेल की इच्छा संशोधनों के रूप में संबोधित किया जाएगा भौतिक और रासायनिकगुण. विशेष ध्यान हाइड्रोजेल कठोरता और दवा रिहाई को नियंत्रित करने, जाल आकार को प्रभावित करने के लिए हाइड्रोजेल रचना को संशोधित करने के लिए भुगतान के साथ दवा वितरण और सेल सामग्री बातचीत के अध्ययन के लिए hydrogels के गठन के लिए संश्लेषित उत्पादों के उपयोग, प्रदर्शन किया जाएगा.
पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) (खूंटी) हाइड्रोजेल पुनर्योजी चिकित्सा और दवा वितरण अनुप्रयोगों 1-3 में इस्तेमाल आम biomaterials हैं. इन hydrogels अन्य biomaterials से अधिक महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करते हैं. खूंटी हाइड्रोजेल जैसे उनके प्राकृतिक biomaterial समकक्षों 1 की तुलना में लोच और गिरावट की दर के मापांक के रूप में इंजीनियरिंग गुणों पर नियंत्रण के एक उच्च डिग्री की पेशकश, सिंथेटिक हैं. वे कृत्रिम रूप से प्राप्त कर रहे हैं के रूप में, खूंटी स्वाभाविक रूप से व्युत्पन्न सामग्री 4 बनाम काफी कम बैच को बैच परिवर्तनशीलता है. खूंटी के रासायनिक संरचना के कारण, इन हाइड्रोजेल अत्यधिक हाइड्रोफिलिक प्रोटीन सोखना के लिए प्रतिरोधी है, और 3 biocompatible रहे हैं. प्रोटीन सोखना के लिए यह प्रतिरोध खूंटी हाइड्रोजेल विशिष्ट जैविक या रासायनिक कारकों (ड्रग्स, biomolecules, सेल आसंजन पेप्टाइड्स, आदि) और विशिष्ट भूमिकाओं इन वास्तविक पूछताछ और अध्ययन करने के लिए शोधकर्ताओं को सक्षम करने, एक 'खाली स्लेट' के रूप में कार्य करने की अनुमति देता हैरुपए सेल और / या ऊतक व्यवहार को नियंत्रित करने में खेलते हैं.
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चित्रा 1:…. पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) (खूंटी) आर्किटेक्चर एक साथ एक hexaglycerol कोर डी) 8 हाथ खूंटी के साथ एक pentaerythritol कोर सी 8) हाथ खूंटी के साथ एक) रैखिक खूंटी बी) 4 हाथ खूंटी के उदाहरण कोर tripentaerythritol. n खूंटी की संख्या प्रत्येक हाथ पर दोहराता है. प्रत्येक दोहराने इसलिए, 44 जी / मोल के एक आणविक वजन n है समग्र आणविक वजन और संरचना / बांह # से गणना की जा सकती.
खूंटी व्यापारियों आर्किटेक्चर और आणविक वजन की एक किस्म के साथ उपलब्ध हैं (चित्रा 1 ). वास्तुकला एआरएम (#) अलग और खूंटी के इथाइलीन ग्लाइकॉल दोहराता (एन) इन macromers से गठित हाइड्रोजेल नेटवर्क के गुणों को नियंत्रित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. असंशोधित खूंटी polymerizations, पूर्व हाइड्रोजेल नेटवर्क के गठन के लिए खूंटी हाइड्रोजेल, के लिए सबसे अधिक कार्यरत crosslinking रणनीति के माध्यम से सहसंयोजक crosslinking की सुविधा के लिए एक वैकल्पिक कार्यशीलता के साथ प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए जो टर्मिनल हाइड्रॉक्सिल समूहों में शामिल है. Polymerization और नेटवर्क crosslinking (acrylate, methacrylate, vinyl ईथर, norbornene, आदि) की सुविधा के लिए खूंटी macromers में शामिल किया जा सकता है, जो रासायनिक समूहों की एक किस्म है. कदम और चेन वृद्धि (या दो, मिश्रित मोड का मिश्रण): crosslinking की सुविधा के लिए उपलब्ध टर्मिनल functionalities की विविधता के बावजूद, polymerization हो सकता है जिसके द्वारा केवल दो यांत्रिकी हैं.
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चित्रा 2:.. क्षेत्रों और इस तरह के छोरों, unreacted व्यापारियों, और स्थायी उलझनों के रूप में वृद्धि नेटवर्क nonidealities crosslinking घने पाली (methacrylate) युक्त विषम नेटवर्क में सैद्धांतिक हाइड्रोजेल नेटवर्क योजनाबद्ध ए) पारंपरिक श्रृंखला विकास polymerization परिणाम बी) कदम से विकास polymerization के परिणामों में काफी अधिक सजातीय नेटवर्क संरचनाओं (पैमाने पर नहीं).
चेन विकास polymerization के माध्यम crosslink functionalities जो एक अतिरिक्त crosslinker की उपस्थिति की आवश्यकता नहीं है. हालांकि, चेन polymerized हाइड्रोजेल घने crosslinking क्षेत्रों (2A चित्रा) 1 युक्त विषम नेटवर्क संरचनाओं का निर्माण. इसके विपरीत, कदम दर वृद्धि polymerization requi मेंखूंटी macromers के टर्मिनल कार्य समूहों के साथ प्रतिक्रियाशील है जो एक crosslinker या सह मोनोमर का उपयोग रेस. खूंटी पर टर्मिनल कार्य समूहों केवल crosslinker के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं और crosslinker केवल खूंटी पर टर्मिनल कार्य समूहों के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं, यह अधिक से अधिक नेटवर्क संरचना एकरूपता (चित्रा 2 बी) में यह परिणाम है 1. कदम विकास polymerizations भी आम तौर पर घुलनशील, अनिगमित macromers 1 की वजह से प्रतिरक्षा / भड़काऊ प्रतिक्रियाओं के लिए unreacted व्यापारियों और संभावित की मात्रा कम, कार्य समूहों की उच्च रूपांतरण के लिए नेतृत्व. मिश्रित मोड polymerization के तरीकों में भी (चेन विकास) स्वयं प्रतिक्रिया और एक crosslinker (सौतेली विकास) के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं कि दोनों macromers के उपयोग के माध्यम से दोनों कदम और चेन विकास polymerization कि गठबंधन विकसित किया गया है. यह प्रत्येक polymerization तंत्र की विशेषताओं के साथ हाइड्रोजेल का उत्पादन है, और अधिक जटिल, विविध नेटवर्क संरचनाओं का निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है या तो सेकदम या अकेले 1 चेन विकास नेटवर्क.
खूंटी functionalize और हाइड्रोजेल गठन की सुविधा के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है जो कार्य समूहों के ढेर सारे हैं, methacrylates और norbornenes क्रमशः सबसे आम चेन और कदम विकास polymerization moieties की कुछ कर रहे हैं. इन functionalities के दोनों नेटवर्क polymerization से अधिक उत्कृष्ट spatiotemporal नियंत्रण प्रदान करते हैं, और कोशिकाओं encapsulate करने के लिए इस्तेमाल करते हैं, तो इन नेटवर्कों उच्च समग्र सेल survivability 5-7 का समर्थन है. श्रृंखला polymerization के माध्यम से functionalized खूंटी (PEGDM) Crosslink dimethacrylate और acrylate-,-methacrylate, या इसी तरह क्रियाशील biomolecules 5,6 साथ सह polymerization के माध्यम से biomolecules या अन्य कारकों का समावेश के लिए अनुमति देता है. PEGDM हाइड्रोजेल ऐसे acrylate क्रियाशील खूंटी (PEGDA) के रूप में वैकल्पिक चेन विकास polymerization प्रणालियों से अधिक महत्वपूर्ण लाभ है. पारंपरिक तरीकों का उपयोग, PEGDA PEGDM से अधिक तेजी से संश्लेषित किया जा सकता है, होwever, माइक्रोवेव की सहायता संश्लेषण का उपयोग कर, PEGDM संश्लेषण भी अधिक कुशल है. PEGDA अक्सर रात भर 8 या 24 घंटे 9 प्रतिक्रियाओं में संश्लेषित है, लेकिन यह भी ऊंचा तापमान 10 से कम चार घंटे में संश्लेषित किया जा सकता है. PEGDM भी परंपरागत रूप से कुछ तरीकों 4 दिन से 12 प्रतिक्रिया समय देने के साथ रातोंरात 11 प्रतिक्रिया द्वारा या 24 घंटे 5 संश्लेषित है. यहाँ का प्रदर्शन माइक्रोवेव की सहायता विधि का प्रयोग, PEGDM एक 5 मिनट की प्रतिक्रिया में उत्पादन किया जा सकता है. PEGDM PEGDA 13 की तुलना में धीमी प्रतिक्रिया कैनेटीक्स है, PEGDM के लिए crosslinking प्रतिक्रिया मिनट में होने वाली है, अभी भी तेजी से है, और इस तरह की संभावना बढ़ रही है, methacrylate समूह समाधान में कार्यात्मक समूह एकत्रीकरण बढ़ जाती है की वृद्धि हुई hydrophobicity रूप PEGDA से अधिक macromer रूपांतरण प्राप्त होता है कट्टरपंथी हस्तांतरण और methacrylate रूपांतरण 14. PEGDM हाइड्रोजेल भी वृद्धि हुई सेलुलर व्यवहार्यता और विकास के रूप में के साथ जुड़े रहे हैंकारण कट्टरपंथी एकाग्रता और 14 वर्तमान unreacted macromers कम कर देता है जो किसी भी समय, पर प्रतिक्रिया की दर में कमी की संभावना PEGDA हाइड्रोजेल, की तुलना में. इस तरह के कदम से विकास polymerization के माध्यम norbornene-क्रियाशील खूंटी (PEGN) फार्म हाइड्रोजेल का उपयोग करने वालों, और PEGN के उपयोग और अधिक से अधिक दो कार्य समूहों की एक औसत होते हैं कि एक crosslinker की आवश्यकता के रूप में thiol-ene polymerizations. Thiyl कण सिस्टीन अमीनो एसिड functionalities 7 के साथ पेप्टाइड्स के सुगम समावेश के लिए अनुमति norbornene कार्बन कार्बन डबल बांड, बहु thiol युक्त crosslinkers सामान्यतः PEGN हाइड्रोजेल crosslink करने के लिए उपयोग किया जाता है, के साथ प्रतिक्रिया के बाद. कदम से विकास polymerization के माध्यम से प्रतिक्रिया है, जो कई अन्य chemistries जबकि वहाँ (जैसे thiol-acrylate 15 और thiol-Vinyl sulfone 16 के रूप में माइकल के अलावा प्रतिक्रियाओं, ऐसे alkyne-azide 17 आदि के रूप में प्रतिक्रियाओं "क्लिक"), thiol-norbornene हाइड्रोजेल हैं बहुत ही सामान्य, तनाव रूप सेnorbornene अंगूठी काफी प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है और norbornene डबल बांड के दौर से गुजर श्रृंखला polymerization 7 का मौका कम हो जाती है.
हाइड्रोजेल गठन की सुविधा के लिए methacrylate, norbornene, या वैकल्पिक functionalization के बीच निर्णय काफी हद तक दृष्टिकोण पर आधारित है. उदाहरण के लिए, चेन विकास polymerized PEGDM नेटवर्क के रूप में अच्छी तरह से प्रदर्शन किया एक ऊतक इंजीनियर periosteum 18,19 के विकास में सेल स्थानीयकरण को नियंत्रित करने के लिए अनुकूल किया गया है. कदम विकास polymerized खूंटी नेटवर्क की वजह से thiol (सिस्टीन) पेप्टाइड्स युक्त का उपयोग एंजाइम सब्सट्रेट दृश्यों का समावेश की आसानी के लिए, enzymatically उत्तरदायी हाइड्रोजेल गिरावट की सुविधा के लिए पेप्टाइड दृश्यों का समावेश के लिए बेहतर अनुकूल हैं और functionalized macromers 20 norbornene. अनुसंधान प्रश्न सबसे अच्छा कदम विकास hydrogels के उपयोग के द्वारा संबोधित किया जाएगा, फेयरबैंक्स एट अल. Norbor का विस्तृत विवरण प्रदान करता हैखूंटी 7 नेने functionalization रणनीति. इस पत्र में विस्तार होगा कैसे खूंटी और पेप्टाइड दृश्यों (खूंटी के लिए एक methacrylate साथ, और पेप्टाइड्स के लिए एक methacrylamide) क्रियाशील श्रृंखला polymerization प्रतिक्रियाओं के लिए किया जा सकता है.
परंपरागत रूप से, PEGDM dichloromethane में methacryloyl क्लोराइड और triethylamine के साथ खूंटी प्रतिक्रिया द्वारा निर्मित है. प्रतिक्रिया निस्पंदन, Diethyl ईथर में वर्षा, और संग्रह से पहले 4 दिनों से 12 प्रतिक्रिया समय का विस्तार कुछ तरीकों के साथ कमरे के तापमान रातोंरात 11 या 24 घंटे 5 के लिए प्रगति के लिए अनुमति दी है. इस दृष्टिकोण के कई रूपों मौजूद हैं, सब, समय लेने वाली हैं रासायनिक संश्लेषण उपकरण का एक बड़ा सरणी की आवश्यकता होती है, और वे उच्च शुद्धता अभिकर्मकों और विलायक की अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा का उपयोग शामिल है, के रूप में पर्यावरण के अनुकूल नहीं हैं. इन सीमाओं को नाकाम करने के लिए, लिन गिब्सन एट अल. ते साथ खूंटी functionalize करने के लिए एक माइक्रोवेव की सहायता, विलायक मुक्त विधि विकसित rminal methacrylate समूह (चित्रा 3) 12. इस प्रतिक्रिया में, खूंटी के टर्मिनल शराब समूह एक carboxyl के लिए फार्म methacrylic एनहाइड्राइड की कार्बोनिल परमाणुओं में से एक के साथ प्रतिक्रिया. यह एक पक्ष उत्पाद के रूप में methacrylic एसिड के साथ, PEGDM उत्पाद उत्पन्न करता है. इस संश्लेषण कम प्रतिक्रिया समय और विलायक मुक्त संश्लेषण तरीकों 21 सहित माइक्रोवेव संश्लेषण की विशेषता फायदे के कई गया है. माइक्रोवेव संश्लेषण यह काफी तेजी से होता है, जैसा कि पहले चर्चा के तरीकों के लिए बेहतर है कम व्यापक संश्लेषण उपकरण (जैसे कांच के बने पदार्थ, प्रतिक्रिया प्लेटों) की आवश्यकता है, और विलायकों केवल उत्पाद शुद्धि / संग्रह और नहीं के लिए के लिए आवश्यक हैं के रूप में कम समग्र अभिकर्मक और विलायक मात्रा का उपयोग करता है संश्लेषण, इसे और अधिक किफायती और पर्यावरण के अनुकूल बना रही है.
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चित्रा 3:.. Functionalization schematics ए) पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) के गठन, पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) methacrylate बी) यह वही विधि पेप्टाइड दृश्यों के एन टर्मिनस functionalize करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है निर्माण करने के लिए 10x दाढ़ अतिरिक्त methacrylic एनहाइड्राइड के साथ प्रतिक्रिया व्यक्त की है एक functionalized पेप्टाइड methacrylamide. पूर्व राल से पेप्टाइड cleaving करने के लिए इस प्रक्रिया का प्रदर्शन करके, एन टर्मिनस के चुनिंदा functionalization अमीनो एसिड पक्ष समूहों संरक्षित रहने के रूप में किया जा सकता है. N: खूंटी की संख्या (2 के लिए, क्रमश: = 45.5, 227 और 455 N 10, और 20 केडीए रैखिक खूंटी प्रयुक्त) macromer में दोहराता है. R1 आर.एन. को: अमीनो एसिड पक्ष श्रृंखला. PGN को PG1: समूहों की रक्षा पक्ष श्रृंखला. TFA: trifluoroacetic एसिड. टिप्स: triisopropylsilane. DODT: 3,6-dioxa-1, 8-octanedithiol. एच 2 ओ: पानी.
माइक्रोवेव की सहायता methacrylation विधि हाल ही में पॉलिमर और polymeric नेटवर्क की एक किस्म में पेप्टाइड समावेश की सुविधा के लिए methacrylamide समूह (3B चित्रा) के साथ पेप्टाइड्स के एन टर्मिनस functionalize करने के लिए हमारे समूह द्वारा रूपांतरित किया गया है. इस प्रतिक्रिया में, पेप्टाइड एन टर्मिनस के प्राथमिक amine एक एमाइड के लिए फार्म methacrylic एनहाइड्राइड पर कार्बोनिल परमाणु के साथ प्रतिक्रिया करता है. यह एक पक्ष उत्पाद के रूप में उत्पादित methacrylic एसिड के साथ, methacrylamide functionalized पेप्टाइड उत्पन्न करता है. पेप्टाइड दृश्यों के एन टर्मिनस functionalize करने के लिए इस प्रक्रिया का उपयोग करते हैं, तो यह प्रतिक्रियाशील पक्ष श्रृंखला (प्राथमिक AMINES (लाइसिन), एल्कोहल (सेरीन, threonine), और फिनॉल (tyrosine)) युक्त एमिनो एसिड functionalization दौरान रक्षा कर रहे हैं कि महत्वपूर्ण है, और रक्षा समूह केवल methacrylamide समावेश के बाद चिपके रहते हैं.
यह लेख इन microw के दोनों प्रदर्शन करेंगेPEGDM synthesize और पर राल पेप्टाइड दृश्यों functionalize, आम नुकसान पर प्रकाश डाला और समस्या निवारण के तरीकों का सुझाव करने के तरीकों एवेन्यू की सहायता की. इस अनुच्छेद में, आमतौर पर उत्पाद functionalization का आकलन करने के लिए नियोजित विश्लेषणात्मक रसायन तकनीक प्रदर्शन करने के तरीकों विस्तृत किया जाएगा, और अधिक उन्नत संशोधनों के प्रदर्शन के लिए सुझावों और संसाधनों के लिए दिया जाएगा. विशिष्ट परिणाम, हाइड्रोजेल नेटवर्क फार्म को संश्लेषित PEGDM का उपयोग कर एक मॉडल दवा की रिहाई को नियंत्रित करने के लिए गठित हाइड्रोजेल का शोषण, और सेल हाइड्रोजेल बातचीत की सुविधा के लिए functionalized पेप्टाइड्स रोजगार शामिल हैं, जो प्रदर्शन किया जाएगा. विशेष रूप से ध्यान हाइड्रोजेल जाल आकार निस्र्पक और हाइड्रोजेल रचना बारी में ऐसी कठोरता और दवा रिलीज प्रोफाइल के रूप में थोक सामग्री के गुणों को नियंत्रित करता है जो इस अंतर्निहित भौतिक संपत्ति, को प्रभावित करने के लिए देखते जा सकता है कि कैसे पर चर्चा करने के लिए भुगतान किया जाएगा.
पहले से सचित्र तरीकों PEGDM के संश्लेषण और पेप्टाइड्स या अन्य amine युक्त यौगिकों के methacrylamide functionalization के लिए अमूल्य हैं. इन सामग्रियों तो पुनर्योजी चिकित्सा और दवा वितरण अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. कारण खूंटी के हाइड्रोफिलिक प्रकृति को, खूंटी macromers से गठित हाइड्रोजेल शरीर 2 में कई ऊतकों के समान एक उच्च पानी सामग्री है. इस गुणवत्ता खूंटी प्रोटीन सोखना के लिए प्रतिरोधी और शरीर 3 में इसलिए निष्क्रिय बना देता है. हालांकि, खूंटी की हीड्रोस्कोपिक प्रकृति functionalization दौरान परेशानी साबित हो सकता है. पानी methacrylation प्रक्रिया के दौरान खूंटी के नमूने में मौजूद है, तो methacrylic एनहाइड्राइड methacrylic एसिड का उत्पादन करने के लिए पानी के साथ रियायत के तौर पर प्रतिक्रिया होगी, और खूंटी के गरीब functionalization परिणाम होगा.
इसलिए, खूंटी या पेप्टाइड का सफल methacrylation सुनिश्चित करने के लिए लिया जा सकता है कि सबसे महत्वपूर्ण कदमों में से एक anhyd बनाए रखने के लिए हैRous स्थितियों की प्रतिक्रिया. उपयोग करने से पहले सभी कांच के बने पदार्थ सुखाने की सिफारिश कदम पानी के प्रदूषण को रोकने का इरादा है. नमूने में पानी की मौजूदगी 1.7 पीपीएम पर एक व्यापक चोटी (चित्रा 4) के रूप में, एनएमआर विश्लेषण में देखा जा सकता है. गरीब methacrylation भी सभी कांच के बने पदार्थ सुखाने के बाद मनाया जाता है, रसायन सोडियम सल्फेट या उपयोग करने से पहले अन्य सुखाने एजेंट (आणविक sieves आदि) पर सूखे की जा सकती है. आसवन भी पहले का उपयोग करने के लिए पानी निकालने और methacrylic एनहाइड्राइड को शुद्ध करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, और azeotropic आसवन खूंटी 23 सुखाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. चरम मामलों में, संश्लेषण आगे पर्याप्त रूप से निर्जल स्थितियां सुनिश्चित करने के लिए एक glovebox में किया जा सकता है. उसी प्रक्रिया का पालन methacrylation के दूसरे दौर, भी functionalization बढ़ाने के लिए किया जा सकता है. Functionalization की अतिरिक्त फेरे लिए आवश्यक हो जाएगा कि वहाँ हमेशा एक मौका है, क्योंकि देखभाल जल्दी वैक्यूम निस्पंदन द्वारा PEGDM एकत्र करने के लिए कदम 1.7 और 1.9 में लिया जाना चाहिए. से अधिक समय के लिए वैक्यूम निस्पंदन पानी सोखना के लिए अवसर बढ़ रही है, हवा को खूंटी के बिल्कुल आवश्यक बढ़ जाती है जोखिम है.
हाइड्रॉक्सिल कार्य समूहों को methacrylic एनहाइड्राइड का प्रतिशत अतिरिक्त खूंटी अग्रदूत पर खूंटी functionalization (जैसे बांह #) में वृद्धि, अपरिवर्तित बनी हुई है हालांकि आम तौर पर हासिल प्रतिशत functionalization में कम हो जाती है (अप्रकाशित परिणाम, बेनोइट प्रयोगशाला) के साथ जुड़ा हुआ है. विशेष कठिनाइयों पर्याप्त उच्च functionalization प्राप्त करने आई हैं, तो preemptively functionalization दक्षता में इस कमी का पता, या, माइक्रोवेव प्रतिक्रिया की अवधि को बढ़ाया जा सकता, माइक्रोवेव अंतराल 30 सेकंड पर बनाए रखा है कि प्रदान की है. 10 दाढ़ अतिरिक्त आमतौर पर पर्याप्त है, प्रतिक्रिया में इस्तेमाल किया methacrylic एनहाइड्राइड की राशि भी 12 हासिल प्रतिशत functionalization बढ़ाने के लिए बढ़ाया जा सकता है.
यह महत्वपूर्ण है किअतिरिक्त वर्षा कदम (1.9) अच्छा एनएमआर संकेतों को प्राप्त करने के लिए प्रदर्शन किया. यह reprecipitating अतिरिक्त methacrylic एनहाइड्राइड और methacrylic एसिड को हटाने की सहायता करने के लिए पाया गया है पहले रात भर नमूना सुखाने, संश्लेषण के रूप में एक ही दिन दूसरी वर्षा प्रदर्शन करने के लिए आकर्षक है. नमूना तैयार भी साफ एनएमआर स्पेक्ट्रा प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है, और इसलिए नमूनों की सिफारिश की शर्तों का उपयोग कर तैयार. 4 सही ढंग से क्रियाशील PEGDM के लिए प्रतिनिधि 1 एच एनएमआर परिणाम दर्शाता आंकड़ा होना चाहिए. केंद्रीय खूंटी प्रोटॉनों को टर्मिनल methacrylate प्रोटॉनों के अनुपात का विश्लेषण करके, PEGDM पर्याप्त रूप से क्रियाशील होने के लिए निर्धारित किया गया था. MALDI नमूना तैयार करने के लिए एक स्पष्ट पढ़ने को प्राप्त करने के लिए इसी तरह महत्वपूर्ण है. MALDI लवण और उच्च नमूना सांद्रता की उपस्थिति के लिए विशेष रूप से संवेदनशील है. (एक उच्च संकेत के साथ 50 मनमाना इकाइयों (एयू ऊपर एक तीव्रता): शोर अनुपात) को पढ़ने के लिए एक स्पष्ट MALDI तो प्राप्त नहीं किया जा सकता है, नमूना हैolution मैट्रिक्स समाधान के साथ संयुक्त और reanalyzed किए जाने से पहले MALDI विलायक में 1:100 पतला होना चाहिए. 5 सही पेप्टाइड functionalization, दरार, और नमूना तैयार करने के बाद प्रतिनिधि MALDI-TOF परिणाम दर्शाता है चित्रा. पूर्व functionalization (चित्रा 5A) के लिए राल का एक छोटा सा नमूना के विखंडन चित्रा 5B में दिखाया पेप्टाइड का सही methacrylamide functionalization साथ, पेप्टाइड GKRGDSG के सही संश्लेषण से पता चलता है.
पर राल पेप्टाइड्स के functionalization एक अपेक्षाकृत मजबूत प्रक्रिया है, प्रत्येक दृश्य के लिए आवश्यक दरार की स्थिति अक्सर सुधार आवश्यक है. कई अमीनो एसिड पक्ष श्रृंखला (लंबी> 30 अमीनो एसिड, या समूहों की रक्षा करने के साथ> 15 अमीनो एसिड) की रक्षा की है, जहां लंबे दृश्यों के लिए, दरार की अवधि एक घंटे की वृद्धि की जानी चाहिए. दरार समय बहुत ज्यादा बढ़ा दिया है हालांकि, अगर पेप्टाइड बंधन दरार के कारण लंबे समय तक अम्लीय प्रदर्शन करने के लिए हो सकता है. MALDI एना सेल पेप्टाइड संश्लेषण या दरार में हुई है, जो किसी भी त्रुटि खुलासा करने में बहुत सहायक हो सकता है. उम्मीद की आणविक भार के नीचे एक मनाया कमी है कि अमीनो एसिड (ओं) जोड़ी ठीक से नहीं किया संकेत कर सकते हैं, या कि पेप्टाइड fractionation (आणविक वजन में सामान्यतः मनाया परिवर्तन के स्रोतों के लिए 2 टेबल देखें) हुआ. मनाया आणविक वजन इस्तेमाल किया एक रक्षा समूह के वजन से अधिक की उम्मीद अधिक है, तो यह दरार और deprotection अपर्याप्त था और पेप्टाइड अतिरिक्त समय के लिए recleaved किया जाना चाहिए कि संभावना है.
एमिनो एसिड विलोपन | मेगावाट परिवर्तन (छ / mol) | Uncleaved रक्षा समूह | एक्स "> मेगावाट परिवर्तन (छ / mol)आमतौर पर मौजूद आयनों | मेगावाट परिवर्तन (छ / mol) | |
पक्षक | -71 | Acetyl | 42 | CL – | 35 |
Arg | -158 | एलिल | 40 | + K | 39 |
ASN | -114 | Alloc | 85 | 2 मिलीग्राम + | <टीडी शैली = "चौड़ाई: 64px;"> 24|
पहाड़ी पीपल | -115 | बीओसी | 100 | + NA | 23 |
CYS | -103 | Fmoc | 223 | ||
Gln | -128 | OtBu | 56 | ||
ग्लू | -129 | PBF | 252 | ||
Gly | -57 | TBU | 56 | ||
उसके | -137 | ठ्ठ | 242 | ||
इले | -113 | ||||
लेउ | डीटीएच: 64px; "> -113|||||
लिस | -128 | ||||
मुलाकात | -131 | ||||
Phe | -147 | ||||
-97 | |||||
सेवा | -87 | ||||
Thr | -101 | ||||
टीआरपी | -186 | ||||
-147 | |||||
वैल | -99 |
तालिका 2. आम पेप्टाइड आणविक वजन में परिवर्तन मनाया.
माइक्रोवेव की सहायता methacrylation तरीकों का उपयोग कर उत्पादन Macromers पुनर्योजी दवा या दवा वितरण आवेदनों की संख्या में इस्तेमाल किया जा सकता है. यहाँ संश्लेषित क्रियाशील पेप्टाइड्स और PEGDM भी Nitroxide की मध्यस्थता polymerization (एन एम पी), परमाणु हस्तांतरण कट्टरपंथी polymerization (ATRP) या प्रतिवर्ती आदि का उपयोग पॉलिमर में शामिल किया जा सकता हैtion के विखंडन स्थानांतरण (बेड़ा) विधियों 24. पहले खेतान और Burdick 22 से जौव लेख में प्रदर्शन के रूप hydrogel नेटवर्क भी, कोशिकाओं की उपस्थिति में उत्पादित किया जा सकता है. अकेले खूंटी कुछ प्रकार की कोशिकाओं 25 के अस्तित्व और समारोह के लिए महत्वपूर्ण सेल सामग्री बातचीत प्रदान नहीं करता है के रूप में यह अक्सर ऐसे RGD या बाह्य मैट्रिक्स अणुओं के रूप में सेल आसंजन पेप्टाइड्स के समावेश की आवश्यकता है. पेप्टाइड्स, उदाहरण के लिए, पारंपरिक ठोस चरण पेप्टाइड संश्लेषण का उपयोग कर संश्लेषित और हाइड्रोजेल नेटवर्क में शामिल करने के लिए अनुमति देने के लिए यहाँ वर्णित के रूप में क्रियाशील किया जा सकता है. चित्रा 6, हाइड्रोजेल (0.5 मिमी) संलग्न की संख्या और प्रसार कोशिकाओं (चित्रा 6B बढ़ती, खूंटी hydrogel सतहों के लिए मानव mesenchymal स्टेम सेल (MSCs) के आसंजन की सुविधा में methacrylamide-क्रियाशील सेल आसंजन पेप्टाइड जी.के. RGDS जी के शामिल किए जाने के रूप में देखा ), खूंटी की तुलना में (सेल आसंजन पेप्टाइड बिना hydrogels <strओंग> चित्रा 6A). हालांकि, पिछले काम सेल सामग्री बातचीत आगे पेप्टाइड integrin steric बाधा को कम करने के लिए, चिपकने वाला पेप्टाइड्स और हाइड्रोजेल नेटवर्क के बीच 3,400 दा खूंटी spacers के शामिल किए जाने से बढ़ा रहे हैं कि प्रदर्शन किया है. स्पेसर को शामिल किए बिना, कोशिकाओं बल्कि पेप्टाइड्स 26 के साथ integrin की मध्यस्थता बातचीत के माध्यम से, पेप्टाइड को सोखना कि अविशिष्ट प्रोटीन के माध्यम से खूंटी हाइड्रोजेल के साथ बातचीत कर सकते हैं. इस खूंटी स्पेसर शामिल करने और अविशिष्ट बातचीत से बचने के लिए, पेप्टाइड्स बगुला और Hubbell 26 द्वारा वर्णित के रूप में, एन hydroxysuccinimidyl सक्रिय एस्टर के माध्यम से खूंटी monofunctionalized संयुग्मित किया जा सकता है.
हाइड्रोजेल नेटवर्क के आवेदन सामग्री के गुणों पर कड़ा नियंत्रण की आवश्यकता होती है. खूंटी हाइड्रोजेल के लिए एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि इन संपत्तियों पर नियंत्रण के एक उच्च डिग्री है. उदाहरण के लिए, आणविक वजन, संख्या हाथ, और खूंटी के भार% हाइड्रोजेल नेटवर्क के गठन में इस्तेमाल किया-TUN ठीक करने के लिए बदला जा सकता हैविशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए ई गुण. यह हाइड्रोजेल जाल आकार पर कड़ा नियंत्रण हाइड्रोजेल सूजन अनुपात (क्यू) और कठोरता (लोच के मापांक, ई) जो नियंत्रण (ξ), की अनुमति देता है. यह आंकड़ा 7A में सचित्र और चित्रा 8 में मात्रा निर्धारित है जहां हाइड्रोजेल जाल आकार में वृद्धि (चित्रा 8A) और हाइड्रोजेल कठोरता (चित्रा 8B) में कमी में खूंटी macromer आणविक भार परिणाम बढ़ रही है.
इन हाइड्रोजेल नेटवर्क में थोक व्यवहार को नियंत्रित करता है कि अंतर्निहित शारीरिक लक्षण, जाल आकार, फ्लोरी-Rehner समीकरण 16 उपयोग कर की गणना की जाती है. इस गणना को करने के लिए बड़ा सूजन अनुपात (क्यू) पहले समीकरण 4 से गणना की है:
(4)
ρ पानी के घनत्व (1 जी / एमएल) है जहां, ρ पी खूंटी के घनत्व (है1.12 मिलीग्राम / छ), एम एस हाइड्रोजेल और एम डी की सूजन द्रव्यमान (अक्सर) ठंड और hydrogels के lyophilization के बाद मापा हाइड्रोजेल की सूखी जन है. crosslinks (एम सी, में छ / mol) के बीच आणविक वजन तो समीकरण 5 से गणना की है:
(5)
एम एन (छ / mol) में खूंटी की संख्या औसत मेगावाट है जहां, बहुलक की विशिष्ट मात्रा है , वी 1 पानी की दाढ़ मात्रा (18 मिलीलीटर / मोल) है, वी 2 हाइड्रोजेल का संतुलन बहुलक मात्रा अंश है
( ), और एक्स 1 </उप> बहुलक विलायक बातचीत खूंटी के लिए पैरामीटर और पानी (0.426) 16 है. crosslinks (एन) के बीच बांड की संख्या तो समीकरण 6 से गणना की है:
(6)
एन बी खूंटी दोहराने में बांड की संख्या है (3) और एम आर खूंटी दोहराने (44 जी / मोल) की 27 मेगावाट की है. यह अनुमति देता है बहुलक श्रृंखला की जड़ मतलब वर्ग अंत करने के लिए अंत दूरी (एनएम) में समीकरण 7 से गणना करने के लिए:
(7)
एल (सीसी और सीओ बंधन लंबाई के आधार पर गणना की 0.146 एनएम,) औसत बंधन लंबाई और सी एन बहुलक (खूंटी के लिए 4.0) 28 की विशेषता अनुपात है. फाईnally, हाइड्रोजेल का जाल आकार समीकरण 8 से गणना की जा सकती है:
(8)
हाइड्रोजेल गुण इसी hydrogels के गठन में प्रयोग किया जाता खूंटी की राशि का समायोजन करके देखते जा सकता है. बाद में हाइड्रोजेल कठोरता कम कर देता है जो हाइड्रोजेल जाल आकार में वृद्धि में खूंटी macromer परिणामों का वजन प्रतिशत, घटाना. चित्रा 7B दिखाता है और आंकड़ा 9 खूंटी का वजन प्रतिशत जाल आकार को नियंत्रित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता हाइड्रोजेल गठन में इस्तेमाल कैसे quantifies (चित्रा 9A) और परिणामी हाइड्रोजेल कठोरता (चित्रा 9B). सब्सट्रेट कठोरता ऐसे स्टेम सेल भेदभाव के रूप में 29 सेल व्यवहार को प्रभावित करने के लिए दिखाया गया है, कसकर कठोरता नियंत्रित करने की क्षमता हाइड्रोजेल निर्माण में एक महत्वपूर्ण विशेषता है.
Hydrogels भी contr के लिए इस्तेमाल किया जा सकता हैराजभाषा दवा वितरण. चित्रा 7A में सचित्र और बाद में समझाया मॉडल दवा, गोजातीय सीरम albumin (BSA) की रिहाई की बढ़ती, हाइड्रोजेल नेटवर्क का जाल आकार बढ़ता खूंटी macromers की आणविक वजन में वृद्धि, चित्रा 10 में प्रदर्शन किया. इस अध्ययन में हाइड्रोजेल नमूने जाल आकार की गणना के लिए हाइड्रोजेल गीला और सूखा जनता की माप के लिए अनुमति देने के लिए टी = 195 घंटे में नष्ट कर दिया गया है, यह नमूने अब समय अवधि के लिए incubated किया गया था बीएसए रिलीज घटित होता जारी रखा है कि हमारे अनुभव है. अन्य समूहों को भी बीएसए खूंटी hydrogel नेटवर्क 30 के भीतर प्रसार के लिए प्रतिरोधी है सूचित किया है कि के रूप में 10 चित्र में मनाया बीएसए का अधूरा रिहाई, अप्रत्याशित नहीं है. समझाया प्रोटीन का अधूरा रिहाई की वजह से प्रोटीन और खूंटी macromers, या खूंटी और बीएसए 31 में लाइसिन अवशेषों पर प्राथमिक amine समूहों पर methacrylate समूह के बीच बंधन सहसंयोजक के बीच हाइड्रोजन संबंधों के कारण हो सकता है </sऊपर>. साथ ही, बीएसए इसके प्रभावी स्टोक्स त्रिज्या में वृद्धि और हाइड्रोजेल से अपनी रिहाई बाधा कर सकते हैं, जो समय के साथ एकत्रीकरण और डाइसल्फ़ाइड बांड गठन की संभावना है. इस तरह इन PEGDM hydrogels के रूप में चेन विकास हाइड्रोजेल,, (2A चित्रा) नेटवर्क nonidealities और विषम हाइड्रोजेल जाल आकार से ग्रस्त हैं के रूप में, यह समझाया बीएसए का एक अंश काफी छोटे जाल है जो हाइड्रोजेल के क्षेत्रों में शामिल है जो भी संभव है इसकी रिलीज रोकने जेल के भीतर समग्र औसत की तुलना में आकार. समझाया बीएसए का अधूरा, nonFickian रिलीज (नहीं दिखाया डेटा) इस मामले में मनाया गया, वहीं इंसुलिन और ovalbumin सहित कई अन्य मॉडल दवाओं, नियंत्रित Fickian रिहाई, समान PEGDM 30 hydrogels का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया. इसके अतिरिक्त, वाटकिंस और Anseth समान हाइड्रोजेल से फ्लोरोसेंट अणु की कि रिहाई का प्रदर्शन करने के लिए लेजर confocal माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग का इस्तेमाल किया है Fickian प्रसार के साथ स्वीकार्य मॉडलिंग की है मुझे32 thods.
इस अध्ययन में गठित हाइड्रोजेल nondegradable हैं, नेटवर्क गिरावट में शामिल किया और इन नेटवर्कों के भीतर देखते जा सकता है कि एक और पैरामीटर है. नियंत्रित हाइड्रोजेल गिरावट के लिए उपलब्ध कराना सेल व्यवहार 33, ऊतक वृद्धि या मेजबान ऊतक कुदी तसवीर की छाप को बढ़ावा देने, या explantation 34 के लिए जरूरत के उन्मूलन में परिवर्तन हो सकता है. सड़ सकने खूंटी हाइड्रोजेल सामान्यतः 35 methacrylation करने से पहले खूंटी के भीतर हाइड्रॉक्सिल समूहों पर रिंग उद्घाटन hydrolytically सड़ सकने डी, एल Lactide, glycolide, या ε-caprolactone समूहों द्वारा संश्लेषित कर रहे हैं. इन तीन समूहों glycolide एस्टर की वजह से उनके अलग hydrophobicity के लिए, सबसे बड़ा Lactide द्वारा पीछा गिरावट के लिए संवेदनशीलता, और caprolactone एस्टर होने के साथ, एस्टर functionalities के हाइड्रोलिसिस से नीचा. Hydrolytically सड़ सकने समूहों का समावेश करने के बाद, खूंटी आगे methacrylation प्रक्रिया detaile का उपयोग क्रियाशील किया जा सकता हैबाद में कट्टरपंथी द्वारा आरंभ श्रृंखला polymerization 36,37 के माध्यम से हाइड्रोजेल नेटवर्क के गठन को सक्षम करने के लिए इस लेख में डी. हाइड्रोजेल नेटवर्क की गिरावट की दर hydrolytically सड़ सकने समूह (glycolide, Lactide, आदि) की पहचान अलग से और संरचना 35,38 में शामिल सड़ सकने दोहराता की संख्या अलग से नियंत्रित किया जा सकता है.
सैद्धांतिक रूप से, यहां प्रदर्शन किया तरीकों क्रमशः, कदम 1.3 और 3.3 में ऐक्रेलिक एनहाइड्राइड साथ methacrylic एनहाइड्राइड की जगह से खूंटी और पेप्टाइड्स के acrylation के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. हालांकि, एक्रिलिक एनहाइड्राइड काफी कम आकर्षक माइक्रोवेव की सहायता methacrylation से माइक्रोवेव की सहायता acrylation बनाने, methacrylic एनहाइड्राइड 39,40 के 20 से अधिक बार लागत है.
हम इस प्रक्रिया की दक्षता का मूल्यांकन करने के लिए कैसे, खूंटी और पेप्टाइड्स functionalize करने के लिए एक सरल, तेजी से विधि का प्रदर्शन किया, और यू के लिए संसाधनों को दे दिया हैहाइड्रोजेल नेटवर्क फार्म को संश्लेषित सामग्री गाते हैं. ये कृत्रिम उपकरण अपने आवेदन पत्र में अत्यधिक बहुमुखी हैं, और दवा वितरण और सामग्री अनुसंधान प्रयोगशालाओं के किसी भी संख्या में एक प्रधान को साबित करना चाहिए.
The authors have nothing to disclose.
इस कार्य / रोचेस्टर विश्वविद्यालय और हड्डी रोग अनुसंधान और शिक्षा फाउंडेशन / Musculoskeletal प्रत्यारोपण फाउंडेशन (oref से डा. डेनिएल बेनोइट के लिए प्रदान शुरू हुआ धन से, एक हॉवर्ड ह्यूजेस मेड में-ग्रैड फैलोशिप (AVH) के हिस्से में वित्त पोषित किया गया MTF). लेखकों को अपने उपकरणों के उपयोग के लिए डॉ. जेम्स एल मैक्ग्रा को धन्यवाद देना चाहूंगा.
3,6-Dioxa-1,8-octanedithiol | Tokyo Chemical Industry Co, LTD | D2649 | CAS 14970-87-7 |
Acetonitrile | J.T. Baker | UN1648 | CAS 75-05-8 |
Amino Acids | AAPPTech | Glycine: AFG101 | CAS 29022-11-5 |
Arginine: AFR105 | CAS 154445-77-9 | ||
Asparagine: AFD105 | CAS 71989-14-5 | ||
Serine: AFS105 | CAS 71989-33-8 | ||
Anhydrous diethyl ether | Fisher Scientific | UN1155 | CAS 60-29-7 |
Citric acid | Sigma Aldrich | C1857 | CAS 77-92-9 |
Deuterated chloroform | Cambridge Isotope Laboratories Inc. | DLM-7-100 | CAS 865-49-6 |
Dichloromethane | Fisher Scientific | UN1593 | CAS 75-09-2 |
Diisopropylethylamine | Alfa Aesar | A1181 | CAS 7087-68-5 |
Dimethylformamide | Fisher Scientific | D119-4 | CAS 68-12-2 |
Fmoc-Gly-Wang resin | Peptides International | RGF-1301-PI | 100-200 mesh size |
Methacrylic anhydride | Alfa Aesar | L14357 | CAS 760-93-0 |
N-Methylpyrrolidone | VWR | BDH1141-4LG | CAS 872-80-4 |
On-resin peptides | Synthesized in-house | On-resin peptides can also be purchased from Peptides International, GenScript, AAPPTec, etc. | |
O-Benzotriazole-N,N,N’,N’-tetramethyl-uronium-hexafluoro-phosphate | AnaSpec Inc | 510/791-9560 | CAS 94790-37-1 |
Peptide Calibration Standard | Care | 206195 | |
Piperazine | Alfa Aesar | A15019 | CAS 11-85-0 |
Poly(ethylene glycol) 2 kDa linear | Alfa Aesar | B22181 | CAS 25322-68-3 |
Poly(ethylene glycol) 10 kDa linear | Alfa Aesar | B21955 | |
Poly(ethylene glycol) 20 kDa linear | Sigma Aldrich | 81300 | JenKem Technologies USA is an alternate supplier of linear and multi-arm PEG |
Thioanisole | Alfa Aesar | L5464 | CAS 100-68-5 |
Trifluoroacetic acid | Alfa Aesar | A12198 | CAS 76-05-1 |
Triisopropylsilane | Alfa Aesar | L09585 | CAS 6485-79-6 |
α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid | Tokyo Chemical Industry Co, LTD | C1768 | CAS 28166-41-8 |