Waiting
Login processing...

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

Chemistry

סינתזה של פולי ( Published: February 27, 2016 doi: 10.3791/52813
Automatic Translation
1, 1, 1,2, 1
1Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), 2School of Interdisciplinary Bioscience and Bioengineering (I-Bio), Pohang University of Science and Technology (POSTECH)

Protocol

ייצור 1. של עובש אב המכשיר microfluidic התמקדות הידרודינמית (HFMD) באמצעות ליתוגרפיה

  1. עיצוב photomask עבור HFMD (איור 1 א) באמצעות תוכנת מחשב בסיוע עיצוב (CAD) על פי פרוטוקול של היצרן.
  2. לשטוף פרוסות סיליקון 4 'עם אצטון, אלכוהול איזופרופיל (IPA), ו ללא יונים (DI) במים כדי להסיר אבק אורגניים ואי-אורגניים מן רקיק.
  3. נקו את פרוסות סיליקון עם פלזמה O 2 ב 100 וואט במשך 5 דקות כדי להגביר את כוח מליטה בין רקיק SU-8.
  4. ספין-מעיל 4 מ"ל של photoresist שלילית, SU-8 2150, על גבי פרוסות סיליקון בסל"ד 3000 למשך 30 שניות כדי להשיג עובי של 150 מיקרומטר (ב 1 באיור 1b).
  5. מניח את הפרוסות מצופות SU-8 על פלטה חמה למשך 5 דקות ב 65 מעלות צלזיוס, להגדיר את הטמפרטורה עד 95 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן לעזוב את הרקיק על הפלטה החמה למשך 30 דקות כדי לאפות רך.
  6. מניחים אתתוכנן photomask על פרוסות סיליקון ולחשוף לאור UV (260 mJ -2 ס"מ, 26 שניות -2 10 mW ס"מ) aligner המסכה (B2 באיור 1b).
  7. בצע שלאחר חשיפה לאפות על פלטה חמה (65 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות ולאחר מכן 95 מעלות צלזיוס במשך 12 דקות).
  8. פיתוח הרקיק ידי טבילה באמבט מפתח SU-8 למשך 10 דקות, ולאחר מכן להעביר אותו לתוך מפתח טרי במשך 5 שניות כדי לקבל משטח נקי.
  9. שוטפים את פרוסות סיליקון עבור 20 שניות עם מים די ולייבשו במשך 10 שניות עם גז N 2 (ב 3 באיור 1b). השתמש רקיק מפוברק כמו עובש אב polydimethylsiloxane (PDMS) הליהוק בסעיף 2.

ייצור 2. HFMD דרך יציקת PDMS

  1. השתמש רקיק בדוגמת המתקבל בסעיף 1 כמו עובש אמן ליציקת PDMS.
  2. מערבבים את מראש פולימר PDMS ואת סוכן ריפוי הומוגנית לפי יחס משקל של 10: 1; למשל, להשתמש 1 גרם של סוכן ריפוי עבור 10 גרם של-polym מראש PDMSאה.
  3. יוצקים את PDMS מראש פולימר לתוך התבנית מאסטר ודגה זה עבור שעה 1 בתא ואקום (B4 באיור 1b).
  4. מניחים את התבנית הורים עם הקדם-פולימר PDMS לתוך בתנור על 65 מעלות צלזיוס במשך 3 שעות.
  5. חותכים את PDMS נרפא לתוך בגודל של שבב יחיד באמצעות אזמל חד. בזהירות לקלף את העתק PDMS נרפא מהתבנית המאסטר ביד.
  6. חזור על שלבי 2.2 עד 2.5 עד לקבל העתק PDMS זהה.
  7. פונץ כניסה ויציאה חורה לאחת ההעתקים באמצעות-אגרופן חור בקוטר מעט קטן יותר מאשר הקוטר החיצוני של צינורות חיבור.
  8. החל טיפול פלזמה אוויר לאזור מליטה של כל העתק באמצעות treater קורונה. 34
    זהירות: השתמש treater קורונה באזור עם אוורור טוב כדי למנוע הצטברות אוזון.
  9. ירידה של 5 μl של מתנול על אזורי הפלזמה שטופלה האוויר. דק ליישר שני העתקים PDMS זהה לפברק את HFMD ביד manipu אוכלוסייה, ולבדוק יישור באמצעות מיקרוסקופ (B5 באיור 1b).
    הערה: העתקי PDMS הפלזמה שטופלה האוויר הם די דביקים וקשים לתמרן. לפיכך, 5 μl של מתנול מתווסף אל פני שטח הפלזמה שטופלה האוויר לתפקד כחומר סיכה.
  10. מניחים את HFMD בתנור שחומם ל -65 מעלות למשך הלילה C כדי לחזק את הקשר בין שני העתקים PDMS (B6 באיור 1b). בונד שני העתקי PDMS זהים להגדיל את הגובה של microchannel של HFMD ולהימנע סתימת microdroplets בערוץ microfluidic במהלך מבצע.

איור 1
איור 1: סקירה כללית של הליך ייצור HFMD (א) פרמטרים עיצוב של photomask עבור HFMD.. (ב) איור של הליך הייצור עבור HFMD."Target =" ftp_upload / 52,813 / 52813fig1large.jpg _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

3. הכנת NIPAAm העשירית (N-עשיר) ו NIPAAm-עלוב (N-עניים) שלבים על ידי הפרדת פאזות של רווית NIPAAm

  1. ממיסים מונומר NIPAAm במים DI ב יחס aw / w של 1: 1 בעזרת מערבל מערבולת; למשל, לפזר 10 גרם של NIPAAm ב 10 מ"ל מים DI (התמונה הראשונה של איור 2 א).
    הערה: לאחר מונומר NIPAAm נמס לגמרי בטמפרטורת חדר, הפתרון נראה עכורה (תמונה שנייה של איור 2 א). תופעה זו היא הסימן הראשון כי הפרדת פאזות מושרה המסיסה של מונומר NIPAAm הרוויה התרחשה בהצלחה.
  2. אפשר פתרון מונומר לנוח במצב אנכי בטמפרטורת החדר למשך 15 דקות לפחות. השלב העליון הוא השלב N-העשיר, ואת השלב התחתון הצפוף הוא השלב N-העלוב (תמונה שלישית של איור 2 א). הצפיפויות של הדואר N-עשירים N-עניים שלבים הם 0.93 ± 0.01 ו 0.99 ± 0.01 גרם ס"מ -3, בהתאמה. 15
  3. כאשר ממשק הפרדת שני השלבים מתבהר, לחלץ בזהירות 2 מיליליטר של תמיסת מונומר משלבי N-העשירים N-עניים מבלי להפריע ממשק זה באמצעות פיפטה.
  4. הוסף 4 מ"ג של N, -methylenebisacrylamide 'N (MBAAm) בתור crosslinker ו -4 מ"ג של 4- (2-hydroxyethoxy) phenyl- (2-הידרוקסי-2-propyl) קטון בתור photoinitiator אל N-עשיר חילוץ N -poor פתרונות מונומר להכין נוזלים הליבה 1 ו -2 לצורך ריכוז crosslinker נמוך (2 מ"ג מ"ל -1) מדגם (B1 ו- B2 באיור 2b).
  5. חזור על הצעד קודם 3.3 ולהוסיף 80 מ"ג של MBAAm ו -4 מ"ג של 4- (2-hydroxyethoxy) phenyl- (2-הידרוקסי-2-propyl) קיטון לתוך כל אחד פתרון מונומר חילוץ N-עשיר N-העני להכין נוזלי ליבה 1 ו -2 עבור ריכוז גבוה crosslinker (40 מ"ג מ"ל -1) מדגם (B3 ו- B4 באיוריור 2b).
  6. ממיסים 10% WT של פעילי שטח שמן לתוך שמן מינרלי להכין את נוזל נדן (B5 ב איור 2b).

איור 2
איור 2:. הכנת חומר עבור יאנוס Microhydrogel סינתזה (א) הכנת N-עשירים N-עניים פתרונות מונומר באמצעות הפרדת פאזות של NIPAAm רוויה. (ב) פירוט החומרים ההתקנה הניסוי נעשה שימוש בפרוטוקול. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

סינתזה 4. של יאנוס Microhydrogels שימוש HFMD

  1. טען 2 מ"ל של נוזלים הליבה 1 ו -2 (B1, B2 או B3, B4 בתרשים 2b) ואת נוזל נדן (B5 באיור 2b) לשלוש 3 מ"ל מזרקים נפרד. הר מזרקים לתוך משאבות מזרק ולהתחבר מזרק אחד אל כניסת הנוזל המתאים של HFMD באמצעות צינורות (איור (ב). השתמש צינורות לחיבור לשקע נוזל של HFMD למאגר אוסף.
  2. הגדר את משאבות מזרק להשרות נוזלי ליבת 1 ו -2 ו נוזל נדן ברמות ספיקה של 2, 2, ו -10 μl דקות -1, בהתאמה.
  3. Tune (אופציונלי) את קצב הזרימה של נוזלים הליבה 1 ו -2 כדי לכוונן את יחסי הנפח היחסי של כל צד של microdroplet יאנוס.
  4. מקם את מקור אור UV בניצב על 1 סנטימטר מן המאגר האוסף. הפעילו את מקור האור האולטרה סגול ויזואלית לפקח על ייצור רציף של microhydrogels יאנוס.
    אזהרה: השימוש UV מגן-משקפים כאשר ניטור ייצור microhydrogel.
  5. אסוף את microhydrogels תאנוס מפוברק לתוך צינור חרוטים ולשטוף אותם באמצעות IPA. לאחר מכן, צנטריפוגות צינור חרוטי (780 גרם במשך 5 דק ') כדי ליישב אתmicrohydrogels.
  6. חזור על שלב 4.6 כמה פעמים כדי להסיר את שמן מינרלי סביב יאנוס microhydrogels לחלוטין.
  7. חזור על שלב מים DI 4.6 אך השימוש עם פעילי שטח המים של 0.005% (v / v) במקום IPA להסיר את IPA שאריות ברחבי microhydrogels יאנוס.
  8. אחסן לחלוטין שטף יאנוס microhydrogels בתוך מים די 10 מ"ל בקבוקון המכיל.

ניתוח 5.-היענות Thermo אניזוטרופי של יאנוס Microhydrogels

  1. השתמש פיפטה למקם יאנוס microhydrogels מסונתז מסעיף 4 לתוך צלחת 24 גם. אפשר microhydrogels להסתפק 15 שניות עד בשכבה נוצר על פני השטח התחתון של הבאר.
  2. להשיג תמונה של microhydrogel יאנוס ב 24 ° C באמצעות מיקרוסקופ אופטי זקוף עם עדשה אובייקטיבית 5X.
  3. הגדר מודול ותרמית תחת הצלחת היטב ולשלוט מתח של מודול זה כדי להגדיל את הטמפרטורה של תמיסה המכילה מיקרו יאנוסהידרוג ל -32 מעלות צלזיוס.
  4. להשיג תמונה של microhydrogel יאנוס על 32 מעלות צלזיוס פעם נוספת באמצעות מיקרוסקופ אופטי זקוף עם עדשה אובייקטיבית 5X.
  5. חזור על שלבי 5.2-5.4 24 פעמים, מקפידים לבחור microhydrogel תאנוס שונה לניתוח סטטיסטי.
  6. מתוך 25 התמונות של microhydrogels השונה תאנוס ב 24 ו 32 מעלות צלזיוס, למדוד את רדיוס PN-עשיר PN-עניים החלקים microhydrogels יאנוס באמצעות תוכנת ניתוח תמונה על פי הוראות היצרן.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 3 א מציג סכמטי של הגדרת הניסוי בשימוש לסנתז יאנוס microhydrogels דרך HFMD. N-עשיר שלב N-עניים הוזרקו בדיוק לתוך HFMD כמו נוזלי ליבת 1 ו -2 ולאחר מכן התמזג התפרק microdroplets יאנוס על הפתח ידי נוזל הנדן של שמן מינרלים בגלל חוסר יציבות נימי ריילי. כתוצאה מכך, microdroplets יאנוס מורכב N-עשירה שלב N-עניים נוצר בהצלחה כפי שמוצגת איור 3B. הקוטר של microdroplets היה 190 מיקרומטר עם מקדם השונה (CV) של פחות מ -2%. המורפולוגיה הפנימית מידור בבירור של microdroplets יאנוס נצפתה מאז השלבים הן מופרדים ביציבות. יצוין כי כל שלב הוא immiscible בשנייה ודיפוזיה בין השלבים היא כמעט אפסית. יחס נפח של שלבי N-עשירים N-עניים בתוך microdroplet היה גontrolled על ידי שינוי קצב הזרימה של כל פתרון מונומר באמצעות משאבת מזרק, כפי שמוצג באיור 3 ג. Photoinitiator הוסיף פתרונות מונומר N-העשירים N-עניים ואז הופעל על ידי חשיפה לאור UV, ובכך גרימת פילמור של שלבי N-העשירים N-עניי PN-עשיר PN-גרוע, בהתאמה.

איור 3
איור 3: הדור של microdroplets יאנוס באמצעות HFMD (א) תרשים סכמטי של HFMD להפקת microdroplets יאנוס.. (ב) מיקרוסקופ אופטי של microdroplets יאנוס מורכב N-עשיר שלב N-עני. (ג) תאנוס microdroplets שהושג עם יחסי נפח שונים של שלבי N-עשירים N-עלובים (1: 3, 1: 1, 3: 1). אנא לחץ כאן כדי להציג גדולגרסה של נתון זה.


איור 4 מתאר את איזוטרופי תרמוס-תגובה התנהגות של microhydrogels הנגרמת על ידי הבדלים בריכוז מונומר NIPAAm בין חלקי PN-עשירים PN-עניים של microhydrogel יאנוס. תאנוס microhydrogels עם ריכוזים שונים של crosslinker 2 ו -40 מ"ג מיליליטר -1 היה מפוברק כדי לבחון את ההשפעה של ריכוז crosslinker על ההתנהגות התרמו-תגובה של הידרוג'ל הנובע מכך. כפי שניתן לראות בתרשים 4, עליות ריכוז crosslinker הביאה לירידה של השינוי הכמותי הפיך של microhydrogels מעל ומתחת LCST.

איור 4
איור 4: תגובת טמפרטורה של יאנוס Microhydrogels שינויים בנפח אניזוטרופי של יאנוס microhydrogels בתגובה.וריאציה הטמפרטורה היו המושרה על ידי הבדלים בריכוז מונומר NIPAAm בין חלקי PN-עשירים PN-עניים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.


5a איור מראה דיאגרמות סכמטי micrographs אופטי של microdroplets יאנוס / microhydrogels בתגובה לשינויים סביבתיים טמפרטורה: 24 ° C בשמן, 24 מעלות צלזיוס מים, ו -32 מעלות צלזיוס במים. כדי לכמת התרמו-היענות, מדדנו את רדיוס microdroplets יאנוס / microhydrogels, כפי שמוצג 5b איור. הבר שגיאה באיור 5b מייצג את סטיית התקן של רדיוס נמדד 25 יאנוס microhydrogels. הרדיוס של כל חלק של microhydrogels תאנוס נקבע מהתמונות שנתפסו באמצעות תוכנת ניתוח תמונה. במצב אגל מונומר (א 1 באיור 5a ואיור 5b), רדיוס שלבי N-העשירים N-עניים היה כמעט זהה. הבדל קטן רדיוס בין חלקי PN-עשירים PN-עניים של microhydrogels יאנוס נצפה לאחר פילמור (A2 ב ציור 5a ו- B באיור) בשל ריכוז מונומר NIPAAm הנמוך בשלב N-העני בהשוואה לזה של N-עשיר שלב. PN-עשירים PN-עניים בשני חלקי microhydrogels יאנוס התנפחו לחלוטין במים DI בטמפרטורת החדר. בשלב הנפיחות, הנפיחות של חלק PN-העשיר הייתה גדולה יותר מזה של חלק PN-העניים; תוצאתית שלג האדם, שצורתו יאנסו microhydrogels התקבל (A3 ב ציור 5a ו- B באיור). מעניין, רדיוס microhydrogels לאחר מתכווץ ב 32 ° C היה דומה רדיוס microdroplets שנוצר HFMD (A4 ב ציור 5a ואיור 5b).

התחת = "jove_content" FO: keep-together.within-page = "1"> איור 5
איור 5:. תאנוס Microhydrogels עם אניזוטרופי Thermo-היענות (א) דיאגרמות סכמטי micrographs האופטי של microdroplets יאנוס / microhydrogels (ברי סולם הם 100 מיקרומטר). (ב) שינוי רדיוס של microdroplets יאנוס / microhydrogels בתגובת שינוי סביבתי וטמפרטורה: 24 ° C בשמן, 24 מעלות צלזיוס מים, ו -32 מעלות צלזיוס במים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.


איור 6 א מציג את מאפייני פירוק פתרונות מונומר N-העשירים N-עניים. צבע מסיס בשומן (O אדום שמן N כחול שמן) ו מסיסים במים צבע (צבעי מאכל צהוב וירוק) מאוד מעדיף שנמוג N-ריקh ופתרונות מונומר N-גרוע, בהתאמה. בהתבסס על מאפיינים אלה פירוק, microdroplets מונומר תאנוס NIPAAm המכיל תפוחים וצבעים מסיסים במים ללא ערבוב צלב נוצר באמצעות הפרוטוקול המוצע. שמן O אדום וצבע מאכל ירוק נבחרו בהתאמה כחומרי organophilic ו הידרופילי נציג, כפי שמוצג 6b איור. לאחר פילמור UV, microhydrogels יאנוס המכיל שני צבעים היו מסונתז בהצלחה, שמוצג איור 6 ג. אלו התוצאות מצביעות כי microhydrogel יאנוס יכול להיות מיושם כנשאים חומר כפול organophilic / הידרופילי.

איור 6
איור 6: יאנוס Microhydrogels עם Organophilic / בקיבולת טעינה הידרופיליות (א) נכסים פירוק N-עשירים N-עניים פתרונות מונומר.. צבעי פטימה ו-מסיסים במים בחום preferred להתמוסס פתרונות מונומר N-העשירים N-גרועים, בהתאמה. (ב) דור של microdroplets תאנוס המכיל צבעי תפוחים ו מסיסים במים ללא ערבוב צלב. (ג) microhydrogels יאנוס polymerized המכיל צבעי תפוחים ו מסיסים במים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

שני חומרי הבסיס immiscible משמשים בדרך כלל כדי לסנתז את microhydrogels יאנוס. עד לאחרונה, תאנוס microhydrogels המורכב מאותו חומר הבסיס לעתים רחוקות דווח ואת microhydrogels יאנוס הדיווח לא היה מורפולוגיה פנימית ברורה עקב ההפרעה הנגרמת על ידי miscibility של מחומרים המרכיבים. 35, 36 בפרוטוקול זה, אנחנו מדגימים שיטה לסנתז microhydrogels יאנוס מורכב כולו של חומר הבסיס היחיד, PNIPAAm, עם מבנה ממודר בבירור.

כצעד קריטי לסנתז את תאנוס microhydrogels, הצגנו את תופעת הפרדת פאזות של פתרון מונומר NIPAAm הרווי. N-עשיר N-עניי פתרונות השלב שנאספו תופעת הפרדת פאזות הם immiscible ואת ההפרעה בין N-עשיר שלב N-עני היא כמעט אפסית. immiscibility זה של שלבי N-עשירים N-עני microdroplets יאנוס היה maintained ב HFMD ואת המורפולוגיה של microhydrogels יאנוס נשמרה גם לאחר פילמור.

החלנו את HFMD כשיטה לסנתז את microhydrogels יאנוס כי הפרוטוקול מאפשר ייצור קליל של microhydrogels יאנוס monodisperse עם שיעור של 10 5 יאנוס microhydrogels לשעה. HFMD החדש תוכנן בעבודה זו היה מפוברק כראוי להפקה תאנוס microhydrogels עם גדלים בתוך ההסדר של מאה מיקרומטר; עיצובים בעתיד של HFMD יוכלו לייצר תאנוס microhydrogels של גודל קטן יותר.

מחקר נוסף של microhydrogels יאנוס חשף שני מאפיינים ברורים שמקורם ריכוזי NIPAAm שונים בשלבי N-העשירים N-עניים. ראשית, תאנוס microhydrogels מורכב ריכוזים שונים NIPAAm הציג התנהגויות טרמו תגובה איזוטרופי בתגובה שונה טמפרטורה. מונומר יחס crosslinker ידוע קשהctly להשפיע על רמת נפיחות של הידרוג'ל 37 כמות מולקולות NIPAAm בשלב N-עשיר הוא בדרך כלל הרבה יותר גבוהה מזו בשלב N-עניים.; וכך, מונומר כדי crosslinker יחס בשלב N-עשיר גדול יותר מזה בשלב N-עניים כאשר ריכוז זהה של crosslinker משמשת הן שלבים. כתוצאה מכך, חלק עשירי PN של הידרוג'ל יאנוס עובר שינוי נפח גדול יותר לעומת החלק PN-עניים בתגובה לשינויי טמפרטורה. שנית, microhydrogels יאנוס הציג יכולת העמסה organophilic / הידרופילי ללא ערבוב צלב. לצבוע מסיסים בשומן היה היטב מומס פתרון מונומר N-עשיר בעוד הצבע מסיס במים היה היטב מומס פתרון מונומר N-עני. מאפייני פירוק המנוגדים של פתרונות מונומר N-העשירים N-עניים נובעים מהבדלים בזמינות של מולקולות מים חופשיות שנותרו לאחר אינטראקציה עם מולקולות NIPAAm בכל פתרון מונומר. כי זה possesses מספר comparably גבוה של מולקולות מים חינם שאריות מ פתרון מונומר N-עשיר, פתרון מונומר N-העני יכול בקלות לפרק מולקולות קוטביות הידרופילי בתוך הצבע מסיס במים. לעומת זאת, צבע מסיס במים הציג מסיסות עניים הפתרון מונומר עשירי N, אשר יכול לתקשר רק עם כמה מולקולות מים בחינם. כתוצאה מכך, פתרונות מונומר N-העשירים N-עניים הראו תוצאות הפוכות כאשר מעורבבים עם צבע מסיס בשומן. Microhydrogels תאנוס המסונתז עשוי לשמש נישא חומר כפול organophilic / הידרופילי עם מורפולוגיה פנימית ממודרת ללא ערבוב צלב.

יישום עתידי

מאפייני הרומן של microhydrogels תאנוס יכולים להיות מנוצלים כדי לפתח microparticles הפונקציונלי ולהשיג אנקפסולציה מרובה סמים. אנו מאמינים כי הפרוטוקול הסינטטי microhydrogels תאנוס אלה בהתבסס על הפרדת פאזות של NIPAAm הרוויה מציג מאטריית רומןפלטפורמת l עם פוטנציאל סינתזה מתקדמת של microhydrogels יאנוס רב תפקודי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Silicon wafer LG Siltron 4", Test grade Wafer for master mold fabrication
Acetone Samchun Pure Chemical A0097 Cleaning silicon wafer
Isopropyl alcohol (IPA) Daejung Chemicals & Metals 5035-4404 Cleaning silicon wafer
Water purification system Merck Millipore EMD Millipore RIOs Essential 5 Prepering  deionized water
O2 plasma machine Femto Science VITA-A Cleaning silicon wafer
SU-8 2150 negative photoresist MicroChem Y111077 0500L1GL Photoresist for master mold fabrication
Hot plate Misung Scientific HP330D, HP150D Baking SU-8
SU-8 developer Microchem Y020100 4000L1PE Developing SU-8
Mask aligner system for photolithograpy Shinu Mst Co. CA-6M Photolithography
Sylgard 184 silicone elastomer kit Dow Corning 1064891 PDMS casting
Laboratory Corona Treater Electro-technic Products Inc. Model BD-20AC PDMS air plasma treatment 
N-isopropylacrylamide (NIPAAm) Sigma-Aldrich 415324-50G Monomer
N,N'-methylenebisacrylamide (MBAAm) Sigma-Aldrich 146072-100G Crosslinker of NIPAAm
4-(2-hydroxyethoxy)phenyl-(2-hydroxy-2-propyl)ketone, Irgacure 2959 BASF 55047962 Photoinitiator of NIPAAm
ABIL EM 90 Evonik Industries 201109 Sufactant for oil
Vortex mixer Scientific Industries Inc. Vortex-Genie 2 Mixing
Tygon tubing Saint-Gobain I.D. 1/32", O.D. 3/32", Wall 1/32" Connecting tube between syringes and HFMD
UV light source Hamamatsu Spot light source LC8 Polymerization from NIPAAm to PNIPAAm
Syringes, NORM-JECT (3 ml) Henke-Sass Wolf GmbH 22767 Loading of materials
Syringe pump KD Scientific KDS model 200 Perfusion of materials
Tegitol Type NP-10 Sigma-Aldrich NP10-500ML Surfactant for water
Oil red O Sigma-Aldrich O0625-25G Dye for N-rich phase
Oil Blue N Sigma-Aldrich 391557-5G Dye for N-rich phase
Yellow food dye Edentown F&B NA Dye for N-poor phase
Green food dye Edentown F&B NA Dye for N-poor phase
Power supply Agilent E3649A Power source for thermoelectric module
Thermoelectric module Peltier FALC1-12710T125 Temparature control
Centrifuge machine Labogene 1248R Settling down microhydrogels
24-well plate SPL Life Sciences 32024 Reservoir for observation
Optical microscope Nikon ECLIPSE 80i Optical observation
Image analysis software IMT i-Solution Inc. iSolutions DT Measurement of radius

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hoffman, A. S. Hydrogels for biomedical applications. Adv. Drug Delivery Rev. 54 (1), 3-12 (2002).
  2. Qiu, Y., Park, K. Environment-sensitive hydrogels for drug delivery. Adv. Drug Delivery Rev. 53 (3), 321-339 (2001).
  3. Hirokawa, Y., Tanaka, T. Volume phase transition in a nonionic gel. J. Chem. Phys. 81 (12), 6379-6380 (1984).
  4. Bae, Y. H., Okano, T., Hsu, R., Kim, S. W. Thermo-sensitive polymers as on-off switches for drug release. Macromol. Rapid Commun. 8 (10), 481-485 (1987).
  5. Yoshida, R., et al. Comb-type grafted hydrogels with rapid deswelling response to temperature changes. Nature. 374 (6519), 240-242 (1995).
  6. Tanaka, T. Collapse of gels and the critical endpoint. Phys. Rev. Lett. 40 (12), 820-823 (1978).
  7. Tanaka, T., et al. Phase transitions in ionic gels. Phys. Rev. Lett. 45 (20), 1636-1639 (1980).
  8. Zhao, Y. L., Stoddart, J. F. Azobenzene-based light-responsive hydrogel system. Langmuir. 25 (15), 8442-8446 (2009).
  9. Alvarez-Lorenzo, C., Bromberg, L., Concheiro, A. Light-sensitive intelligent drug delivery systems. Photochem. Photobiol. 85 (4), 848-860 (2009).
  10. Tanaka, T., Nishio, I., Sun, S. T., Ueno-Nishio, S. Collapse of gels in an electric field. Science. 218 (4571), 467-469 (1982).
  11. Kwon, I. C., Bae, Y. H., Kim, S. W. Electrically credible polymer gel for controlled release of drugs. Nature. 354 (6351), 291-293 (1991).
  12. Obaidat, A. A., Park, K. Characterization of protein release through glucose-sensitive hydrogel membranes. Biomaterials. 18 (11), 801-806 (1997).
  13. Kataoka, K., Miyazaki, H., Bunya, M., Okano, T., Sakurai, Y. Totally synthetic polymer gels responding to external glucose concentration: their preparation and application to on-off regulation of insulin release. J. Am. Chem. Soc. 120 (48), 12694-12695 (1998).
  14. Heskins, M., Guillet, J. E. Solution properties of poly(N-isopropylacrylamide). J. Macromol. Sci. Part A Pure Appl. Chem. 2 (8), 1441-1455 (1968).
  15. Sasaki, S., Okabe, S., Miyahara, Y. Thermodynamic properties of N-isopropylacrylamide in water: solubility transition, phase separation of supersaturated solution, and glass formation. J. Phys. Chem. B. 114 (46), 14995-15002 (2010).
  16. Bromberg, L., Alakhov, V. Effects of polyether-modified poly(acrylic acid) microgels on doxorubicin transport in human intestinal epithelial Caco-2 cell layers. J. Controlled Release. 88 (1), 11-22 (2003).
  17. Coughlan, D. C., Quilty, F. P., Corrigan, O. I. Effect of drug physicochemical properties on swelling/deswelling kinetics and pulsatile drug release from thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) hydrogels. J. Controll. Release. 98 (1), 97-114 (2004).
  18. Bergbreiter, D. E., Case, B. L., Liu, Y. S., Caraway, J. W. Poly(N-isopropylacrylamide) soluble polymer supports in catalysis and synthesis. Macromolecules. 31 (18), 6053-6062 (1998).
  19. Lapeyre, V., Gosse, I., Chevreux, S., Ravaine, V. Monodispersed glucose-responsive microgels operating at physiological salinity. Biomacromolecules. 7 (12), 3356-3363 (2006).
  20. Hoare, T., Pelton, R. Engineering glucose swelling responses in poly(N-isopropylacrylamide)-based microgels. Macromolecules. 40 (3), 670-678 (2007).
  21. Xu, S., Zhang, J., Paquet, C., Lin, Y., Kumacheva, E. From hybrid microgels to photonic crystals. Adv. Funct. Mater. 13 (6), 468-472 (2003).
  22. Clarke, J., Vincent, B. Stability of non-aqueous microgel dispersions in the presence of free polymer. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1. 77 (8), 1831-1843 (1981).
  23. Mears, S. J., Deng, Y., Cosgrove, T., Pelton, R. Structure of sodium dodecyl sulfate bound to a poly (NIPAM) microgel particle. Langmuir. 13 (7), 1901-1906 (1997).
  24. Shah, R. K., Kim, J. W., Agresti, J. J., Weitz, D. A., Chu, L. Y. Fabrication of monodisperse thermosensitive microgels and gel capsules in microfluidic devices. Soft Matter. 4 (12), 2303-2309 (2008).
  25. Jack, C. R., Forbes, G., Dewanjee, M. K., Brown, M. L., Earnest, F. Polyvinyl alcohol sponge for embolotherapy: particle size and morphology. Am. J. Neuroradiol. 6 (4), 595-597 (1985).
  26. Derdeyn, C. P., Moran, C. J., Cross, D. T., Dietrich, H. H., Dacey, R. G. Polyvinyl alcohol particle size and suspension characteristics. Am. J. Neuroradiol. 16 (6), 1335-1343 (1995).
  27. Han, K., et al. Effect of flow rates on generation of monodisperse clay-poly(N-isopropylacrylamide) embolic microspheres using hydrodynamic focusing microfluidic device. Jpn. J. Appl. Phys. 50 (6), 06-12 (2011).
  28. Seo, K. D., Doh, J., Kim, D. S. One-step microfluidic synthesis of Janus microhydrogels with anisotropic thermo-responsive behavior and organophilic/hydrophilic loading capability. Langmuir. 29 (49), 15137-15141 (2013).
  29. Seo, K. D., Kim, D. S. Microfluidic synthesis of thermo-responsive poly(N-isopropylacrylamide)-poly(ethylene glycol) diacrylate microhydrogels as chemo-embolic microspheres. J. Micromech. Microeng. 24 (8), 085001 (2014).
  30. Seo, K. D., Kwak, B. K., Kim, D. S., Sánchez, S. Microfluidic-assisted fabrication of flexible and location traceable organo-motor. IEEE Trans. Nanobiosci. 14 (3), 298-304 (2015).
  31. Seo, K. D., Kim, D. S., Sánchez, S. Fabrication and application of complex-shaped microparticles via microfluidics. Lab Chip. , (2015).
  32. Shah, R. K., Kim, J. W., Weitz, D. A. Janus supraparticles by induced phase separation of nanoparticles in droplets. Adv. Mater. 21 (19), 1949-1953 (2009).
  33. Lone, S., et al. Microfluidic synthesis of Janus particles by UV-directed phase separation. Chem. Commun. 47 (9), 2634-2636 (2011).
  34. Hauber, K., Drier, T., Beebe, D. PDMS bonding by means of a portable, low-cost corona system. Lab chip. 6 (12), 1548-1549 (2006).
  35. Nisisako, T., Torii, T., Takahashi, T., Takizawa, Y. Synthesis of monodisperse bicolored Janus particles with electrical anisotropy using a microfluidic co-flow system. Adv. Mater. 18 (9), 1152-1156 (2006).
  36. Seiffert, S., Romanowsky, M. B., Weitz, D. A. Janus microgels produced from functional precursor polymers. Langmuir. 26 (18), 14842-14847 (2010).
  37. Peppas, N. A., Hilt, J. Z., Khademhosseini, A., Langer, R. Hydrogels in biology and medicine: from molecular principles to bionanotechnology. Adv. Mater. 18 (11), 1345-1360 (2006).

Tags

כימיה גיליון 108 חלקיקים יאנסו הידרוג'ל מיקרופלואידיקה פולי ( שלב ניתוק רווי איזוטרופי-היענות תרמו יכולת העמסה organophilic / הידרופילי
סינתזה של פולי (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) יאנוס Microhydrogels בשל חוסר תגובה Thermo אניזוטרופי ו Organophilic / טוען הידרופיליות יכולת
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Seo, K. D., Choi, A., Doh, J., Kim,… More

Seo, K. D., Choi, A., Doh, J., Kim, D. S. Synthesis of Poly(N-isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability. J. Vis. Exp. (108), e52813, doi:10.3791/52813 (2016).

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