Waiting
Login processing...

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

Chemistry

पाली के संश्लेषण ( 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

1. Hydrodynamic केंद्रित Microfluidic डिवाइस (HFMD) Photolithography के माध्यम से करने के लिए एक मास्टर आचारण का निर्माण

  1. HFMD (चित्रा 1 ए) निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार कंप्यूटर की मदद से डिजाइन (सीएडी) सॉफ्टवेयर का उपयोग कर के लिए एक photomask डिजाइन।
  2. एसीटोन, isopropyl शराब (आईपीए), और विआयनीकृत (डीआई) पानी के साथ एक 4 'सिलिकॉन वेफर कुल्ला वेफर से कार्बनिक और अकार्बनिक धूल हटाने के लिए।
  3. 5 मिनट के लिए बिजली की 100 डब्ल्यू पर हे 2 प्लाज्मा के साथ सिलिकॉन वेफर साफ वेफर और SU-8 के बीच संबंध ताकत बढ़ाने के लिए।
  4. स्पिन कोट नकारात्मक photoresist के 4 मिलीलीटर, SU-8 2,150, वेफर पर 30 सेकंड के लिए 3000 rpm पर 150 माइक्रोन (चित्रा 1 बी में बी 1) की मोटाई के लक्ष्य को हासिल करने के लिए।
  5. एक hotplate पर SU-8 लेपित वेफर 65 डिग्री सेल्सियस पर 5 मिनट के लिए रखें, 95 डिग्री सेल्सियस तक तापमान सेट, और फिर नरम सेंकना करने के लिए 30 मिनट के लिए hotplate पर वेफर छोड़ दें।
  6. इसे रखोवेफर भर में डिजाइन किया गया photomask और एक मुखौटा aligner में पराबैंगनी प्रकाश (260 सेमी एमजे -2, 10 मेगावाट सेमी -2 के लिए 26 सेकंड) को बेनकाब (चित्रा बी 2 में 1 बी)।
  7. बाद जोखिम एक hotplate (5 मिनट के लिए 65 डिग्री सेल्सियस और 12 मिनट के लिए और फिर 95 डिग्री सेल्सियस) पर पाक के प्रदर्शन करना।
  8. 10 मिनट के लिए एक सु-8 डेवलपर स्नान में विसर्जन के द्वारा वेफर का विकास करना, और फिर एक साफ सतह प्राप्त करने के लिए 5 सेकंड के लिए ताजा डेवलपर में हस्तांतरण।
  9. (चित्रा बी 3 में 1 बी) डि पानी के साथ 20 सेकंड के लिए वेफर कुल्ला और एन 2 गैस के 10 सेकंड के लिए सूखी। धारा 2 में polydimethylsiloxane (PDMS) कास्टिंग के लिए एक मास्टर के रूप में ढालना गढ़े वेफर का प्रयोग करें।

PDMS कास्टिंग के माध्यम से HFMD का निर्माण 2.

  1. PDMS ढलाई के लिए मास्टर मोल्ड के रूप में धारा 1 में प्राप्त नमूनों वेफर का प्रयोग करें।
  2. PDMS पूर्व बहुलक और 10 के एक वजन के अनुपात में एक ही ढंग से इलाज एजेंट मिक्स: 1; उदाहरण के लिए, PDMS पूर्व polym के 10 ग्राम के लिए इलाज एजेंट की 1 ग्राम का उपयोगइंजी।
  3. मास्टर मोल्ड में पूर्व बहुलक PDMS डालो और यह (चित्रा 1 बी में बी 4) एक निर्वात चैम्बर में 1 घंटे के लिए देगास।
  4. 3 घंटे के लिए 65 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में पूर्व बहुलक PDMS के साथ मास्टर ढालना रखें।
  5. एक चिप एक तेज छुरी का उपयोग कर के आकार में ठीक PDMS कट। ध्यान से हाथ से मास्टर आचारण से ठीक PDMS प्रतिकृति दूर छील।
  6. दोहराएँ 2.2-2.5 कदम एक समान PDMS प्रतिकृति प्राप्त करने के लिए।
  7. इनलेट पंच और जोड़ने ट्यूबिंग के बाहरी व्यास की तुलना में थोड़ा छोटे व्यास के साथ एक छेद छेदने का उपयोग करते हुए प्रतिकृतियां में से एक में छेद आउटलेट।
  8. एक प्रभामंडल treater का उपयोग कर प्रत्येक प्रतिकृति के संबंध क्षेत्र के लिए हवा प्लाज्मा उपचार लागू करें। 34
    सावधानी: अच्छा वेंटिलेशन के साथ एक क्षेत्र में प्रभामंडल treater का प्रयोग ओजोन निर्माण से बचने के लिए।
  9. हवा प्लाज्मा का इलाज क्षेत्रों पर मेथनॉल के 5 μl गिरा। पतले हाथ manipu द्वारा HFMD के निर्माण के लिए दो समान PDMS प्रतिकृतियां संरेखित आबादी, और एक माइक्रोस्कोप (चित्रा 1 बी में बी 5) के माध्यम से संरेखण की जाँच करें।
    नोट: हवा प्लाज्मा का इलाज PDMS प्रतिकृतियां काफी चिपचिपा और हेरफेर करने के लिए मुश्किल हो जाता है। इस प्रकार, मेथनॉल के 5 μl हवा प्लाज्मा का इलाज सतह के लिए जोड़ा जाता है एक स्नेहक के रूप में कार्य करने के लिए।
  10. (चित्रा 1 बी में बी -6) दो PDMS प्रतिकृतियां के बीच बंधन को मजबूत करने के लिए एक ओवन 65 डिग्री सेल्सियस रात भर के लिए सेट में HFMD रखें। बॉन्ड दो समान PDMS प्रतिकृतियां HFMD के microchannel की ऊंचाई बढ़ाने के लिए और ऑपरेशन के दौरान microfluidic चैनल में microdroplets के clogging से बचने के लिए।

आकृति 1
चित्रा 1: HFMD निर्माण प्रक्रिया का अवलोकन HFMD के लिए photomask (क) के डिजाइन मानकों।। (ख) HFMD के लिए निर्माण प्रक्रिया का चित्रण।ftp_upload / 52,813 / 52813fig1large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

3. NIPAAm-अमीर की तैयारी (एन-अमीर) और NIPAAm-गरीब (एन-गरीब) supersaturated NIPAAm के चरण जुदाई से चरण

  1. एक भंवर मिक्सर का उपयोग कर 1;: 1 के ओ / डब्ल्यू अनुपात में डि पानी में NIPAAm मोनोमर भंग उदाहरण के लिए, डि पानी की 10 मिलीलीटर में NIPAAm के 10 ग्राम (चित्रा 2A की पहली छवि) भंग।
    नोट: एक बार NIPAAm मोनोमर पूरी तरह से कमरे के तापमान पर भंग कर रहा है, समाधान पंकिल (चित्रा 2A की दूसरी छवि) प्रकट होता है। यह घटना पहली क्यू कि घुलनशीलता प्रेरित supersaturated NIPAAm मोनोमर के चरण जुदाई सफलतापूर्वक हुई है।
  2. मोनोमर समाधान कम से कम 15 मिनट के लिए कमरे के तापमान पर एक ऊर्ध्वाधर स्थिति में आराम करने के लिए अनुमति दें। शीर्ष चरण एन अमीर चरण है, और सघन नीचे चरण एन-गरीब चरण (चित्रा 2A के तीसरे छवि) है। वें के घनत्वई एन अमीर और गरीब के चरण-एन 0.93 ± 0.01 और 0.99 ± 0.01 सेमी जी -3, क्रमशः रहे हैं। 15
  3. इंटरफेस दो चरणों को अलग स्पष्ट हो जाता है, ध्यान से एक पिपेट का उपयोग करके इस इंटरफेस के बिना परेशान एन अमीर और एन गरीब चरणों से मोनोमर समाधान के 2 मिलीलीटर निकाल सकते हैं।
  4. एन के 4 मिलीग्राम जोड़ें, एक crosslinker के रूप में एन '-methylenebisacrylamide (MBAAm) और 4 (2-hydroxyethoxy) phenyl- 4 मिलीग्राम (2-हाइड्रोक्सी-2-propyl) निकाले एन अमीर और एन करने के लिए एक photoinitiator के रूप में कीटोन गरीब मोनोमर समाधान कोर तरल पदार्थ 1 और 2 कम crosslinker एकाग्रता के लिए (2 मिलीग्राम मिलीलीटर -1) नमूना (बी 1 और बी 2 चित्रा 2 बी में) तैयार करने के लिए।
  5. पिछले चरण दोहराएँ 3.3 और कोर तरल पदार्थ तैयार करने के लिए निकाले एन अमीर और एन गरीब मोनोमर समाधान में से प्रत्येक में MBAAm के 80 मिलीग्राम और 4- (2-hydroxyethoxy) phenyl- (2-हाइड्रोक्सी-2-propyl) कीटोन 4 मिलीग्राम जोड़ने 1 और उच्च crosslinker एकाग्रता के लिए 2 (40 मिलीग्राम मिलीलीटर -1) नमूना (बी 3 और छवि में बी 4Ure 2 बी)।
  6. म्यान द्रव (चित्रा 2 बी में बी 5) तैयार करने के लिए खनिज तेल में तेल surfactant के 10 भार% भंग।

चित्र 2
चित्रा 2:। जानूस Microhydrogel संश्लेषण के लिए सामग्री तैयार करना (क) supersaturated NIPAAm के चरण जुदाई के माध्यम से एन-अमीर और एन गरीब मोनोमर समाधान की तैयारी। (ख) सामग्री और प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल में इस्तेमाल किया सेटअप का विवरण। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

4. जानूस Microhydrogels के संश्लेषण का उपयोग HFMD

  1. लोड कोर तरल पदार्थ के 2 मिलीलीटर 1 और 2 (बी 1, बी 2 या बी 3, बी 4 में वाई-फ़ाई आंकड़ा 2 बी) और म्यान द्रव तीन अलग-अलग 3 मिलीलीटर सीरिंज में (चित्रा 2 बी में बी 5)। सिरिंज पंप में सीरिंज माउंट और ट्यूबिंग (चित्रा का उपयोग कर (ख)। एक संग्रह जलाशय में HFMD के तरल पदार्थ के आउटलेट से कनेक्ट करने के लिए ट्यूबिंग का प्रयोग HFMD की उचित तरल पदार्थ प्रवेश करने के लिए प्रत्येक सिरिंज कनेक्ट।
  2. क्रमशः सिरिंज पंप सेट और 2, 2, और 10 μl मिनट -1 के प्रवाह दरों पर कोर तरल पदार्थ 1 और 2 और म्यान तरल पदार्थ दिखे।
  3. (वैकल्पिक) धुन कोर तरल पदार्थ 1 और 2 के प्रवाह की दर जानूस microdroplet के प्रत्येक पक्ष के रिश्तेदार मात्रा अनुपात को समायोजित करने के लिए।
  4. यूवी प्रकाश स्रोत की स्थिति लंबरूप बारे में 1 सेमी संग्रह जलाशय से दूर। यूवी प्रकाश स्रोत पर स्विच और नेत्रहीन जानूस microhydrogels के निरंतर उत्पादन की निगरानी।
    सावधानी: उपयोग यूवी सुरक्षात्मक काले चश्मे-जब microhydrogel उत्पादन की निगरानी।
  5. एक शंक्वाकार ट्यूब में गढ़े जानूस microhydrogels लीजिए और आईपीए का उपयोग कर उन्हें धो लें। फिर, शंक्वाकार ट्यूब (5 मिनट के लिए 780 छ) व्यवस्थित करने के लिए अपकेंद्रित्रmicrohydrogels।
  6. दोहराएँ 4.6 कदम कई बार जानूस microhydrogels पूरी तरह से आसपास के खनिज तेल निकालने के लिए।
  7. दोहराएँ 4.6 कदम लेकिन 0.005% की एक पानी की सतह के साथ प्रयोग के डि पानी (वी / वी) आईपीए के बजाय आसपास जानूस microhydrogels बचे हुए आईपीए हटा दें।
  8. एक 10 मिलीलीटर शीशी युक्त डि पानी में स्टोर पूरी तरह से धोया जानूस microhydrogels।

5. जानूस Microhydrogels की एनिस्ट्रोपिक थर्मो-जवाबदेही का विश्लेषण

  1. 24 अच्छी तरह से थाली में जानूस microhydrogels धारा 4 से संश्लेषित जगह के लिए एक पिपेट का प्रयोग करें। microhydrogels 15 सेकंड के लिए व्यवस्थित करने के लिए जब तक एक monolayer अच्छी तरह से नीचे की सतह पर गठित की अनुमति है।
  2. एक 5X उद्देश्य लेंस के साथ एक ईमानदार ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग कर 24 डिग्री सेल्सियस पर जानूस microhydrogel की एक छवि प्राप्त करते हैं।
  3. अच्छी तरह से थाली के तहत एक thermoelectric मॉड्यूल सेट और इस मॉड्यूल का वोल्टेज नियंत्रण समाधान जानूस सूक्ष्म युक्त के तापमान में वृद्धि करने के लिए32 डिग्री सेल्सियस के लिए हाइड्रोजेल।
  4. 32 डिग्री सेल्सियस एक बार फिर एक 5X उद्देश्य लेंस के साथ एक ईमानदार ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करके जानूस microhydrogel की एक छवि प्राप्त करते हैं।
  5. दोहराएँ कदम 5.2-5.4 24-गुना, देखभाल करने के सांख्यिकीय विश्लेषण के लिए एक अलग जानूस microhydrogel चुनने के लिए।
  6. 24 और 32 डिग्री सेल्सियस पर अलग जानूस microhydrogels का 25 छवियों से, निर्माता के निर्देशों के अनुसार छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग कर जानूस microhydrogels की पी.एन.-अमीर और गरीब पी.एन.-भागों की त्रिज्या को मापने।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

चित्रा 3 ए प्रयोगात्मक HFMD के माध्यम से जानूस microhydrogels के संश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया सेटअप का एक योजनाबद्ध प्रस्तुत करता है। एन-अमीर और गरीब के चरण-एन ठीक कोर तरल पदार्थ 1 और 2 के रूप में HFMD में इंजेक्ट किया गया और फिर विलय कर दिया और जानूस microdroplets में रेले केशिका अस्थिरता की वजह से खनिज तेल की म्यान तरल पदार्थ से छिद्र पर टूट। नतीजतन, एन-अमीर और गरीब के चरण-एन की रचना जानूस microdroplets सफलतापूर्वक के रूप में चित्रा 3 बी में दिखाया गया उत्पन्न किया गया। microdroplets का व्यास कम से कम 2% की भिन्नता (सीवी) के गुणांक के साथ 190 माइक्रोन था। के बाद से दोनों चरणों स्थिरतापूर्वक अलग हो रहे हैं जानूस microdroplets का स्पष्ट रूप से बंटे आंतरिक आकृति विज्ञान मनाया गया। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रत्येक चरण में अन्य अमिश्रणीय है और चरणों के बीच प्रसार लगभग नगण्य है। एक microdroplet अंदर एन अमीर और गरीब के चरण-एन की मात्रा के अनुपात C थासिरिंज पंप के माध्यम से प्रत्येक मोनोमर समाधान के प्रवाह की दर में फेरबदल के रूप में चित्रा -3 सी में दिखाया द्वारा ontrolled। photoinitiator एन अमीर और एन गरीब मोनोमर समाधान में जोड़ा तो यूवी प्रकाश के संपर्क द्वारा शुरू किया गया है, जिससे पी.एन.-अमीर और पी.एन.-गरीब क्रमश: एन-अमीर और गरीब के चरण-एन के polymerization उत्प्रेरण।

चित्र तीन
चित्रा 3: HFMD का उपयोग कर जानूस Microdroplets की पीढ़ी जानूस microdroplets पैदा करने के लिए HFMD (क) के योजनाबद्ध आरेख।। (ख) जानूस एन अमीर और गरीब के चरण-एन की रचना microdroplets के ऑप्टिकल माइक्रोग्राफ। (ग) जानूस microdroplets एन अमीर और गरीब के चरण-एन के विभिन्न मात्रा अनुपात के साथ प्राप्त (1: 3, 1: 1, 3: 1)। एक बड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करेंयह आंकड़ा का संस्करण।


चित्रा 4 जानूस microhydrogel की पी.एन.-अमीर और गरीब पी.एन.-भागों के बीच NIPAAm मोनोमर एकाग्रता में मतभेद की वजह से microhydrogels की anisotropic थर्मस-संवेदनशील व्यवहार को दर्शाया गया है। 2 और 40 मिलीग्राम मिलीलीटर -1 के विभिन्न crosslinker सांद्रता के साथ जानूस microhydrogels परिणामी हाइड्रोजेल के थर्मो-संवेदनशील व्यवहार पर crosslinker एकाग्रता के प्रभाव की जांच करने के लिए गढ़े गए थे। के रूप में चित्रा 4 में दिखाया गया है, crosslinker एकाग्रता में वृद्धि के ऊपर और नीचे LCST microhydrogels की प्रतिवर्ती मात्रा परिवर्तन में कम हो जाती है में हुई।

चित्रा 4
चित्रा 4: जानूस Microhydrogels का तापमान प्रतिक्रिया के जवाब में जानूस microhydrogels में एनिस्ट्रोपिक मात्रा में परिवर्तन।तापमान परिवर्तन पी.एन.-अमीर और गरीब पी.एन.-भागों के बीच NIPAAm मोनोमर एकाग्रता में मतभेद से प्रेरित कर रहे थे। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।


24 डिग्री सेल्सियस के तेल में 24 डिग्री सेल्सियस, पानी में, और पानी में 32 डिग्री सेल्सियस: चित्रा 5 ए योजनाबद्ध चित्र और पर्यावरण और तापमान परिवर्तन के जवाब में जानूस microdroplets / microhydrogels के ऑप्टिकल micrographs से पता चलता है। थर्मो-जवाबदेही यों, हम के रूप में चित्रा 5 ब में दिखाया गया है, जानूस microdroplets / microhydrogels की त्रिज्या मापा। चित्रा 5 ब में त्रुटि बार 25 जानूस microhydrogels में मापा त्रिज्या के मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करता है। जानूस microhydrogels के प्रत्येक भाग की त्रिज्या छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग कर कब्जा कर लिया छवियों से निर्धारित किया गया था। मोनोमर छोटी बूंद राज्य में(चित्रा 5 ए और चित्रा 5 ब में A1), एन अमीर और गरीब के चरण-एन की त्रिज्या लगभग समान थी। जानूस microhydrogels की पी.एन.-अमीर और गरीब पी.एन.-भागों के बीच के दायरे में एक मामूली अंतर polymerization (चित्रा 5 ए और बी में चित्रा A2) एन-गरीब चरण में कम NIPAAm मोनोमर एकाग्रता है कि में के साथ तुलना करने के कारण के बाद मनाया गया एन-अमीर चरण। जानूस microhydrogels दोनों पी.एन.-अमीर और पी.एन.-गरीब भागों कमरे के तापमान पर डि पानी में पूरी तरह से सूज गए थे। सूजन चरण में, पी.एन.-अमीर भाग की सूजन पी.एन.-गरीब हिस्से की तुलना में अधिक था; तदनुसार, बर्फ से आदमी के आकार का जानूस microhydrogels (चित्रा 5 ए और बी में चित्रा ए 3) प्राप्त किया गया। दिलचस्प बात यह है 32 डिग्री सेल्सियस पर सिकुड़ के बाद microhydrogels की त्रिज्या (चित्रा 5 ए और चित्रा 5 ब में ए 4) HFMD में उत्पन्न microdroplets की त्रिज्या के समान था।


चित्रा 5:। एनिस्ट्रोपिक थर्मो-जवाबदेही के साथ जानूस Microhydrogels (ए) योजनाबद्ध चित्र और जानूस microdroplets / microhydrogels के ऑप्टिकल micrographs (स्केल सलाखों 100 माइक्रोन) कर रहे हैं। (ख) पर्यावरण और तापमान परिवर्तन के जवाब में जानूस microdroplets / microhydrogels की त्रिज्या परिवर्तन: 24 डिग्री सेल्सियस के तेल में, पानी में 32 डिग्री सेल्सियस पानी में 24 डिग्री सेल्सियस, और। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।


चित्रा 6A एन अमीर और एन गरीब मोनोमर समाधान के विघटन के गुणों से पता चलता। वसा में घुलनशील डाई (तेल लाल हे और तेल नीले एन) और पानी में घुलनशील डाई (पीले और हरे रंग भोजन ध्वज) दृढ़ता से एन-रिक में भंग करने के लिए पसंद करते हैंएच और एन-गरीब मोनोमर समाधान, क्रमशः। इन विघटन विशेषताओं के आधार पर, जानूस NIPAAm मोनोमर पार मिश्रण के बिना वसा और पानी में घुलनशील रंगों से युक्त microdroplets प्रस्तावित प्रोटोकॉल का उपयोग करके उत्पन्न किया गया। तेल लाल हे और हरे रंग की डाई क्रमशः भोजन के रूप में चित्रा 6B में दिखाया गया है, प्रतिनिधि organophilic और हाइड्रोफिलिक सामग्री के रूप में चयन किया गया था। यूवी polymerization के बाद, जानूस दोनों रंगों से युक्त microhydrogels सफलतापूर्वक संश्लेषित थे, चित्रा 6C में दिखाया गया है। इन परिणामों से पता चलता है कि जानूस microhydrogel organophilic / हाइड्रोफिलिक दोहरी सामग्री वाहक के रूप में लागू किया जा सकता है।

चित्रा 6
चित्रा 6: organophilic साथ जानूस Microhydrogels / हाइड्रोफिलिक लोड हो रहा है क्षमता (एक) एन-अमीर और एन गरीब मोनोमर समाधान के विघटन गुण।। वसा और पानी में घुलनशील रंगों जोरदार preferrएड एन अमीर और एन गरीब मोनोमर समाधान में भंग करने के लिए, क्रमशः। (ख) पार मिश्रण के बिना वसा और पानी में घुलनशील रंगों से युक्त जानूस microdroplets की पीढ़ी। (ग) Polymerized जानूस वसा और पानी में घुलनशील रंगों से युक्त microhydrogels। यहां यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

दो अमिश्रणीय आधार सामग्री आम तौर पर जानूस microhydrogels के संश्लेषण के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। अभी हाल तक, उसी आधार सामग्री से मिलकर जानूस microhydrogels शायद ही कभी सूचित किया गया है और बताया जानूस microhydrogels घटक सामग्री के miscibility के कारण अशांति के कारण एक स्पष्ट आंतरिक आकृति विज्ञान नहीं था। 35, 36 इस प्रोटोकॉल में, हम एक विधि का प्रदर्शन , एकल आधार सामग्री, PNIPAAm की पूरी तरह से बना एक स्पष्ट रूप से बंटे संरचना के साथ जानूस microhydrogels के संश्लेषण के लिए।

जानूस microhydrogels के संश्लेषण के लिए एक महत्वपूर्ण कदम के रूप में, हम supersaturated NIPAAm मोनोमर समाधान के चरण जुदाई घटना की शुरुआत की। एन-अमीर और एन गरीब चरण चरण जुदाई घटना से एकत्र समाधान अमिश्रणीय हैं और एन अमीर और एन गरीब चरण के बीच अशांति लगभग नगण्य है। जानूस microdroplets में एन-अमीर और गरीब के चरण-एन के इस immiscibility एमए थाHFMD में intained और जानूस microhydrogels की आकृति विज्ञान polymerization के बाद भी संरक्षित किया गया था।

हम क्योंकि प्रोटोकॉल प्रति घंटे 10 5 जानूस microhydrogels की दर के साथ monodisperse जानूस microhydrogels की सतही उत्पादन में सक्षम बनाता जानूस microhydrogels के संश्लेषण के लिए एक विधि के रूप HFMD लागू होता है। इस काम में नए डिजाइन HFMD ठीक से एक सौ micrometers के आदेश के भीतर आकार के साथ जानूस microhydrogels के उत्पादन के लिए निर्मित किया गया था; HFMD के भविष्य के डिजाइन एक छोटे आकार के जानूस microhydrogels उत्पादन करने में सक्षम हो सकता है।

जानूस microhydrogels के आगे के अध्ययन के लिए दो अलग विशेषताओं एन अमीर और गरीब एन-अलग चरणों में NIPAAm सांद्रता से होने का पता चला। सबसे पहले, जानूस अलग NIPAAm सांद्रता से बना microhydrogels तापमान विचरण के जवाब में anisotropic थर्मामीटरों उत्तरदायी व्यवहार का प्रदर्शन किया। crosslinker अनुपात करने के लिए अच्छी तरह से मोनोमर सख्त करने के लिए जाना जाता हैctly एन अमीर चरण में एक हाइड्रोजेल की सूजन के स्तर NIPAAm अणुओं की राशि को प्रभावित 37 आम तौर पर ज्यादा है कि एन-गरीब चरण की तुलना में अधिक है। इस प्रकार, मोनोमर एन अमीर चरण में अनुपात crosslinker के एक समान एकाग्रता दोनों चरणों के लिए प्रयोग किया जाता है जब कि एन-गरीब चरण में अधिक से अधिक है crosslinker करने के लिए। नतीजतन, जानूस हाइड्रोजेल की पी.एन.-अमीर हिस्सा एक बड़ी मात्रा में परिवर्तन तापमान परिवर्तन के जवाब में पी.एन.-गरीब भाग के साथ तुलना में आए। दूसरा, जानूस microhydrogels पार मिश्रण के बिना organophilic / हाइड्रोफिलिक लोडिंग क्षमता का प्रदर्शन किया। वसा में घुलनशील डाई एन युक्त मोनोमर समाधान में अच्छी तरह से भंग कर दिया गया है, जबकि पानी में घुलनशील डाई एन-गरीब मोनोमर समाधान में अच्छी तरह से भंग कर दिया गया। एन-अमीर और एन गरीब मोनोमर समाधान की विषम विघटन गुण मुफ्त पानी प्रत्येक मोनोमर समाधान में NIPAAm अणुओं के साथ बातचीत के बाद छोड़ दिया अणुओं की उपलब्धता में मतभेद से निकाली गई है। क्योंकि यह possएन-अमीर मोनोमर समाधान की तुलना में बचे हुए मुक्त पानी के अणुओं का एक तुलनात्मक अधिक संख्या में esses, एन-गरीब मोनोमर समाधान आसानी से पानी में घुलनशील डाई भीतर हाइड्रोफिलिक ध्रुवीय अणुओं को भंग कर सकते हैं। इसके विपरीत, पानी में घुलनशील डाई एन युक्त मोनोमर समाधान है, जो केवल कुछ मुफ्त पानी के अणुओं के साथ बातचीत कर सकते हैं में गरीब घुलनशीलता प्रदर्शन किया। नतीजतन, एन-अमीर और एन गरीब मोनोमर समाधान विपरीत परिणाम जब वसा में घुलनशील डाई के साथ मिश्रित दिखाया। संश्लेषित जानूस microhydrogels पार मिश्रण के बिना एक बंटे आंतरिक आकृति विज्ञान के साथ organophilic / हाइड्रोफिलिक दोहरी सामग्री वाहक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

भविष्य के आवेदन

जानूस microhydrogels के उपन्यास विशेषताओं कार्यात्मक microparticles को विकसित करने और कई दवा encapsulation प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। हम मानते हैं कि supersaturated NIPAAm के चरण जुदाई के आधार पर इन जानूस microhydrogels के लिए सिंथेटिक प्रोटोकॉल एक उपन्यास मटेरिया का परिचयबहुआयामी जानूस microhydrogels के उन्नत संश्लेषण के लिए क्षमता के साथ मंच एल।

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

रसायन विज्ञान अंक 108 जानूस कण हाइड्रोजेल microfluidics पाली ( Supersaturated के चरण जुदाई Anisotropic थर्मामीटरों जवाबदेही organophilic / हाइड्रोफिलिक लोडिंग क्षमता
पाली के संश्लेषण (<em&gt; एन</em&gt; -isopropylacrylamide) एनिस्ट्रोपिक थर्मो-जवाबदेही और organophilic / हाइड्रोफिलिक लोड हो रहा है क्षमता के लिए जानूस Microhydrogels
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