Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

בודה חומרים פולימריים עבור יישומים ביו-הידרופובי

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

Abstract

חומרים-הידרופובי, עם משטחים בעלי מדינות רטובות שאינן קבועות או metastable, הם עניין למספר היישומים ביו-רפואיים ותעשייתיים. כאן אנו מתארים כיצד electrospinning או electrospraying תערובת פולימר המכילה פוליאסטר מתכלה, ביולוגית אליפטי (למשל, polycaprolactone ופולי (שיתוף -glycolide lactide-)), כמרכיב המרכזי, מסומם עם קופולימר הידרופובי מורכב מפוליאסטר וstearate- פולי שונה (קרבונט גליצרול) מקנה ביולוגי-הידרופובי. טכניקות הייצור של electrospinning או electrospraying לספק חספוס פני השטח המשופר ונקבובי ובבתוך הסיבים או החלקיקים, בהתאמה. השימוש בdopant קופולימר אנרגיית משטח נמוך שמשתלב עם פוליאסטר ויכולים להיות electrospun או electrosprayed יציבות מקנה חומרי הידרופובי אלה. פרמטרים חשובים כגון גודל סיבים, הרכב dopant קופולימר ו / או שיתוףncentration, וההשפעות שלהם על יכולת רטיבות הם דנו. זה שילוב של כימיה של פולימרים והנדסת תהליך מאפשר גישה תכליתית לפתח חומרים ספציפיים ליישום תוך שימוש בטכניקות להרחבה, אשר עשויה להכליל לכיתה רחבה יותר של פולימרים עבור מגוון רחב של יישומים.

Introduction

משטחי הידרופובי בדרך כלל מסווגים כמציגים קשר ברור מים זוויות גדולות מ -150 מעלות עם hysteresis זווית מגע נמוך. משטחים אלה מיוצרים על ידי החדרת חספוס פני השטח גבוה על חומרי אנרגיית משטח נמוכים להקמת ממשק אוויר נוזלי מוצקה וכתוצאה מכך שמתנגד הרטבת 1-6. בהתאם לשיטת הייצור, משטחים דקים או רב שכבתיים סופר-הידרופובי, ציפויי מצע הידרופובי רב שכבתיים, או מבנים-הידרופובי אפילו בתפזורת יכולה להיות מוכן. דחיית מים קבועים או חצי קבוע זה רכוש שימושי שמועסק להכין משטחי ניקוי עצמי 7, מכשירי microfluidic 8, אנטי עכירות משטחי תא / חלבון 9,10, משטחי הפחתת גרירת 11, ומכשירי משלוח הסמים 12 15. לאחרונה, חומרים-הידרופובי גירויים מגיבים מתוארים בי שאינם רטוב למדינה רטובה מופעל על ידי כימי, פיזי, או רמזים סביבתיים (למשל, אור, pH, טמפרטורה, אולטרסאונד, ולהחיל פוטנציאל חשמלי / הנוכחי) 14,16-20, וחומרים אלה מוצאים שימוש ליישומים נוספים 21-25.

משטחי הידרופובי סינטטיים הראשונים שהוכנו על ידי טיפול במשטחי חומר עם methyldihalogenosilanes 26, והיו בעל ערך המוגבל ליישומים ביו-רפואיים, כחומרים המשמשים לא היו מתאימים לשימוש בvivo. במסמך זה אנו מתארים את ההכנה של פני השטח וחומרי הידרופובי בתפזורת מפולימרים ביולוגית. הגישה שלנו כרוכה electrospinning או electrospraying תערובת פולימר המכילה פוליאסטר מתכלה, ביולוגית אליפטי כמרכיב העיקרי, מסומם עם קופולימר הידרופובי מורכב מפוליאסטר ופולי (קרבונט גליצרול)-שונה stearate 27-30. טכניקות הייצור לספק את חספוס פני השטח המשופר ונקבובי ובבתוך FibeRS או החלקיקים, בהתאמה, בעוד שהשימוש בdopant קופולימר מספק פולימר אנרגיית משטח נמוך שמשתלב עם פוליאסטר ויכולים להיות electrospun או electrosprayed 27,31,32 ביציבות.

פוליאסטר aliphatic מתכלה כגון פולי (חומצה לקטית) (PLA), פולי (חומצה גליקולית) (PGA), פולי (חומצה לקטית -glycolic שיתוף דיאלקטרי) (PLGA), וpolycaprolactone (PCL) הם פולימרים המשמשים במכשירים שאושרו-קליני ובולט במחקר ביו-רפואי בגלל חומרים שאינם רעיל, פריקות ביולוגית, והקלה של סינתזה 33. PGA וPLGA לראשונה במרפאת כתפרי bioresorbable בשנתי ה -1960 ו -1970 המוקדמות, בהתאמה 34-37. מאז, פולי אלה (חומצות הידרוקסיות) עובדו למגוון רחב של גורמי צורה ספציפי ליישום אחרים, כגון מיקרו 38,39 וחלקיקי 40,41, הוופלים / דיסקים 42, משתלב 27,43, קצף 44, ו סרטים 45

פוליאסטר אליפטי, כמו גם פולימרים אחרים בעלי עניין ביו-רפואי, ניתן electrospun לייצר מבני ננו או רשת מיקרופייבר בעל שטח פנים גבוה ונקבובי, כמו גם חוזק מתיחה. טבלה 1 רשימות electrospun הפולימרים סינטטיים עבור יישומים ביו-רפואיים שונים ו המקבילים אזכור. Electrospinning וelectrospraying טכניקות מהירות ומסחרית-ניתן להרחבה. שתי טכניקות דומות אלה מסתמכות על יישום מתח גבוה (דחייה אלקטרוסטטית) כדי להתגבר על המתח של פתרון פולימר משטח / להמס בהתקנת משאבת מזרק כפי שהוא מכוון ליעד מעוגן 46,47. כאשר טכניקה זו משמשת בשילוב עם פולימרים אנרגיית פני השטח נמוכים (פולימרים הידרופובי כגון פולי (monostearate -glycerol שיתוף caprolactone-)), בסופר-הידרופוביות תערוכת חומרים שהתקבלו.

כדי להמחיש גישת עיבוד זה בכלל סינטטי וחומריםלבניית חומרי הידרופובי מפולימרים ביו-רפואיים, אנו מתארים את הסינתזה של polycaprolactone- הידרופובי ופולי (-glycolide שיתוף lactide-) חומרים מבוססי כדוגמאות מייצגות. פולי בהתאמה dopants קופולימר (monostearate -glycerol שיתוף caprolactone-) ופולי (monostearate -glycerol שיתוף lactide-) מסונתזים ראשון, ולאחר מכן מעורבב עם polycaprolactone ופולי (-glycolide שיתוף lactide-), בהתאמה, ובסופו electrospun או electrosprayed. חומרי כתוצאה מכך הם מתאפיינים בgoniometry הדמיה וזווית מגע SEM, ונבדקו במבחנה ובהתאמה הביולוגית vivo. לבסוף, הרטבה בתפזורת באמצעות משתלב הידרופובי תלת ממדים נבחנה באמצעות טומוגרפיה microcomputed חומר ניגוד.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. פולי סינתזת Functionalizable (-caprolactone שיתוף carbonate- 1,3-גליצרול) 29 ופולי (-lactide שיתוף carbonate- 1,3-גליצרול) 27,28.

  1. סינתזת מונומר.
    1. ממיסים ציס -2-פניל-1,3-5-ol dioxan (50 גרם, 0.28 mol, EQ 1.) ב500 מיליליטר tetrahydrofuran היבש (THF) ומערבבים על קרח תחת חנקן. להוסיף אשלגן הידרוקסיד (33.5 גר ', 0.84 mol, 3 EQ.), דק כתושים עם מכתש ועלי. הנח בקבוק באמבט קרח.
    2. להוסיף 49.6 מיליליטר נזיל ברומיד (71.32 גר ', 0.42 mol, 1.5 EQ.) ירידה מבחינת עם ערבוב על קרח. אפשר התגובה לחמם לטמפרטורת חדר עם ערבוב במשך 24 שעות, תחת חנקן.
    3. להוסיף 150 מיליליטר מים מזוקקים לפזר אשלגן הידרוקסיד ולהסיר את THF על ידי אידוי סיבובי.
    4. לחלץ את החומר שנותר עם dichloromethane 200 מיליליטר (DCM) במשפך separatory 1-L. חזור על החילוץ פעמיים.
    5. ייבש את השלב האורגני על נתרן גופרתי.
    6. מתגבשהמוצר על ידי הוספת אתנול מוחלט 600 מיליליטר לפתרון, ערבב היטב, ואחסון הלילה ב -20 ° C. המוצר יכול להיות מאוחסן ב -20 ° C במשך כמה ימים לפני ביצוע השלבים הבאים.
    7. לבודד מוצר על ידי ואקום סינון דרך משפך ביכנר ויבש בואקום גבוה. המוצר יכול להיות מאוחסן במשך כמה ימים לפני ביצוע השלבים הבאים. תשואה אופיינית לצעד זה היא ~ 80%.
    8. בבקבוק מסביב לתחתית 1-L, להשעות את המוצר שהושג בשלב 1.1.7. במתנול (300 מיליליטר). להוסיף 150 מיליליטר של 2 חומצה הידרוכלורית N. Reflux על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות.
    9. להתאדות ממס ומניח תחת ואקום גבוה למשך 24 שעות. התשואה לצעד זה היא בדרך כלל> 98%.
    10. ממיסים מוצר של 1.1.9 בTHF (650 מיליליטר) ולהעביר לבקבוק עגול תחתון-2-L. הנח בקבוק באמבט קרח ומערבבים תחת חנקן. להוסיף 22.4 מיליליטר chloroformate אתיל (25.6 גר ', 0.29 mol, 2 EQ.) לבקבוקון תחת חנקן.
    11. להוסיף 32.8 מיליליטר triethylamine (0.29 mol, 2 EQ.) לאo משפך בנוסף. מערבבים עם נפח שווה של THF. מניחים משפך בנוסף על בקבוק עגול התחתון ולשמור תחת חנקן.
    12. עם ערבוב נמרץ, לוותר בזהירות triethyamine / ירידה מבחינת תערובת THF לבקבוק העגול תחתון-על קרח. זהירות: זה הוא תגובה אקסותרמית. כדי למנוע עליית טמפרטורה מהירה, להוסיף triethylamine / פתרון THF לא מהר יותר מירידה של 1 לשנייה. לאחר הוספת הנפח המלא, לעורר התגובה ל4 שעות, מתחמם לטמפרטורת חדר, או במשך 24 שעות.
    13. לסנן את מלח hydrochloride triethylamine באמצעות משפך בוכנר. להתאדות הממס על מאייד סיבובי.
    14. להוסיף dichloromethane (200 מיליליטר) לבקבוק ולחמם בעדינות עד שהשאריות נמס. להוסיף 120 מיליליטר של אתר diethyl בעוד מתערבל. חנות ב -20 ° C במשך הלילה להתגבש המוצר.
    15. גבישי מונומר מסנן מחדש להתגבש לפני polymerizing. מוצר מונומר ניתן לאחסן אטום בטמפרטורת חדר למשך 2 שבועות או ב -206; C ללא הגבלת זמן. לאשר מוצר על ידי 1 H NMR, ספקטרומטריית מסה, וניתוח יסודי. תשואה אופיינית לשלב אחרון זה בסינתזת מונומר היא בין 40-60%.
  2. Copolymerization של D, L-lactide / ε-caprolactone עם 5-benzyloxy-1,3-dioxan-2-אחד.
    1. אמבט שמן סיליקון חום ל -140 מעלות צלזיוס.
    2. למדוד 2.1 גרם של 5-benzyloxy-1,3-dioxan-2-אחד (שהוכן ב1.1) ולהוסיף אותו לבקבוק עגול תחתון-100-מיליליטר יבש. אם copolymerizing D, -lactide L, למדוד את 5.7 גר 'ולהוסיף לבקבוק עכשיו. הוסף בר ומערבבים מגנטיים ולאטום את הבקבוק עם פקק גומי.
      1. גם למדוד 240 מ"ג (עודף) של פח ethylhexanoate (II) בבקבוק בצורת אגס קטן. פילמור זה יגרום הרכב מונומר פחמה גליצרול% 20 mol. התאם את ההמונים של מונומרים להשיג יצירות מונומר שונות.
    3. לשטוף שני צלוחיות עם חנקן בסעפת Schlenk למשך 5 דקות ומוסיפים 4.24 מיליליטר ε-caprolacטון תחת חנקן. לפנות האווירה 'צלוחיות על ידי היישום גבוה ואקום (300 mTorr) במשך 15 דקות כדי להסיר מים עקבות.
    4. הטען את האווירה 'צלוחיות עם חנקן; לחזור על מחזור זה עוד פעמיים.
    5. מערבבים טולואן 500 μl היבש עם זרז הפח תחת חנקן.
    6. מניחים את בקבוק מונומר באמבטיה שמן C ° 140 ולהוסיף זרז פעם אחת את כל המוצקים שנמסו. הנפח הכולל של תערובת זרז נמסרה צריך להיות ~ 100 μl. שמור על 140 מעלות צלזיוס במשך שעה לא יותר מ -24, ולאחר מכן לקרר את הפולימר המותך לטמפרטורת חדר. בצע את השלבים הבאים באופן מיידי, או לפחות 24 שעות מאוחר יותר.
    7. ממיסים את הפולימר בdichloromethane (50 מיליליטר) ולזרז למתנול קר (200 מיליליטר). supernatant למזוג ויבש תחת ואקום גבוה. ניתן לבצע את הפעולות הבאות באופן מיידי או בכל נקודה. פולימרים חנות במקפיא עד לשימוש נוסף. התשואה / המרת פילמור הטיפוסית היא בין 80-95%.
    8. בצע 1ניתוח H NMR כדי לקבוע את היחסים טוחנות שיתוף מונומר. ממיסים פולימר בכלורופורם deuterated (CDCl 3) ולשלב את משמרת פרוטון benzylic של מונומר פחמתי ב4.58-4.68 ppm; להשוות אזור שיא זה עם זה של שיא תילן על 2.3 עמודים לדקה (PCL) ושיא methyne על 5.2 עמודים לדקה (PLGA).
  3. שינוי פולימר: deprotection והשתלה.
    1. ממיסים פולימר (~ ז 7) ב -120 מיליליטר tetrahydrofuran (THF) בכלי הידרוגנציה בלחץ גבוה. לשקול ולהוסיף זרז פלדיום-פחמן (~ 2 g).
    2. להוסיף מימן לכלי השיט באמצעות מנגנון הידרוגנציה. Hydrogenate ב 50 psi במשך 4 שעות. זהירות: גז מימן הוא דליק מאוד. לבקש סיוע מאנשים מכירים את הנוהל הזה ותמיד לבדוק את קווי אספקה ​​לדליפות אפשריות לפני ביצוע ניסוי זה.
    3. לסנן את זרז פלדיום-פחמן באמצעות מיטה ארוזה של כדור ארץ diatomaceous. לרכז את הפולימר ל~ 50 מיליליטר תחת אידוי וpreci סיבובייםpitate למתנול הקר. זהירות: חלקיקי פלדיום יבשים באופן ספונטני יכולים להצית. שמור מגבת רטובה סמוך במקרה של התלקחות לחונק את הלהבות. מוסיף מים לעוגת סינון פלדיום / פחמן כדי לשמור אותו בכבדות וכדי למנוע ההצתה שלה. לבקש סיוע מאנשים מכירים את ההליך הזה.
    4. למזוג supernatant ויבש תחת ואקום גבוה. לאשר המרה מוחלטת להידרוקסיל בחינם על ידי וציין את היעלמות השיא ב4.65 ppm (1 H NMR בCDCl 3). ניתן להשתמש בפולימרים אלו באופן מיידי או לשמור לשימוש מאוחר יותר. תשואות לצעד זה הן> 90%.
    5. ממיסים את הפולימר וחומצה סטארית (1.5 EQ.) ב500 מיליליטר dichloromethane היבשה (DCM). להוסיף N, N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC, 2.0 EQ.) ו -3 פתיתים של 4 dimethylaminopyridine. מערבבים תחת חנקן בטמפרטורת חדר למשך 24 שעות.
    6. הסר N מסיס, N'-dicyclohexylcarbourea באמצעות סדרה של filtrations וריכוזים חוזרים ונשנים. בסוף, להתרכזפתרון ל -50 מיליליטר.
    7. לזרז פולימר למתנול קר (~ 175 מיליליטר) ולמזוג supernatant. ייבש את הפולימר תחת הלילה גבוה ואקום. השימוש הבא של פולימרים אלה יכול להתבצע בכל עת, אבל לשמור פולימרים במקפיא לאחסון לטווח ארוך. התשואה לצעד זה השינוי האחרון היא בדרך כלל בין 85-90%.

2. אפיון קופולימרי מסונתז

  1. לשקול את ~ פולימר 10 מ"ג (שיא המסה בפועל) ולהוסיף למחבת אלומיניום מדגם, אז לאטום אותו באופן הרמטי. מחבת טען מדגם ומחבת פרקה (התייחסות) לקלורימטר סריקת ההפרש.
  2. תכנית רמפת טמפרטורה וקירור מחזור ("חום / מגניב / חום"): חום) 1 מ -20 ° C עד 225 ° C ב 10 מעלות צלזיוס / דקה, 2) מגניבים -75 מעלות צלזיוס ב 5 מעלות צלזיוס / דקה, 3 חום) 225 ° C ב 10 מעלות צלזיוס / דקה.
  3. לקבוע נקודת התכה (T מ '), התגבשות (<em> T ג) וטמפרטורות מעבר זכוכית (ז T), וחום של היתוך (ו ΔH) מעקבות התרמית (אם קיימים).
  4. ממיסים כל קופולימר מסונתז בTHF (1 מ"ג / מיליליטר) ולסנן דרך פילטר PTFE 0.02 מיקרומטר. להזריק את הפתרון למערכת כרומטוגרפיה חלחול ג'ל ולהשוות זמן שמירה לעומת טווח של סטנדרטים קלקר.

3. תמיסות פולימר הכנה לElectrospinning / electrospraying 27,31

  1. ממיסים פולימר (ים) ב10-40% WT בממס מתאים, כגון כלורופורם / מתנול (5: 1) לPCL או tetrahydrofuran / N, N-dimethylformamide (7: 3) לPLGA, הלילה. המסה של פולימר הנדרשת לצעד זה תהיה תלויה בממדים של הרשת הרצויה.
    הערה: לדוגמא, כדי לייצר 10 סנטימטרים X 10 סנטימטרים רשת של עובי כ -300 מיקרון, יהיה בדרך כלל יידרשו 1 גרם. ראוי לציין כי הפסד מהותיes עלול להתרחש בשלבים הבאים של פרוטוקול זה, כגון במהלך העברת פתרון למזרק (במיוחד עבור פתרונות צמיגים), ומכרכים מתים נוכחים בצינור המחבר האופציונלי ודיור המחט עצמה, אשר תקטין את התשואה של תהליך electrospinning . ירידות אלה בתשואה עלולות לגרום לעד 20% אובדן של חומר, ומומלץ בהיקף של עד 1.5 פי לחזות הפסדים אלה, וגם אלה הפסדים הקשורים אופטימיזציה של פרמטרי electrospinning כאשר מנסים הליך זה בפעם הראשונה.
    1. לשלוט בגודל סיבים על ידי שינוי הכולל ריכוז הפולימר, עם סיבים גדולים יותר צפויים מתמיסות מרוכזות יותר. לשיפור צנוע של הידרופוביות, להשתמש 10% (על פי כלל מסת פולימר) dopant-הידרופובי. לחומרים מאוד הידרופובי / סופר-הידרופובי, להשתמש 30-50 dopant% ו / או להפחית סך ריכוז הפולימר (כלומר., להקטין את גודל סיבים). העבודה הבאה עם פתרונות אלה עשויים להיות perfoאשר את למחרת או בשבוע לאחר מכן אחד.
    2. לelectrospraying, להכין פתרונות בריכוזים נמוכים יותר (כלומר, 2-10%) בממס מתאים כגון כלורופורם. כמו electrospinning, לווסת גודל חלקיקים על ידי שינוי ריכוז הפולימר.
  2. פתרון פולימר מערבולת לערבב ביסודיות. לאפשר בועות אוויר גדולות להתפוגג (5 דקות).
  3. פתרון עומס לתוך מזרק זכוכית. בהתאם לצמיגות פתרון, זה יכול להיות הקל ביותר כדי להסיר את הבוכנה ויוצקים את הפתרון ישירות לתוך המזרק. חתיכת צינור אינרטי, גמיש עשויה לסייע תמרון בתוך התקנת electrospinning. הפוך את המזרק כדי לתפוס אוויר דרך ההרכבה צינור / מחט.

4. Electrospinning / תמיסות פולימר electrospraying

  1. מזרק עומס על משאבת מזרק, נפח כולל שנקבע (לדוגמא, 4.5 מיליליטר) והמחיר (לדוגמא, 5 מיליליטר / שעה) אשר בלוותר פתרון זה.
  2. מכסה את הצלחת עם האספןרדיד luminum להקל הסרת ותחבורה שלאחר מכן. אבטח את נייר הכסף עם נייר דבק לאורך השוליים החיצוניים.
  3. צרף גבוה מתח DC (HVDC) חוט אספקה ​​לקצה מחט. המרחק של קצה מחט זה לאספן הוא משתנה חשוב לשקול כי זה 1) משפיע על השדה החשמלי במתח נתון, ו- 2) משפיע על האידוי של ייבוש ממס וכתוצאה מכך של סיבים באוסף שלהם.
    1. כניסיון ראשון, להשתמש מרחק טיפ לאספן של 15 סנטימטר. זהירות: ממסים מתח גבוה ודליקים מעורבים בelectrospinning / electrospraying. לספק אוורור הולם לפליטה מחוץ, ולא לגעת במזרק / מחט או לפתוח את המארז עד בטוח לחלוטין אספקת HVDC כבויה.
  4. אם electrospinning / electrospraying שטח גדול של כיסוי, להפעיל מסתובב ותרגום תוף אספן. אחרת, המשך לשלב הבא.
  5. התחל משאבת המזרק.
  6. הפעל ולהתאים גבוה וולטמקור גיל להשיג טיילור קון מקובל. אם הפתרון בקצה המחט נפול, להגביר את המתח. אם מטוסים מרובים יוצרים, להפחית את המתח. בנוסף להתאמות אלה, ייתכן שיהיה צורך להתאים את מרחק קצה-לאספן אם סיבים / החלקיקים מופיעים רטובים או אם התאמת המתח אינו מספק לפתור טיפת גרירה בקצה המחט.
    הערה: פתרון בעיות מפורטות, לראות את תהליך electrospinning אופטימיזציה המקיף על ידי יץ ועמיתים לעבודה 47. Electrospraying בדרך כלל כרוך במתחים וריכוזים נמוכים יותר מאשר פתרון electrospinning גבוהים יותר.
  7. כבה את מקור מתח הגבוה ולאחר מכן משאבת המזרק ותוף ממונע (אם קיימים). לאפשר מתחם electrospinning להמשיך אוורור למשך 30 דקות.
  8. הסר משתלב / ציפויים מאספן. לאפשר ממסים עקבות להתאדות בברדס לילה. ניתן לאחסן חומרים בטמפרטורת חדר למשך שבועיים לפחות (PLGA) או שנייםחודשים (PCL). צעדים 4.5-4.8 ניתן לבצע בכל סדר.

5. אפיון סיבים וגודל חלקיקים על ידי אור וסריקה מיקרוסקופית אלקטרונים

  1. מיקרוסקופ אור
    1. אם הפקת רשת electrospun, לחתוך ולעלות חלקים רזים שלו בשקופית זכוכית.
    2. שים לב בקוטר סיבים, מאפייני צומת (כתמים או בדידים), וצורת סיבים (כלומר, חרוזים,, ישר / גלי שטוחים). סיבי רשת electrospun אידיאליים הם אחידים, ישרים או גלי, וללא חרוז.
  2. במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM)
    1. לגזור והר משתלב או משטחים מצופים באלומיניום ספחי SEM באמצעות קלטת נחושת מוליכה. סיבי electrospun וציפויי electrosprayed גם יכולים להיות שנצפו על ידי SEM ישירות על ידי הפקדת סיבים / חלקיקים על גבי הקלטת מראש.
    2. מעיל משתלב / ציפוי עם (~ 4 ננומטר) שכבה דקה של Au / PD באמצעות ציפוי גמגום.
    3. ספחים טען לתא SEM ולהתבונן ב1-2 קאב. Magnifica 250Xtion מספק הערכה טופוגרפית כללית של החומר, תוך הגדלה גבוהה יותר לחשוף סיבים וחלקיקי תכונות נוספות כגון דפוסים היררכיים לסיבים מאוד הידרופובי וקישוריות לציפוי חלקיקים.

6. קביעת מאפיינים ללא הרטבה

  1. קידום ונסוג מדידות זווית מגע מים בשיטת הווריאציה הנפח
    1. חותך רצועות דקות (0.5 סנטימטרים X 5 סנטימטרים) של רשת או חומר מצופה (אם אפשר) ומקום על הבמה של מד זוית זווית מגע.
    2. ללכוד את פרופיל טיפת מים בזמן שחלק אותו (ממחט מזרק 24 AWG) על פני החומר.
      1. כדי לעשות זאת, להתחיל עם ירידה של 5-μl משוערת, וליצור מגע עם משטח החומר. ממשיך להוסיף לאט נפח (20-25 μl) וללכוד את תמונת אגל, המייצגת את זווית מגע מים המתקדמת. קצה המחט צריך להיות קטן בהשוואה לאגל, ואת האורך נימי דואר צריך להיות גדול יותר מהאגל להקטין את העיוות של צורת טיפה.
    3. לסגת אותו ירידה זו בעת לכידת פרופיל ירידתה בו זמנית. חזור על פעולה במקומות משטח בדידים של כמה דגימות לדווח ערך-בדרך כלל ממוצע, 10 מדידות של שני זוויות המגע המתקדמות ונסוגו מספיקות כדי לאפיין את החומרים הללו.
  2. לקבוע מתח פנים קריטיים של חומרים על-ידי שינוי נוזלי חיטוט.
    1. הכן את הפתרונות שונים באתנול, פרופילן גליקול, או תוכן אתילן גליקול, כתערובות אלה ידועים מתחים משטח 99-101.
      1. לחלופין, להשתמש בחומרים ממסים עם משתנה מתחים-למשטח דוגמא, מים (72 MN / מ '), גליצרול (64 MN / מ'), sulfoxide דימתיל (44 MN / מ '), נזיל אלכוהול (39 MN / מ'), 1,4- Dioxane, 1-octanol (28 MN / מ ') (33 MN / מ'), ואצטון (25 MN / מ '). חשוב להשתמש בחומרים ממסים שלא לפזר את הפולימרים, כרצונםלבלבל את התוצאות. בנוסף, חשוב לשים לב כי, בנוסף למתח פנים, יש לי נוזלים אלה צמיגויות שונות, העשויים להשפיע על מדידות זווית מגע והיא הגבלה של טכניקה זו.
      2. מדוד את זווית המגע של פתרונות אלה נחקרו על פני החומר. זווית מגע עלילה כפונקציה של מתח פנים.

7. גילוי הרטבה גורפת של משתלב 31

  1. שים לב חדירת מים לתוך 3D משתלב באמצעות מיקרו-מחושב טומוגרפיה (μCT).
    1. הכן פתרון 80 מ"ג / מיליליטר של Ioxaglate (חומר ניגוד עם יוד) במים.
    2. לצלול משתלב בפתרונות אלה ולדגור על 37 מעלות צלזיוס; מעת לעת למדוד חומר ניגוד הסתננות (מים) על ידי μCT (רזולוציה voxel 18 מיקרומטר 3) באמצעות 70 מתח צינור KVP, נוכחית מיקרו-אמפר 114, וזמן אינטגרציה msec 300.
    3. שימוש בתוכנת עיבוד תמונה, למדוד intens פיקסלity לאורך העובי של הרשת, שבו פיקסלים בהירים מייצגים חדירת מים. בחר ערך סף פיקסל (~ 1500) שלעצימות גבוהות יותר מייצגים חדירת מים.

8. בדיקת התכונות מכניות של משתלבת

  1. Cut משתלב עד 1 ס"מ על 7 סנטימטר ומקום בין אוחז של מנגנון בדיקת מתיחה. מדוד את הרוחב, אורך, עובי והמדויק.
  2. לבצע בדיקת רמפה של הארכה בשלוש דוגמאות. עלילה עקומת מתח מתח תוך שימוש בנתונים אלה כדי לקבוע את מודולוס האלסטיות, חוזק מתיחה אולטימטיבי, והתארכות ב-הפסקה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

באמצעות סדרה של שינויים כימיים, 2-אחד 5-benzyloxy-1,3-dioxan-מונומר פחמה הפונקציונלי הוא מסונתז כלבנים גבישים (איור 1 א) טוב. 1 H NMR מאשר את המבנה (איור 1) וספקטרומטר מסה ו ניתוח יסודות לאשר את הרכב. זה מוצק אז copolymerized עם או D, -lactide L או ε-caprolactone באמצעות תגובת פתיחת טבעת-זרז פח ב 140 מעלות צלזיוס. לאחר טיהור על ידי משקעים, הרכב הפולימר נקבע באמצעות ניתוח 1 H NMR ידי שילוב משמרת benzylic הפרוטון כימי ב4.58-4.68 ppm ושיא תילן האופייני caprolactone או שיא methyne של lactide (2.3 או 5.2 עמודים לדקה, בהתאמה). ההסרה בררנית של קבוצת הגנת נזיל מושגת על ידי hydrogenolysis זרז-C Pd /. deprotection המלא אושר על ידי וציין את היעלמותה של השיא בנזיל בספקטרום 1 H NMR. Subseqהשתלת שוטפת של חומצה סטארית על קבוצת הידרוקסיל החופשית הופכת את קופולימרים הסופיים הידרופובי. קופולימרים אלה מוצקים לבנים בטמפרטורת חדר (איור 1 ג), והם מסוגלים להיות מעובד לסרטים, משתלב electrospun, וציפויי electrosprayed (1D איור).

הרכב קופולימר (כלומר, lactide / caprolactone לפחם גליצרול) הוא מכוון על ידי שינוי יחסי הזנת מונומר המקביל. משתנה ההרכב מספק אמצעי לסנתז קופולימרים עם מגוון רחב של תכונות תרמיות ו / או מכאניות. לדוגמא, calorimetry ניתוח תרמי ההפרש באמצעות סריקה (DSC) מגלה כי PLA-PGC 18 פולימרים המכילים 10, 20, 30, או 40 mol מונומר% PGC 18 להיות יותר גבישים עם% mol PGC גדלו בהדרגה. תכונות התרמיות של PCL-PGC 18 וPLA-PGC 18 קופולימרים מסוכמות בטבלה 2.

פולי (גליצרול-monostearate) המבוסס יש לי קופולימרים אנרגיית משטח נמוכה מPCL המקביל שלהם או עמיתי PLGA, כפי שנקבעו באמצעות מדידות זווית מגע בסרטים חלקים יציקה (איור 2 א). בעוד PCL בעל מגע מים זווית קידום של 84 מעלות, זווית מגע קידום לPCL-PGC 18 (80:20) הוא ~ 120 °. כמו כן, PLGA בעל זווית מגע קידום של 71 מעלות, ואילו תערוכת PLA-PGC 18 (90:10) וPLA-PGC 18 (60:40) קידום זוויות מגע של 99 מעלות ו -105 מעלות, בהתאמה. מיזוג PCL או PLGA עם תוצאות dopants קופולימר המקבילה שלהם בקידום ערכי זווית מגע בין אלה המתקבלים לפולימרים וסופולימרים טהורים, ומעניק אמצעי קליל להידרופוביות מנגינה (איור 2). במקרה זה, שני ריכוז dopant קופולימר (כלומר, 10% או 30% WT / WT) והרכב קופולימר (כלומר, PLA-PGC 18 (90:10) או PLA-PGC 18 (60: 40) מין) משפיעים הידרופוביות, עם PGC 18 תוכן גדול יותר מניב זוויות מגע גבוהות יותר.

סימום קופולימרים מסונתזים לפתרון של PCL או PLGA ולאחר מכן electrospinning התערובות משיגה משתלב סיבי עם הידרופוביות מתכונן. איור 3 א מדגים כיצד שימוש בסמים בPCL-PGC 18 או PLA-PGC 18 מעברי 30% ממשתלבים הידרופובי לסופר-הידרופובי. הידרופוביות מוגדרת כ≥ זווית מגע מים נראית לעין 150 מעלות עם זווית מגע נמוכה hysteresis מוגדר כהפרש בין קידום ונסוג מדידות זווית מגע מים. חספוס פני השטח המוגבר של רשתות שינוי electrospun גם מגדיל את מגע מים הזווית לכאורה של חומרים אלה בהשוואה לסרטים להחליק. יכולת רטיבות מכוונת על ידי שינוי הריכוז של dopant קופולימר. לדוגמא, PCL הטהור electrospun משתלב עם ~ 7 מיקרומטר סיבים בקוטר להחזיק אנג קשר לכאורהle של 123 מעלות, ואילו משתלב מסומם עם 10, 30, ו -50% (WT WT /) קשר זוויות לכאורה 18 תערוכת PCL-PGC של 143 מעלות, 150 מעלות, 160 מעלות ובקטרי סיבים דומים, בהתאמה (איור 3). יכולת הרטיבות גם נשלטת על ידי הבחירה של מיני dopant קופולימר. במקרה זה, סיבי PLGA 6.5-7.5-מיקרומטר משתלב מסומם עם קשר זוויות לכאורה 30% PLA-PGC 18 (90:10) או 30% PLA-PGC 18 (60:40) תערוכה של 133 מעלות או 154 מעלות, בהתאמה ( 3C איור). שינוי (כלומר, הפחתה) גודל הסיבים גם משפר עצמאי הידרופוביות של בחירת dopant ו / או ריכוז. תלות זו של זווית מגע לכאורה על קוטר סיבים מוצגת עבור שני PCL וPLGA באיור 3D. בדומה לelectrospinning, electrosprayed PCL וציפויים מסוממים-PCL גם להציג זוויות קשר שתגדלנה עם אחוז סימום, וזוויות מגע אפילו גבוהות יותר מאלו שהושגו על ידי electrospinning הםהושג עם טכניקה זו (איור 3E). על ידי חיטוט משטח הרשת עם נוזלים שונים (שיש מתחים שונים על פני שטח) ודיווח זווית המגע, ערך מתח פנים קריטי שבו הרשת במהירות מרטיבה נקבעה. איור 3F הוא עקומת זיסמן שונה הממחישה את לימודי מתח פנים הקריטיים עבור PLGA משתלב מסומם עם 30% PLA-PGC 18 (60:40) ומשתלב PCL מסומם עם 30% PCL-PGC 18.

ההדמיה SEM מגלה כי משתלב הן התוצאה של microfibers הסבוך. טכניקה זו שימושית גם לקביעת סיבים או חלקיקים בגודל, הומוגניות, וקישוריות. איור 4 א מציג PCL + 30% PCL-PGC 18 משתלב עם קטרי סיבים של 1-2 מיקרומטר ו4-5 מיקרומטר, בעוד איור 4 מציג PLGA + 10 % PLA-PGC 18 משתלב משתנה בגודל סיבים מ~ 3 מיקרומטר ~ 7 מיקרומטר. ציפוי Electrosprayed של PCL ו- PCL + 50% PCL-PGC 18 מוצגים באיור 4C, ואילו ציפוי electrosprayed של PCL + 30% PCL-PGC 18 של גודל חלקיקים שונים מוצגים באיור 4D.

PCL- הידרופובי ומשתלב מבוסס PLGA הם שאינם רעיל לתאים לNIH / 3T3 fibroblasts (איור 5 א) ו- נסבלים היטב בעכברי C57BL / 6, עם אנקפסולציה הסיבית צנועה. בהשוואה לסרטים שאינם נקבוביים (לא מוצג), משתלב להציג רמה גבוהה יותר של חדירה סלולרית (כלומר, מקרופאגים) לאחר ההשתלה '4 שבועות (איור 5-E) 27. בעוד cytocompatibility / ההתאמה הביולוגית של רשתות שינוי הידרופובי דומה לרשתות שינוי הלא-הידרופובי, הביצועים במבחנה של רשתות שינוי הידרופובי יכולים להיות מעולים ביישומי משלוח סמים. בשל ההרטבה האיטית שלהם, משתלב הידרופובי מסוגל שחרור תרופת שמירה במשך תקופות ארוכות באופן משמעותי מאלו שלא superhydroפוביה משתלבת, מאז שחרור תרופה לא יכול להתרחש ללא מגע מים. מחקרי יעילות שחרור תרופה במבחנה מדגימים עיקרון זה מתוארים במקומות אחרים 12,13.

ההרטבה של רשתות שינוי electrospun ניתן בעקבות הלא הרסנית לאורך זמן באמצעות טומוגרפיה microcomputed וחומר הניגוד עם יוד המסחרית-זמין Ioxaglate. הרשת ממוקמת בתמיסה מימית המכילה את חומר הניגוד וצלמה לאורך זמן. כפי שניתן לראות באיור 6 א PCL הטהור רשת במהירות מרטיב כמים מחלחלים חומר בתפזורת ביום הראשון. לעומת זאת, משתלב מסומם עם 30% PCL-PGC 18 יישארו ללא רטוב ל> 75 ימים, עם האוויר שנותר במבנה בתפזורת (איור 6). תוצאות אלו ממחישות את החשיבות של חומרים בתפזורת-הידרופובי ליישומים שאינם הרטבה.

לבסוף, את התכונות מכאניות של רשתות שינוי electrospun נקבעות ממתיחה בדיקות. טבלה 3 מציגה נתונים מכאניים נציג לPCL, PLGA, ומשתלב בהתאמתם מסוממת (גודל = 7 מיקרומטר סיבים לכל רשתות שינוי) המתקבלים מעקומות מתח המתח שלהם. כאחוז מעליות סימום, moduli אלסטי (E) וחוזק מתיחה אולטימטיבי של רשתות שינוי נוטים לרדת.

איור 1
. איור 1. סינתזה, אפיון, ועיבוד מונומר / פולימר שלאחר מכן לסרטים, משתלב electrospun, וציפויי electrosprayed () מטוהרים מונומר הוא גבישים לבנים מוצקים בטמפרטורת חדר; (ב) מתאים ספקטרום NMR H 1 למונומר; תצלום של פולימרים מטוהרים (C) PLA-PGC 18 (משמאל) ו- PCL-PGC 18 (מימין); תצלום (D) של PCL מסומם עם 30% (WT / WT) PCL-PGC 18 ומעובד ל( משמאל לימין): סרט, רשת electrospun, וציפוי electrosprayed.

איור 2
איור 2. קידום ונסוג זוויות מגע מים על סרטי הפולימר / קופולימר () קידום ונסוגו מדידות זווית מגע מים לPCL undoped וPLGA סרטים חלקים בהשוואה לאלו של PCL-PGC הטהור 18 וPLA-PGC הטהור 18 סרטים חלקים.; (ב) קידום ונסוג מדידות זווית מגע לסרטי PCL וPLGA מסוממים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3. התהליכים של electrospinningוelectrospraying ליצור משטחים מחוספס שיחזקו הידרופוביות של PCL וPLGA () זווית המגע לPCL electrospun ומשתלב PCL מסומם עם 30% 18 (80:20) משתלב PCL-PGC (קוטר סיבים ≈ 2.5 מיקרומטר).; PLGA משתלב וPLGA משתלב מסומם עם 30% (בקוטר סיבי ≈ 6.5 מיקרומטר) 18 (60:40) משתלב PLA-PGC, עם שני המערכות מראים מעבר מהידרופובי לסופר-הידרופובי; (ב) קשר זוויות לPCL משתלבות כפונקציה של ריכוז קופולימר dopant הגדלת; (ג) קשר זוויות לPLGA משתלב של ~ 6.5 מיקרומטר בקוטר כפונקציה של הרכב קופולימר; (ד) יכולת רטיבות כפונקציה של קוטר סיבים לPCL (600 ננומטר ו -2.5 מיקרומטר) ומשתלב מבוסס PLGA (2.5 ו -6.5 מיקרומטר); (ה) קשר זוויות לציפוי מבוסס PCL electrosprayed כפונקציה של ריכוז סימום קופולימר; (F) שונה עקומות זיסמןמראה מחקרי מתח פנים קריטיים עבור PLGA משתלב מסומם עם 30% PLA-PGC 18 (60:40) (עיגולים עם קו מקווקו חיבור) ו- PCL משתלב מסומם עם 30% PCL-PGC 18 (ריבועים עם קו המחבר מוצק). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4. הדמיה SEM של רשתות שינוי electrospun וציפויי electrosprayed חושפת סיבים / גודל חלקיקים ומורפולוגיה. () PCL קטן-קוטר + 30% PCL-PGC 18 סיבים (1-2 מיקרומטר) ומיקרופייבר גדול בקוטר המתאים (4-5 מיקרומטר) רשת (ימין ועל שמאל, בהתאמה), סרגל = 10 מיקרומטר; קטן-קוטר (ב) PLGA + 10% PLA-PGC 18 (90:10) (2.5-3.5 מיקרומטר) מיקרופייבר וקוטר גדול (6.5-7.5 מיקרומטרמשתלב מיקרופייבר) (ימין ועל שמאל, בהתאמה; סרגל קנה מידה = 10 מיקרומטר); (ג) electrosprayed חלקיקים המורכב מPCL הטהור (משמאל), + 50% PCL-PGC 18 (מימין), סרגל קנה המידה PCL = 20 מיקרומטר; (ד) electrosprayed PCL + 30% PCL-PGC 18 חלקיקים של רדיוס קטן (משמאל) וגדול (מימין) (בר = 2 מיקרומטר בקנה מידה). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5
איור 5. במבחנה ובכדאיות / התאמה ביולוגית תא vivo של רשתות שינוי הידרופובי electrospun (א) במבחנה assay תא של כדאיות פיברובלסטים NIH / 3T3 על דגירה 24 שעות עם PCL, PLGA, ומשתלב מסוממים.; (B ו- C) היסטולוגית (H & E) דגימות של in vivo תגובת גוף הזרה לPLGA + 30% WT PLA-PGC 18 (60:40) electrospun משתלב לאחר השתלת '4 שבועות תת עורי בעכברי C57BL / 6 ב10X (B) וסופר-הידרופובי 40X הגדלה (ג); תגובה (D ו- E) לelectrospun PLGA הטהור המושתל משתלבת ב10X (D) ו40X הגדלה (E). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 6
6. טומוגרפיה microcomputed חומר ניגוד (μCT) אפיון דמותו של ההרטבה בתפזורת של רשתות שינוי הידרופובי. הסוכן עם יוד ניגוד CT Ioxaglate (80 MGI / מיליליטר) בwater משמש כסמן לא פולשנית של מים שחדר () משתלב PCL אינו הידרופובי ו( B) PCL + 30% PCL-PGC 18 משתלב הידרופובי. מפת הצבע מציינת רשת רטובה שאינם אדום ומעבר מצהוב לירוק לכחול / סגול כהרטבה מתקדמת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

פולימרים סינטטיים electrospun: התייחסות (ים):
פולי (lactide-שיתוף glycolide) 27,36,43,48-52
Polyglycolide 52,53
פולי (lactide-שיתוף caprolactone) 54-57
Polycaprolactone 13,58-66
Polylactide 52,67
פולי (ויניל אלכוהול) 68-71 </ Td>
פולי (אתילן גליקול) / קופולימרים לחסום 72,73
פולי (urethane אסתר) s 74-78
פולי (קרבונט trimethylene) 79
פולי (siloxane דימתיל) 80,81
פולי (אצטט אתילן-שיתוף ויניל) 82
Polyvinylpyrrolidone 83
פוליאמיד (ים) 84-86
Polyhydroxybutryate 87,88
Polyphosphazene (ים) 89,90
פולי (קרבונט פרופילן) 91-93
Polyethyleneimine 94,95
פולי (חומצה גלוטמית γ-) 96
סיליקט 97,98

טבלת 1: דוגמאות לפולימרים ביו-רפואיים סינטטיים שכבר electrospun עבור יישומים ביו-רפואיים, עם אזכור נלווה.

קופולימר המרה (%) lactide גליצרול n M (g / mol) ב M w / n M ז T (° C) ג T מ '(° C) T ג (° C) ו ΔH (J / g)
PLA-PGC 18 (90:10) 92 89 11 12512 1.5 28 - - -
PLA-PGC 18 (80:20) 96 78 23 10979 1.5 17 33 11 3
PLA-PGC 18 (70:30) 90 66 34 17305 1.5 * 40 17 23
PLA-PGC 18 (60:40) 86 54 47 13226 1.6 * 43 27 32
PCL-PGC 18 (80:20) 99 (Caprolactone) 81 19 21100 1.7 -53 31 19 55

טבלה 2: אפיון של קופולימרים מסונתזים% שומה; ב כפי שנקבע בכרומטוגרפיה גודל הדרה (THF, 1.0 מ"ל / דקה); M = n משקל מולקולרי ממוצע מספר, M w / M = n dispersity G = זכוכית T ג.. טמפרטורת מעבר; מ 'T = היתוךטמפרטורה; טמפרטורת c = התגבשות T; H Δ F = חום של היתוך. ד לא גרם T נצפה לפולימרים אלו semicrystalline על טווח הטמפרטורות של C ° -75 עד 225 מעלות צלזיוס.

הרכב רשת מודולוס אלסטיות (E) (MPA) חוזק מתיחה אולטימטיבי (MPA)
PCL 15.3 1.5
+ 10% PCL-PGC 18 10.8 1.5
+ 30% PCL-PGC 18 3.5 0.8
PLGA ב 84.9 2.6
+ 10% PLA-PGC 18 (60:40) 40.3 0.8
+ 30% PLA-PGC <תת> 18 (60:40) 10.1 0.3

משתלב מבוסס PLGA מאפייני מתיחה נציג משתלב electrospun גודל סיבים לPCL ומשתלב מבוסס PCL ≈ 7 מיקרומטר גודל סיבים ב לPLGA ו≈ 7 מיקרומטר: טבלה 3...

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הגישה שלנו לבניית חומרי הידרופובי מפולימרים ביו-רפואיים משלבת כימיה פולימר סינתטית עם טכניקות עיבוד פולימרים של electrospinning וelectrospraying. טכניקות אלה מספקים גם סיבים או חלקיקים, בהתאמה. באופן ספציפי, חומרים-הידרופובי polycaprolactone ופולי (-glycolide שיתוף lactide-) מבוסס מוכנים באמצעות אסטרטגיה זו. על ידי שינוי הרכב קופולימר הידרופובי, קופולימר אחוזים בתערובת הפולימר הסופי, גודל סיבים / חלקיקים, הכוללים אחוזים משקל פולימר, ותנאי ייצור, יכולת הרטיבות של חומרי electrospun כתוצאה / electrosprayed נשלט. החומרים מפוברקים בעבודה זו הם מפולימרים שאינם רעילים וביולוגיים, ויש מחסום אוויר מטה-יציבים בנוכחות מים.

השלבים הקריטיים בפרוטוקול זה כרוך 1) לסנתז קופולימרים באמצעות פילמור טבעת-פתיחה, 2) electrospinning או אלקטרוריסוס קופולימרים אלה עם פולימר ביו-רפואי מתאים כגון PCL או PLGA; ו 3) אפיון המורפולוגיה שלהם, שאינה הרטבת התנהגות / הידרופוביות, תכונות מכאניות, ובמבחנת התאמה ביולוגית / in vivo. אם קשיים עם סינתזת פולימר, שינוי, ו / או electrospinning הם נתקלו, הטכניקות הבאות יעזרו לי לזהות ולפתור בעיות אלה.

זה חשוב כדי להבטיח את הטוהר של מונומרים ושהם אינם מכילים מים עקבות, כגון שמהאווירה. הנוכחות של מים עלולה למנוע או להפסיק את פילמור, לגרום לפולימרי משקל מולקולריים נמוכים, או פולימרים תשואה עם הפצות משקל מולקולריות רחבות מאוד. תמיד לפנות את התכולה של כלי פילמור ולמלא מחדש עם חנקן או ארגון יבש, ולבצע את כל התוספות (מונומרים וזרזים) תחת אווירה יבשה, אדישה. אם פילמור מופיע שלם או לא מוצלח, ייתכן שיהיה צורך לייבשריאגנטים על ידי זיקוק, או מחדש להתגבש מונומרים לשפר טוהר. אם דה-benzylation של קופולימר וכתוצאה מכך מופיע מוצלח (כפי שנצפה על ידי ניתוח NMR H 1 לאחר מכן), ייתכן שיהיה צורך להוסיף עוד זרז או להשתמש מגיב זרז שונה. אנחנו במיוחד לציין כאן שdeprotection מוצלח נצפה עם זרזי Pd / C מסוימים, והדרך הטובה ביותר הוא להשתמש באחד המופיע בטבלה של חומרים.

כמה קשיים טכניים ניתן נתקלו במהלך תהליך electrospinning וelectrospraying. אם הפתרון בקצה המחט נפול, להגביר את המתח. אם מטוסים מרובים יוצרים, להפחית את המתח. בנוסף להתאמות אלה, ייתכן שיהיה צורך להתאים את מרחק קצה-לאספן אם הסיבים / חלקיקים מופיעים רטובים (במקרה זה, להגדיל את מרחק האוסף), או אם התאמת המתח אינו מספקת לפתור טיפת גרירה ב קצה המחט, להפחית את distan האוסףלסה"נ. אם סיבים אינם יוצרים, ייתכן שיהיה צורך להגדיל את הצמיגות של הפתרון על ידי הגדלת ריכוז הפולימר; הדבר נכון גם אם הסיבים נראה שיש לי מורפולוגיה חרוז-על-חוט. אם הקשיים יישארו, ייתכן שיהיה צורך לעבור לממס electrospinning שונה. למידע נוסף לפתרון בעיות, ליץ 'ועמיתים לעבודה 47 מספקים מדריך מקיף לפתרון בעיות electrospinning.

בעוד electrospinning וelectrospraying טכניקות שימושיות עבור בודה חומרים ביו-רפואיים, יש לי מגבלותיהם. ראשית, טכניקות אלה מסתמכים על יעד מעוגן לאסוף סיבים או חלקיקים, כך מוליכות חשמליות היא פרמטר חשוב לשקול. זה עלול להיות קשה לelectrospin או electrospray חומרים שהם מבודדים חשמליים טובים במיוחד, שכן סילון הפולימר יכול להיות יותר נמשך לסביבת מצעים אלה. אחד פתרונות אפשריים כרוך הבטחת חומרים פחות מוליכים לגקלטת נחושת onductive. בנוסף, בזמן שאנחנו היו מוצלחים בelectrospinning משתלב עד 1 מ"מ עובי, הייצור של רשתות שינוי עבים במיוחד עשוי להתעכב בשל אופי הבידוד של ציפוי הפולימר באספן. בשלב זה, משתלב עשוי להגדיל בשטח בלי הרבה עלייה בעובי הכולל שלהם. שנית, תלוי בגודל של רשת רצויה, כמות ניכרת של חומר הנדרשת להשגת פתרון מספקת צמיגות (אשר נדרש לelectrospinning, כהסתבכויות שרשרת נחוצות להיווצרות סיבים). לכן, electrospinning לא יכול להיות אופציה מתאימה לחומרים יקרים; electrospraying בדרך כלל משתמש בריכוזים נמוכים יותר ובכך הוא פחות תובעני מבחינת הכמות הנדרשת של חומר. אם כמות המדגם היא מוגבלת מאוד, זה עשוי להיות אפשרי כדי לצמצם את אובדן חומר על ידי השמטת צינורות מחבר (שאחרת מוסיפים נפח מת כולל). לבסוף, הנחישות של מתח פנים קריטיים מסתמכת עלהשימוש בנוזלי חיטוט שונים, שגם בעלי צמיגויות שונות. ככזה, יש בשיטה זו מגבלה פוטנציאלית בצמיגות שהיא גם גורם תורם לתוצאות אלה.

חומרים-הידרופובי הם מעמד מרגש של ביו-חומרים, אשר מוצאים שימוש מוגבר למגוון רחב של יישומים במשלוח סמים, הנדסת רקמות, ריפוי פצעים, ואנטי עכירות. כמה טכניקות קיימות לשיפור חספוס פני השטח לחומרים עבור יישומי biomimetic ולא הרטבה, כגון הרכבה שכבה אחר שכבת 15, micropatterning / microtexturing 102, electrospinning 1,5,13, ​​וelectrospraying 32. של גישות אלה, electrospinning וelectrospraying שיטות אטרקטיביות במיוחד בשל יכולת ההרחבה שלהם ותאימות כללית עם מצעים הבסיסיים. לסיכום, אסטרטגיה זו משלבת כימיה של פולימרים והנדסת תהליך היא אחד צדדי וכללי שיאפשר אחריםחוקרים להכין, לאפיין, וללמוד בביו-חומרים חדשים שבו יכולת רטיבות של החומרים היא תכונת תכנון מרכזית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

ביו-הנדסה גיליון 102 Electrospinning electrospraying polycaprolactone פולי (lactide- מיקרופייבר nanofiber microparticles סופר-הידרופובי ביו-חומרים אספקת סמים מתכלה ציפוי פני השטח.
בודה חומרים פולימריים עבור יישומים ביו-הידרופובי
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kaplan, J., Grinstaff, M.… More

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

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter