Summary
ويرد وصف البروتوكولات لتلفيق الهلاميات المائية القابلة للتحلل ثيرموريسبونسيفي استناداً إلى هيدرازوني العابرة للربط من ليغومرات البوليمرية في الحجم الأكبر، microscale، والنانو، وهذا الأخير لإعداد جسيمات نانوية جل والنانو.
Abstract
بينما تم استكشاف مختلف المواد الذكية لمجموعة متنوعة من التطبيقات الطبية الحيوية (مثلاً، إيصال الأدوية، وهندسة الأنسجة، بيويماجينج، إلخ.)، على الاستخدام السريري في نهاية المطاف قد أعاق انعدام الصلة بيولوجيا التدهور التي لوحظت بالنسبة للمواد الأكثر الذكية. وهذا صحيح بصفة خاصة لتستجيب لدرجة الحرارة الهلاميات المائية، التي تقوم تقريبا موحد على البوليمرات التي غير القابلة للتحلل وظيفيا (مثلاً، poly(N-isopropylacrylamide) (بنيبام) أو بولي (ميتاكريليت غليكول أوليجوثيليني) (بوجما) ). على هذا النحو، لفعالية ترجمة إمكانات الهلاميات المائية ثيرموريسبونسيفي لتحديات إيصال الأدوية بالتحكم عن بعد أو تنظم الأيض، خلية السقالات مع الانضباطي الخلية-مواد التفاعلات، المواد ثيرانوستيك مع إمكانات لتصوير وإيصال الأدوية، وغيرها من مثل هذه التطبيقات، مطلوب أسلوب تقديم الهلاميات المائية (إذا كان غير القابلة للتحلل الكامل) على الأقل قادرة على إزالة الكلي بعد عمر المواد المطلوبة. تحقيقا لهذه الغاية، يصف هذا البروتوكول إعداد الهلاميات المائية القابلة للتحلل هيدروليكيا هيدرازوني-كروسلينكيد على عدة جداول طول استناداً إلى التفاعل بين المالئيك وفونكتيوناليزيد ألدهيد ليغومرات بنيبام أو بوجما مع الجزيئية أوزان أقل من حد الترشيح الكلوي. على وجه التحديد، الأساليب اختﻻق ثيرموريسبونسيفي القابلة للتحلل الأكبر الهلاميات المائية (باستخدام أسلوب الحقن برميل مزدوجة)، الجزيئات المائية (في كل عبارة استخدام منصة ميكروفلويديكس تيسير خلط المتزامنة و استحلاب البوليمرات السلائف والنانو من خلال استخدام مدفوعة حرارياً التجميع الذاتي والعابرة للربط أسلوب)، ويرد وصف النانو المائية (باستخدام استراتيجية اليكتروسبينينج رد الفعل). في كل حالة، الهلاميات المائية مع خصائص المراعية لدرجة الحرارة مماثلة لتلك التي تحققت عن طريق الراديكالية الحرة التقليدية العابرة لعمليات الربط يمكن أن يتحقق، ولكن يمكن أن يتحلل بالشبكة هيدرازوني cross-linked على مر الزمن لإعادة تشكيل أوليجوميريك البوليمرات السلائف وإزالة تمكين. على هذا النحو، ونحن نتوقع ستمكن هذه الطرق (والذي قد يكون تطبيقها عموما على أي الاصطناعية البوليمر للذوبان في الماء، وليس مجرد الذكية المواد) الترجمة أسهل من المواد الاصطناعية الذكية للتطبيقات السريرية.
Introduction
المواد الذكية وقد اجتذبت اهتماما كبيرا بسبب إمكاناتها لعكسها "بناء على الطلب" الردود على إشارات خارجية و/أو البيئية. مواد تستجيب لدرجة الحرارة وقد اجتذبت اهتماما خاصا بسبب سلوك بهم أقل من درجة الحرارة (لكست) الحل الحاسم، أسفر هطول الأمطار يحركها درجة الحرارة عند درجة حرارة T > لكست1،2. في سياق الهلاميات المائية ثيرموريسبونسيفي، ويتجلى هذا السلوك درجة الحرارة الحرجة حل أقل عكسها تورم/دو-سولنج الأحداث التي تؤدي إلى أحجام معظم الانضباطي درجة الحرارة (أكبر في T < لكست)3، وأحجام المسام (أكبر في تي < لكست)4، وخصائص السطح البيني (ماء أكثر في T < لكست)5. وهذه التحولات قد طبقت على نطاق واسع في إيصال الأدوية (للمخدرات الخارجية أو تريجيرابل بيئياً الإفراج عن4،،من67)، ثقافة الهندسة وخلايا الأنسجة (لالتصاق الخلايا ثيرموريفيرسيبلي/ تنسل الأطراف8،،من910)، فصل (مسامية الغشاء للتحويل وبيرميبيليتيس أو يدعم التشخيص حرارياً التدوير11،12، 13)، بمعالجة موائع جزيئية (لتشغيل-إيقاف صمامات تنظم تدفق14،15)، ومعدلات انسيابية (ل16من اللزوجة الانضباطي درجة الحرارة). الأكثر شيوعاً بالتحقيق ثيرموريسبونسيفي الهلاميات المائية تستند إلى17من poly(N-isopropylacrylamide) (بنيبام)، على الرغم من أن العمل الكبير (وزيادة) كما أجريت في بولي (ميتاكريليت غليكول أوليجوثيليني) (بوجما)2 ،18 و poly(vinylcaprolactam) (بفكل)19،20. جذبت بوجما خاصة الأخيرة الاهتمام به21،المتوقعة تحسين توافق مع الحياة22وسلوكها لكست سهلة اللحن، في الخلائط التي يمكن التنبؤ بها خطيا من مونومرات مع أرقام مختلفة من أكسيد الإيثيلين وحدات تكرار في قيودهم الجانب يمكن أن يغير لكست من ~ 20 درجة مئوية إلى > 90 ° ج2،23. ومع ذلك، كل من هذه البوليمرات هو أعدها البلمرة الراديكالية الحرة وهكذا يحتوي العمود الفقري الكربون-كربون، إلى حد كبير مما يحد من فائدة محتملة وطواعية هذه البوليمرات في سياق التطبيقات الطبية الحيوية التي تدهور (أو على الأقل القدرة على إزالة الألغام من خلال الترشيح الكلوي) عادة ما يكون شرط.
استجابة لهذا القيد، ونحن قد أبلغت مؤخرا على نطاق واسع في تطبيق الكيمياء هيدرازوني (أي.، رد فعل بين المالئيك والبوليمرات قبل فونكتيوناليزيد ألدهيد) لإعداد نظائرها التحلل من ثيرموريسبونسيفي الهلاميات المائية24،25،،من2627،،من2829. رد الفعل السريع وعكسها بين المجموعات المالئيك والدهيد عند خلط البوليمرات السلائف فونكتيوناليزيد30 تمكن كلا جيليشن في الموقع (تمكين السطحية حقن هذه المواد دون الحاجة للعمليات الجراحية غرس أو أي نوع من التحفيز البلمرة خارجية مثل الأشعة فوق البنفسجية بدء الإشعاع أو المواد الكيميائية) فضلا عن تدهور الشبكة بمعدل تسيطر عليها الكيمياء وكثافة المواقع crosslinking هيدروليكي. وعلاوة على ذلك، بالمحافظة على الوزن الجزيئي للبوليمرات السابقة المستخدمة لتحضير الهلاميات المائية أقل من حد الترشيح الكلوي، الهلاميات المائية باستخدام هذا النهج تتحلل مرة أخرى إلى البوليمرات oligomeric السلائف التي يمكن إزالتها من الجسم25 ،،من2728. ويوفر هذا النهج مقترنة بانخفاض سيتوتوكسيسيتي واستجابة الأنسجة الملتهبة المنخفضة الناجمة عن هذه المواد25،،من2627، أسلوب قابل للنقل المحتمل لاستخدام ثيرموريسبونسيفي يمكن أن تكون ملفقة الهلاميات المائية الذكية في الطب، ولا سيما إذا كان جيدا التي تسيطر عليها نظائرها القابلة للتحلل من هذا القبيل الهلاميات المائية على طول كل المقاييس (السائبة والجزئي ونانو).
في هذا البروتوكول، يصف لنا طرق لجعل البوليمرات الاصطناعية ثيرموريسبونسيفي قبل فونكتيوناليزيد مع الأرقام التي تسيطر عليها من المالئيك ومجموعات ألدهيد، فضلا عن أساليب لتطبيق هذه البوليمرات لإنشاء الهلاميات المائية ذات أبعاد محددة تحديداً جيدا على جداول طول مختلف. على وجه الخصوص، يصف هذه المخطوطة أربعة نهج متميز نحن قد وضعت للتحكم في خلط المالئيك رد الفعل والبوليمرات قبل فونكتيوناليزيد ألدهيد وهكذا إنشاء الشبكات المائية ثيرموريسبونسيفي مع الهندسات محددة تحديداً جيدا و مورفولوجيس:
لإنشاء الهلاميات المائية القابلة للتحلل الأكبر مع أحجام محددة، يتم وصف استراتيجية قولبة التي يتم تحميلها البوليمرات قبل رد الفعل في برميل منفصلة لحقنه مزدوجة الماسورة مزودة المخرج في خلاط ثابت وبعد ذلك شاركت مقذوف في قالب سيليكون مع المائية المرجوة الشكل وأبعاد21،27 (الشكل 1).
الشكل 1 : التخطيطي لتشكيل المائية الأكبر. المالئيك وحلول البوليمر فونكتيوناليزيد ألدهيد (في المياه أو المخزن المؤقت مائي) يتم تحميلها في برميل منفصلة لحقنه برميل مزدوجة وثم مقذوف المشترك من خلال خلاط ثابتة في قالب سيليكون أسطوانية. السريع في الموقع جيليشن عند خلط نماذج المائية كروسلينكيد هيدرازوني، وهو الدائمة الحرة (بمجرد إزالة العفن) في غضون ثوان إلى دقائق اعتماداً على كثافة التركز والمجموعة الوظيفية للبوليمرات السلائف. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
لخلق الجسيمات جل التحلل بمقياس ميكرون، يتم وصف أسلوب رد الفعل ميكروفلويديكس في السلائف التي حلول البوليمر في نفس الوقت مختلطة ومستحلب باستخدام تصميم رقاقة موائع جزيئية الطباعة حجرية templated لينة، وتمكن في وقت لاحق أن جل تشكيل قطرات المختلطة البوليمر القائم على رد الفعل في الموقع بشكل جل المجهرية الدقيقة مع أحجام القوالب قبل31،مستحلب (الشكل 2)32.
الشكل 2 : التخطيطي لتشكيل يمثل جل عن طريق رد الفعل ميكروفلويديكس. (أ، ب) المالئيك وحلول البوليمر فونكتيوناليزيد ألدهيد (في المياه أو المخزن المؤقت مائي) تتغذى بمضخة الحقن في خزانات منفصلة متصلة المصب عبر سلسلة التعرج من قنوات مصممة لإنشاء تدرج ضغط منع الدفق. ثم تمتزج قبل يجري المنفصمة بزيت البارافين المتدفقة من كلا الجانبين (مدفوعة أيضا بمضخة الحقن) البوليمرات والقسري من خلال فوهة، نتج عنه تركز تدفق الإنتاج من مائي قطرات (حل البوليمر) في مرحلة زيت بارافين مستمر (انظر (ب) مثالاً على عملية تشكيل الحبرية ومنطقة فوهة). تتمركز مداخل زيت بارافين اثنين إضافية بعد الفوهة إلى أخرى منفصلة القطرات في القناة جمع للسماح جيلاتيون كاملة قبل إزالة الجسيمات من الاندفاق الصفحي، بعدها ميكروبارتيكولاتي الناجمة عن ذلك والهلام جمعت في كوب المقلبة مغناطيسيا؛ (ج) صورة لعملية توليد الحبرية في الفوهة (لاحظ أن البوليمر المالئيك يسمى اللون الأزرق لتوضيح خلط)
لإنشاء جسيمات جل القابلة للتحلل في النانو، مدفوعة حرارياً رد الفعل التجميع الذاتي هو وصف الأسلوب الذي يتم تسخين حل واحد للبوليمرات السلائف رد الفعل (البوليمر "البذور") أعلاه، لكست نانواجريجاتي مستقرة هو تشكيل وبعد ذلك كروسلينكيد بإضافة البوليمر السلائف رد الفعل التكميلية (البوليمر "كروسلينكينج")؛ نانوجيل كروسلينكيد هيدرازوني الناتج يحتوي على حجم القوالب مباشرة عن طريق نانواجريجاتي (الشكل 3)28.
الشكل 3 : التخطيطي لتشكيل نانوجيل عبر يحركها حرارياً رد الفعل التجميع الذاتي. يتم تسخينها محلول مائي يحتوي على البوليمر فونكتيوناليزيد المالئيك (ثيرموريسبونسيفي) أعلاه في انخفاض درجة الحرارة الحل الحاسم لإنشاء نانواجريجاتي أونكروسلينكيد مستقرة. بعد، بوليمر فونكتيوناليزيد ألدهيد إضافة إلى التشعب نانواجريجاتي عن طريق تشكيل السندات هيدرازوني وبالتالي استقرار الجسيمات نانوجيل عند التبريد دون لكست. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
لإنشاء النانو القابلة للتحلل، ويرد وصف أسلوب رد الفعل اليكتروسبينينج التي أرفقت حقنه برميل مزدوجة مجهزة خلاط ثابت في منفذ لها (كما تستخدم في صنع معظم الهلاميات المائية) إلى منصة اليكتروسبينينج قياسية (الرقم 4 )33.
الشكل 4 : التخطيطي لتشكيل nanofiber المائية عن طريق رد الفعل اليكتروسبينينج. شنت حقنه برميل مزدوجة مع خلاط ثابت (تحميل كما هو موضح لجل الهلاميات المائية ولكن أيضا بما في ذلك جزء poly(ethylene oxide) عالية الوزن الجزيئي للمساعدة اليكتروسبينينج) على مضخة الحقن، مع الإبرة في نهاية المحاقن متصل لإمدادات طاقة عالية جهد. كروسلينكينج هيدرازوني يحدث أثناء الغزل العملية حيث عندما يضرب التيار جامع (رقائق الألومنيوم أو قرص ألومنيوم الدورية) مورفولوجية نانوفيبروس هو المحافظة على الألياف. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
تطبيق هذه الأساليب لإنشاء الشبكات المائية الذكية القابلة للتحلل ويتجلى في هذا البروتوكول باستخدام بنيبام أو بوجما البوليمر للفائدة؛ بيد النهج الأساسية التي وصفت يمكن ترجمتها إلى أي البوليمر للذوبان في الماء، أن كان ذلك مع إجراء التعديلات الملائمة للزوجة و (في ما يتعلق التجميع الذاتي نانوجيل تلفيق الأسلوب) استقرار البوليمر قبل تشكيل البذور نانواجريجاتي.
Protocol
1-تجميع فونكتيوناليزيد المالئيك البوليمرات
ملاحظة: يتم توفير الوصفة المحددة التالية للبوليمر السلائف بوجما ثيرموريسبونسيفي بنيبام ميميتيك (ص10) مع مول 30% المالئيك الروغان. يمكن إعداد البوليمرات السلائف بنيبام وبوجما مع درجات حرارة التحول مرحلة مختلفة باستخدام نفس الأسلوب العام ولكن تعديل نوع ونسبة من مونومرات الأساسية المستخدمة (انظر الفرع 1-2 لإدخال تعديلات على مختلف بوجما البوليمرات)21 , 25 , 27.
- تزن بملغ 37 من 2,2'-azobis(2-methylpropionate) (أيبمي، والبادئ) ز 3.1 من الغلايكول غليكول ميثاكريلات (M(EO)2ماجستير)، ز 0.9 من أوليجوثيلينيجليكول ميثاكريلات (أويجما475، 475 غ/مول n = أكسيد الإثيلين 7-8 وحدات تكرار)، 523 ميليلتر من حمض اﻷكريليك (AA, كومونومير)، وميليلتر 7.5 من حمض ثيولجليكوليك (TGA، سلسلة نقل عامل) في قنينة التﻷلؤ زجاج 20 مل.
- ص. ب0 (درجة حرارة التحول درجة حرارة الغرفة بوجما)، استخدام ز 4.0 M(EO)2MA (لا أويجما475). ص. ب100 (لا انتقال الحرارة بوجما)، استخدم ز 4.0 أويجما475 (لا M(EO)2MA).
ملاحظة: المرحلة المتوسطة درجات حرارة التحول يمكن أن يتحقق على أساس استخدام مخاليط المتوسطة M(EO) MA2وأويجما475، حسب لوتز et al. 23 - حل جميع المواد الكاشفة في dioxane (5 مل/غ مجموع مونومر) في قاع جولة قارورة برقبة واحدة أو أكثر.
- تطهير رد فعل مع تدفق النيتروجين (يارثلينك الصف) لمدة 30 دقيقة.
- بمجرد إزالة، وضع في قارورة في حمام زيت ساخن مسبقاً الإبقاء على 75 درجة مئوية ح 4 تحت النيتروجين وآثاره المغناطيسية 400 لفة في الدقيقة.
- بعد ح 4، إزالة المذيب استخدام مبخر دوراني تعيين إلى 50 درجة مئوية و 200 لفة في الدقيقة.
- حل البوليمر وناتج في 150 مل مياه.
- إضافة إلى عدد بقايا AA تدمج البوليمر ديهيدريزيدي حمض الأديبيك (ADH) في فائض مولى خمسة إضعاف (في هذا المثال، AA تضم 29 mol % من وحدات مونومر في البوليمرات المنتجة، وفقا لمعايرة كوندوكتوميتريك).
- ضبط الأس الهيدروجيني للحل لدرجة الحموضة 4.75 استخدام 0.1 M HCl.
- حالما استقر درجة الحموضة، إضافة N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-اثيلكاربودييميدي (EDC) في 5 إضعاف الزائدة مولى إلى عدد بقايا AA الحالية).
- المحافظة على pH رد فعل 4.75 مع إضافة دروبويسي من 0.1 M HCl أكثر من 4 ح.
- اترك رد فعل على إثارة بين عشية وضحاها.
- من أجل الحل المنتج إلى ثلاثة أنابيب الغسيل الكلوي طويل ~ 30 سم (3500 دا الوزن الجزيئي وقف إنتاج المواد الانشطارية، سمك 1 بوصة)، استخدام قمع للحد من الانسكاب. استخدام المشبك رشة إغلاق الجزء السفلي من الأنبوب قبل الملء عن طريق طي شريحة صغيرة (~ 2 سم) من أنبوب لتحسين سلامة المشبك؛ تكرار في الجزء العلوي (الضغط لإزالة فقاعات الهواء) عند اكتمال ملء. ضع الأنابيب داخل وحدة تخزين الزائد 100-fold للمياه. وترك لمالا يقل عن 6 ح، استبدال تماما المياه على مدى ست دورات الغسيل الكلوي لتحقيق النقاء المطلوب.
- ليوفيليزي عينة دياليزيد للحصول على منتج نهائي بوليمر مجففة.
2-تجميع للبوليمرات فونكتيوناليزيد ألدهيد
- توليف للسلائف ألدهيد مونومر N-(2,2-Dimethoxyethyl) ميثاكريلات (دميما)
- مكان 200 مل من حل هيدروكسيد الصوديوم 20% w/v في قارورة مستديرة-أسفل الرقبة 500 مل 3.
- الحل في حمام الثلج بارد والحفاظ على درجة حرارة 0 درجة مئوية مع الجليد أثناء عملية التفاعل.
- إضافة 50 مل من أمينواسيتيل ألدهيد ثنائي ميثيل أسيتال في حل هيدروكسيد الصوديوم تبريد.
- إضافة في 0.1 غرام إيقاع ((2,2,6,6-تيتراميثيلبيبيريدين-1-يل) أوكسيل) ويقلب 400 لفة في الدقيقة باستخدام شريط إثارة مغناطيسية حتى يذوب وتيرة تماما.
- إضافة 48 مل كلوريد ميثاكريلويل دروبويسي باستخدام سحاحة ما يزيد على 2 ح.
- بعد ح 2، تغطية وعاء التفاعل مع رقائق الألومنيوم وإجازة لإثارة بين عشية وضحاها.
- استخراج المنتج بإضافة المنتج رد فعل إلى 75 مل أثير البترول في قمع فصل 1 لتر، والهز، جليحه، والتخلص من الطبقة العليا.
- كرر الخطوة 2.1.7 ثلاث مرات بإضافة المنتج الطبقة السفلي من كل خطوة استخراج المنتج الخام إلى دورة استخراج التالية.
- إزالة المنتج النهائي أسفل الطبقة ونقل إلى كوب 100 مل.
- إضافة ~ 5 جرام سلفات المغنيزيوم (Mg2هكذا4) يحتفل بالكأس مع مونومر حتى "كرة ثلج" تأثير.
- التصفية من خلال 100 مل قمع بوخنر لإزالة ملغ2هكذا4.
- شطف الكأس مرتين مع ~ 75 مل أثير الميثيل ثالثي-بوتيل، صب شطف الحل عن طريق القمع في كل مرة.
- نقل المنتج إلى قارورة مستديرة قاع 500 مل وتتبخر المذيبات استخدام مبخر دوراني حرارة الغرفة 200 لفة في الدقيقة لتجميع المنتج النهائي.
- توليف للبوليمرات فونكتيوناليزيد ألدهيد
ملاحظة: يتم توفير الوصفة المحددة التالية للبوليمر السلائف بوجما بنيبام-ميميتيك (ص10) مع مول 30% ألدهيد الروغان. يمكن إعداد البوليمرات السلائف بنيبام وبوجما مع درجات حرارة التحول مرحلة مختلفة باستخدام نفس الأسلوب العام ولكن تعديل نوع ونسبة من مونومرات الأساسية المستخدمة (انظر الفرع 1-2 لإدخال تعديلات على مختلف بوجما البوليمرات)21 , 25 , 27.- تزن بملغ 37 من 2,2'-azobis(2-methylpropionate) (أيبمي)، 3.10 ز الغلايكول غليكول ميثاكريلات M(EO)2درجة الماجستير، 0.1 غرام من اليغو اثيلينيجليكول ميثاكريلات (أويجما475، 475 غ/مول، n = أكسيد الإثيلين 7-8 وحدات تكرار)، ز 1.30 من N-(2، 2- الاكريلاميد ديميثوكسيثيل) (دميما) و 7.5 ميليلتر من حمض ثيولجليكوليك (TGA) في قنينة التﻷلؤ زجاج 20 مل.
- ص. ب0 (درجة حرارة التحول درجة حرارة الغرفة بوجما)، استخدام ز 4.0 M(EO)2MA (لا أويجما475). ص. ب100 (لا انتقال الحرارة بوجما)، استخدم ز 4.0 أويجما475 (لا M(EO)2MA).
ملاحظة: المرحلة المتوسطة درجات حرارة التحول يمكن أن يتحقق على أساس استخدام مخاليط المتوسطة M(EO) MA2وأويجما475، حسب لوتز et al. 23 - حل جميع المواد الكاشفة في dioxane (5 مل/غ مجموع مونومر) في قاع جولة قارورة برقبة واحدة أو أكثر.
- تطهير رد فعل مع تدفق النيتروجين (يارثلينك الصف) لمدة 30 دقيقة.
- بمجرد إزالة، الإبقاء على مكان قارورة في حمام زيت ساخن مسبقاً في 75 درجة مئوية ح 4 تحت النيتروجين وآثاره المغناطيسية 400 لفة في الدقيقة.
- بعد ح 4، إزالة المذيب استخدام مبخر دوراني تعيين إلى 50 درجة مئوية و 200 لفة في الدقيقة.
- حل المنتج البوليمر الناتج في 100 مل من منزوع H2o.
- إضافة 50 مل من 1 M HCl في المحلول المذاب ويحرك تحت إثارة المغناطيسية (400 لفة في الدقيقة) عن 24 ساعة يتحلل تماما في وظائف أسيتال في دميما.
- بعد اكتمال رد فعل، نقل الحل البوليمر في أنابيب الغسيل الكلوي، وفقا للخطوة 1، 13.
- ليوفيليزي عينة دياليزيد للحصول على منتج نهائي بوليمر مجففة.
3-تصنيع كروسلينكيد هيدرازوني السائبة الهلاميات المائية
- حل المالئيك والبوليمرات ألدهيد فونكتيوناليزيد بشكل منفصل في 10 ملم الفوسفات مخزنة المالحة (PBS)، أو أية المطلوب مائي المخزن المؤقت، لإيجاد حلول للتركيزات المطلوبة.
ملاحظة: تركيزات الجماهيري بين 5-40% wt تستخدم عادة، مع جيليشن في تركيزات أقل ممكن إذا كانت موجودة أعلى المجموعة الوظيفية الكسور في البوليمرات. - استخدام المحاقن ماسورة واحدة لنقل الحلول، وتحميل كل السلائف حل (~ 1 مل كل) في برميل منفصلة لحقنه برميل مزدوجة (حجم 2.5 مل، المحاقن نسبة 1:1) يعلق على خلاط ثابت (طول 1.5 ") وحقنه (عادة 18 جرام، (اختياري) طول 1.5 "للدراسات في المختبر) و (اختيارياً) حقنه (عادة 18 ز، 1.5" طول للدراسات في المختبر).
- إعداد قوالب من السمك المطلوب والشكل والقطر باللكم الثقوب إلى ورقة مطاط سيليكون.
ملاحظة: في تجربة نموذجية، يتم استخدام مجموعة قياسية لكمه لكمه ثقب أسطواني قطره 7 ملم داخل مطاط ورقة (الحجم الإجمالي لخزان ~ 300 ميليلتر) سيليكون سميكة 1/16 ". - تحميل قالب سيليكون على مجهر زجاج قياسية الشريحة باللكم الثقوب في العفن مدعومة تماما الزجاج. أوصى يغسل HCl 0.1 متر من الزجاج ولكن ليس مطلوباً من قبل تركيب قالب سيليكون.
- شارك قذف محتويات حقنه برميل مزدوجة من خلال خلاط ثابت تماما ملء (أو قليلاً أوفيرفيل، مع غضروف في الجزء العلوي) العفن سيليكون.
ملاحظة: يمكن تحضير عينات متعددة أثناء قذف واحد عينة شريطة أن يكون الوقت جيليشن في نفس ترتيب الحجم أو أطول من إجمالي الوقت اللازم لملء قوالب متعددة. - ضع شريحة مجهر زجاج قياسية أخرى على رأس العفن وانتظر جيليشن لإكمال.
ملاحظة: وصفات القياسية المبينة في جل قسم التوليف داخل < 1 دقيقة؛ ولوحظت أبطأ جيليشن مرات (وبالتالي أوقات أطول في الانتظار المطلوبة) في انخفاض الكثافات المجموعة الوظيفية وتركيزات البوليمر أقل و/أو الكسور أعلى من أويجما475 بالنسبة M(EO)2ماجستير (بوجما الهلاميات المائية). - إزالة الشريحة المجهر أعلى واستخدام ملعقة لدفع المائية بعيداً عن العفن المطاط سيليكون.
- رفع القالب من شريحة مجهر السفلي لاسترداد الهلاميات المائية لإجراء مزيد من التجارب.
4-تصنيع كروسلينكيد هيدرازوني هلام المجهرية الدقيقة
- تصنيع رقاقة موائع جزيئية
- يذوي رقاقة سيليكون (د = 76.2 mm، 380 ميكرون سمك، فيخدر، التوجه < 100 >) بتدفئة في هوتبلت عند 200 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
- مركز يفر تدور المغطى ومعطف طبقة سميكة ميكرومتر ~ 100 من 100 سو-8 مقاوم الضوء عن طريق تطبيق ~ 7 مل من سو-8 مقاومة، وتكثف وتدور بسرعة تصل إلى 3000 لفة في الدقيقة بمعدل 500 دورة في الدقيقة/s، وثم عقد السرعة 3000 لفة في الدقيقة لمدة 30 ثانية.
- قبل خبز الطلاء عند 65 درجة مئوية لمدة 10 دقائق وثم لينة خبز الطلاء عند 95 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
- طباعة من النبائط على شفافية مع نمط موائع جزيئية يحددها الشكل 2أ، أن الأجزاء الشفافة هي النمط المطلوب طبقة مقاوم الضوء مبلمرة.
- إدراج رقاقة السيليكون المغلفة بمقاوم الضوء والنبائط في راصفة قناع وفضح يفر إلى 365 نانومتر الضوء ل 95 s (6.5 ث التعرض للسلطة).
- خبز يفر منقوشة لمدة 10 دقائق في 95 درجة مئوية، أولاً بوضعه في هوتبلت عند 65 درجة مئوية وتدفئة هوتبلت إلى 95 درجة مئوية إلى 10 درجات مئوية/دقيقة في وقت لاحق.
- إزالة يفر من هوتبلت ومكان في كوب 500 مل تحتوي على 100 مل سو-8 المطور لمدة 10 دقيقة على الأقل، ويحوم يفر ببطء في الحل في جميع أنحاء لإزالة الواقي الضوئي غير مكشوف. بعد 10 دقيقة، شطف يفر منقوشة بالكحول وتجف بالهواء. تخزين يفر منقوشة في بيئة باردة وجافة بعيداً عن الضوء عندما لا تكون قيد الاستعمال لصب نسخة الطباعة الحجرية الناعمة.
- مكان العفن موائع جزيئية منقوشة في طبق بتري. موقف ~ 10 مم أطوال 13 L/S سيليكون أنابيب على مداخل ومنافذ للرقاقة.
- صب ~ 10 مل بولي (ثنائي ميثيل siloxane) (PDMS؛ أعده خلط سيليكون الاستومر قاعدة وسيليكون الاستومر علاج عامل بنسبة 10:1) على رأس الرقاقة، بعناية تجنب إدراج أي PDMS داخل أنابيب سيليكون وضعت.
- ضع طبق بيتري في فراغ غرفة ل ~ 10 دقيقة لإزالة فقاعات الهواء المستمرة في وحول هيكل منقوشة خلال المعالجة.
- علاج PDMS واسطة وضع طبق بتري يحتوي على العفن منقوشة و PDMS أونكوريد في هوتبلت في 85 درجة مئوية ح 2-3.
- تقشر بعناية PDMS شُفي من رقاقة السيليكون منقوشة لفضح لينة معدني منقوش PDMS النسخة المتماثلة من العفن موائع جزيئية.
- مكان PDMS منقوشة وشريحة زجاجية رأسا في بلازما عالية الطاقة أنظف مع جو آر. تطبيق البلازما في متور 200 و 45 ث ل 90 ثانية السندات PDMS على الشريحة الزجاجية وإنشاء رقاقة موائع جزيئية النهائي.
- توليف لجل المجهرية الدقيقة
- إعداد بنيبام فونكتيوناليزيد المالئيك (بنيبام-هزد) بإذابة نيبام (4.5 ز)، وحامض اﻷكريليك (ز 0.5-15 mol % إجمالي مونومر)، حمض ثيوجليكوليك (TGA، ميليلتر 80)، واستر ثنائي ميثيل حمض 2، 2-أزوبيسيسوبوتيريك (أيبمي، ز 0.056) في 20 مل إيثانول اللامائى و بعد اتباع الخطوات 1.4-1.14 لإتمام التوليف، على الرغم من أن تغيير درجة الحرارة رد فعل إلى 56 درجة مئوية في الخطوة 1، 5.
- إعداد ألدهيد فونكتيوناليزيد بنيبام (بنيبام-التعيينات المحددة المدة) عن طريق تذويب نيبام (ز 4)، N-(2، 2-ديميثوكسيثيل) ميثاكريلات (دميما، ز 0.95-13.4 mol % إجمالي مونومر)، حمض ثيوجليكوليك (TGA، ميليلتر 80)، واستر ثنائي ميثيل حمض 2، 2-أزوبيسيسوبوتيريك (أيبمي، ز 0.056) في 20 مل من الإيثانول، وفي وقت لاحق عقب 2.2.4-2.2.10 الخطوات لإتمام التوليف، على الرغم من أن تغيير درجة الحرارة رد فعل إلى 56 درجة مئوية في خطوة 2.2.5.
- يذوب بنيبام هزد وبنيبام-المدة 6% wt في المياه وتحميل في المحاقن مل 5 القياسية منفصلة.
- حل 1 الفاعل النطاق % wt (مثلاً، تمتد 80) في زيت البارافين الثقيلة وتحميل الحل في محقن قياسية 60 مل.
- الاتصال المحاقن حل البوليمر السلائف اثنين على حدة قناتين مدخل منفصل البوليمر على رقاقة موائع جزيئية والحل زيت البارافين في النفط مدخل القناة على رقاقة موائع جزيئية عبر معرف سيليكون 1/32 "أنابيب (~ 30 سم طول كل مدخل، ~ 45 سم طول كل منفذ).
- باستخدام اثنين منفصلة مضخات التسريب المحاقن (واحدة للنفط المنبع، وواحدة للنفط أضيف بعد على فوهة)، تسليم النفط إلى الرقاقة بمعدل تدفق بين 1.1 مل/ساعة و 5.5 مل/ساعة دون بدء تدفق البوليمر رئيس الوزراء الرقاقة والتأكد من شرائح خالية من العيوب و التنفيذية (عادة ما تظل على مدى فترة 30 دقيقة).
- باستخدام مضخة الحقن تسريب منفصلة، تقديم كل من حلول البوليمر مائي للرقاقة بمعدل تدفق 0.03 مل/ساعة.
- وبعد فترة استقرار أولية لضمان التدفق وقد اكويليبراتيد وتتشكل جزيئات موحدة (30 دقيقة-1 ح)، جمع الجسيمات في قارورة أسفل جولة مغناطيسيا المقلبة.
- جمع الجزيئات حتى يصبح كل النفط المستهلكة (12-55 ح، اعتماداً على تدفق). توقف المضخات المحاقن، وإذا رغبت في ذلك، فورا ضخ المياه بدلاً من حلول البوليمر السلائف من خلال رقاقة لتنظيف. ومع ذلك، نظراً جيليشن في الموقع السريع لهذه المواد عند إيقاف التدفق، يوصي باستخدام شريحة جديدة لكل تجربة منفصلة.
- إيقاف إثارة المغناطيسية والسماح جل المجهرية الدقيقة لتسوية. صب قبالة كل زيت البارافين المتاحة باستخدام ماصة.
- لإزالة زيت البارافين المتبقية، يغسل المجهرية الدقيقة هلام مع بينتان (مطبق في حجم 10 مل لكل 0.5 مل من يمثل وحدة التخزين)، ومزيج مستحلب لشدة ~ 1 دقيقة، تسمح هلام المجهرية الدقيقة لإعادة تسوية ~ 1-2 ساعات، وصب قبالة المرحلة العضوية المتبقية باستخدام ماصة. كرر 5 مرات على الأقل لضمان إزالة زيت البارافين كاملة.
- ريسوسبيند جل المجهرية الدقيقة بواسطة 10 مل من الماء داخل قنينة التﻷلؤ زجاج 20 مل وتطهير القنينة مع النيتروجين بين عشية وضحاها إزالة أي بينتان المتبقية.
5-تصنيع هيدرازوني كروسلينكيد نانوجيلس
- حل حلول الأسهم من بنيبام هزد (1 w/v%) وبنيبام--المدة (1 w/v%) في المياه. إعداد بنيبام هزد والمدة بنيبام كما هو موضح في المقاطع 4.2.1 و 4-2-2، على التوالي.
- الحرارة من قاسمة 5 مل من الحل بنيبام هزد الأسهم إلى 70˚C باستخدام حمام زيت تحت إثارة المغناطيسية (350 لفة في الدقيقة) داخل قنينة التﻷلؤ زجاج 20 مل.
ملاحظة: ينبغي أن يصبح الحل كامد (أي درجة حرارة يتجاوز أدنى درجة حرارة الحل الحاسم بنيبام هزد)، ولكن ينبغي تشكيل لا ترسبات مرئية. - إضافة قاسمة 0.25 مل من بنيبام-المدة (و 5-20% من كتلة بنيبام هزد موجودة في الحل البذور) دروبويسي في الحل بنيبام هزد ساخنة على مدى فترة من 5-10 ق.
- مواصلة خلط الحل في التﻷلؤ زجاجة لإضافية 15 دقيقة، وبعد إزالة أي العينة من حمام الزيت والسماح للمنتج لتبرد في درجة حرارة الغرفة بين عشية وضحاها.
- دياليزي نانوجيلس الناجمة عن ذلك على مدار 6 × 6 دورات (باستخدام غشاء الديال موكو كاتشين 3500) ضد المياه لإزالة أي بوليمر غير كروسلينكيد. إذا رغبت في ذلك، ليوفيليزي للتخزين.
6-تصنيع النانو كروسلينكيد هيدرازوني
- إعداد بوجما فونكتيوناليزيد المالئيك (بوجما-هزد) بإذابة ميثاكريلات أوليجوثيلينيجليكول ز 4.0 ملغ 37 ثنائي ميثيل 2,2'-azobis(2-methylpropionate) (أيبمي)، (أويجما475، 475 غ/مول، n = أكسيد الإثيلين 7-8 وحدات تكرار)، وحامض اﻷكريليك 0.25 g (أإ) في dioxane 20 مل واتباع الخطوات 1.3-1.14 لإتمام التوليف.
- إعداد بوجما فونكتيوناليزيد ألدهيد (بوجما-التعيينات المحددة المدة) بإذابة 50 ملغ ثنائي ميثيل 2,2'-azobis(2-methylpropionate) (أيبمي)، ميثاكريلات أوليجوثيلينيجليكول ز 4.0 (أويجما475، 475 غ/مول، n = أكسيد الإثيلين 7-8 وحدات تكرار)، و 0.60 ز ن-(2، 2- ميتاكريليت ديميثوكسيثيل) (دميما) في dioxane 20 مل و 2.2.3-2.2.10 الخطوات التالية لاستكمال التقرير التوليفي.
- حل بوجما-هزد (15% بالوزن) وبوجما-المدة (15% بالوزن) في حلول منفصلة المياه.
- حل بولي (أكسيد الإيثيلين) (مكتب الأخلاقيات المهنية، مث= 600 × 103 g/mol, 5 wt %) في المياه. ميكس 1 مل من حل مكتب الأخلاقيات المهنية مع كل حل بوجما رد الفعل أعد الخطوة 6.3 لإيجاد حلول نهائية السلائف wt 7.5% بوجما السلائف البوليمر و 2.5% wt مكتب الأخلاقيات المهنية.
- تحميل الحلول اثنين في برميل منفصلة من نفس المحاقن مزدوجة الماسورة الموضحة في القسم 3 (بما في ذلك أيضا 1.5 "خالط ثابتة) وجبل المحاقن برميل مزدوجة على مضخة الحقن تسريب.
- إرفاق خلاط ثابت وابرة ز 18 نصيحة بلانت بحقنه مزدوجة للبرميل.
- قم بتوصيل إمدادات طاقة عالية الجهد الإبرة نصيحة بلانت، ترتكز على جامع.
ملاحظة: جامعي تتألف أما من ساحة 10 × 10 مم من رقائق الألومنيوم أو قرص ألومنيوم قطرها ملم ~ 10 الغزل بمعدل 200 لفة في الدقيقة، سواء شنت عمودي بالإبرة على مسافة 10 سم من نهاية الإبرة. - بدء ضخ حقنه بمعدل 0.48 مل/ساعة، وفي نفس الوقت، قم بالتبديل في جهد العالي من 8.5 كيلو فولت لأداء اليكتروسبينينج وإنشاء النانو.
- مواصلة اليكتروسبينينج كما هو مطلوب لجعل السقالات من سمك مختلفة أو حتى يتم استنفاد الحلول مدخل.
- لإزالة المساعدات اليكتروسبينينج بيو، نقع السقالات التي تم جمعها عن 24 ساعة في المياه.
Representative Results
الهلاميات المائية السائبة مقذوف من حقنه برميل مزدوجة في قالب سيليكون مطابقة لإبعاد العفن وأصبح قائما على إزالة العفن؛ عادة ما يحدث جيليشن ثانية إلى دقائق قذف المشارك التالي اعتماداً على السلائف البوليمر المستخدمة. وصف نموذجي عبر تورم (تقاس باستخدام إدراج ثقافة خلية جرافيميتريكالي لإزالة المائية سهولة من حل تورم)، ثيرموريسبونسيفيتي (تقاس باستخدام نفس الأسلوب ولكن ركوب الدراجات درجة حرارة الحضانة المذكورة أعلاه و أدناه مرحلة انتقال درجة الحرارة)، يوضح تدهور (المقاسة باستخدام نفس الأسلوب لكن على مدى فترات زمنية أطول)، والقص أو معامل ضاغطة (تقاس باستخدام عينات القطر مصبوب سميكة ومم 7 مم 2) ألواح المائية الاستجابات تبعاً لكيمياء البوليمر السلائف (على وجه التحديد، بوجما، نسبة قصيرة إلى سلسلة طويلة أويجما مونومرات المستخدمة لإعداد المائية)، الكسر الخلد من المجموعات الوظيفية في البوليمرات السلائف، وتركيز تلك السلائف البوليمرات (الشكل 5)27.
ميكروفلويديكس يؤدي إلى تشكيل المعالم جل المجهرية الدقيقة بمقياس حجم من 25-100 ميكرومتر، مع حجم يمكن السيطرة عليها على أساس معدلات تدفق النفط و/أو على مراحل (الشكل 6A) البوليمر مائي المجمعة31. المجهر الضوئي المرحلة الساخنة يؤكد أن المجهرية الدقيقة جل الحفاظ على طبيعة الهلاميات المائية الجزء الأكبر، عرض عكسها تعتمد على درجة حرارة التورم-ديسويلينج مع فقط التباطؤ طفيف في دورة 1 (تعزى إلى ثيرموريسبونسيفي تشكيل لا رجعة فيه الهيدروجين السندات بين مجموعات أميد المجاورة في دولة منهارة34) يتفق مع ما لوحظ في معظم بنيبام الهلاميات المائية (الشكل 6B)32. وعلاوة على ذلك، المجهرية الدقيقة جل تتحلل إلى سلائفها oligomeric مع مرور الوقت، تمكن إزالة الكلوي (الشكل 6)32.
التجميع الذاتي بدافع نانواجريجاتيون من البوليمر بنيبام فونكتيوناليزيد المالئيك في حل ساخنة تليها crosslinking مع بنيبام فونكتيوناليزيد ألدهيد البوليمر يؤدي إلى درجة عالية من مونوديسبيرسي نانوجيلس (polydispersity < 0.1) على حجم مجموعة من 180-300 نانومتر، تبعاً لظروف العملية المستخدمة (الشكل 7أ)28. الاحتفاظ نانوجيلس سلوك نموذجي ثيرموريسبونسيفي نانوجيلس بنيبام كروسلينكيد الجذور الحرة التقليدية، بدرجات أقل من ديسويلينج الحرارية ولاحظ حيث تمت إضافة البوليمر أكثر العابرة للربط (الشكل 7ب). نانوجيلس يمكن المجففة بالتبريد وريديسبيرسيد دون حدوث تغيير في حجم الجسيمات (الشكل 7ج) وتتحلل مع مرور الوقت عن طريق التحلل المائي لإعادة تشكيل السلائف oligomeric البوليمرات المستخدمة في صياغة نانوجيلس (الشكل 7د).
اليكتروسبينينج رد الفعل يخلق نانوفيبروس المائية الهيكل (8 الشكلA)، مع أقطار nanofiber حدود ~ 300 نانومتر يمكن تحقيقها دون جسيمات اليكتروسبرايد مرئية عرض33. عازل النانو بوجما القائم في المياه يؤدي إلى ترطيب السريع (تقريبا اثنان أوامر من حجم أسرع من تحقيقه مع هلام الجزء الأكبر من تكوين نفسه، الرقم 8ب) ولكن يحافظ مورفولوجية نانوفيبروس أكثر من 8-10 أسابيع قبل هيدروليكي تدهور في الظروف الفسيولوجية؛ ويلاحظ تدهور أسرع في بيئات حفزت حمض، كما هو متوقع نظراً لاحتمال تدهور السندات حفزت حمض هيدرازوني (الشكل 8ج). هياكل نانوفيبروس أيضا قوي ميكانيكية في كلا من الدول الجافة وتورم خلال دورات متعددة، مما يتيح سهولة التعامل وتكرار إجهاد (الشكل 8د).
الشكل 5 : معظم خصائص في الموقع-التبلور الهلاميات المائية القابلة للتحلل ثيرموريسبونسيفي. (A) الممثل بوجما هلام المجهرية الشبكة والصور المائية الأكبر مع أوقات جيليشن المقابلة كدالة للإدراج % الخلد أويجما475 في البوليمرات السلائف؛ (ب-ج) معامل التخزين من بو100 الهلاميات المائية بتركيز البوليمر السلائف (ب) متفاوتة و (ج) الخلد % إدراج المجموعة الوظيفية الواحدة والبوليمر السلائف؛ (د-و) الخصائص الفيزيائية بوجما الهلاميات المائية كدالة أويجما475 الخلد % التأسيس: (د) تخزين معامل التحويل (ه) تدهور الشخصية في 1 M HCl، ودرجة حرارة مرحلة التحول حجم (و) استجابة لدرجة الحرارة تغيير على المدى 20-60 درجة مئوية. كافة أشرطة الخطأ تمثل الانحراف المعياري ل n = 4 قياسات نسخ متماثل. مقتبس من مرجع27 بإذن من السفير. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 6 : الخصائص المجهرية الدقيقة جل التحلل من رد الفعل ميكروفلويديكس. (أ) تأثير معدل تدفق زيت البارافين على هلام (المنقي) يمثل الحجم في المياه؛ (ب) ثيرموريسبونسيفيتي لجل المنقي المجهرية الدقيقة في المياه بعد دورة حرارية واحدة فوق وتحت درجة حرارة التخزين المرحلة الانتقالية؛ التقييم (ج) البصرية (الصور) وهلام تخلل اللوني آثار (الرسم البياني) تؤكد تدهور جل المجهرية الدقيقة وإعادتها إلى مكوناتها البوليمر السلائف (هنا، في 1 M HCl تيسيرا للتدهور المتسارع في مقياس الوقت لتصوير)؛ شريط المقياس = 100 ميكرومتر. مواءمة من مرجع32. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 7 : خصائص نانوجيلس القابلة للتحلل من رد الفعل التجميع الذاتي. (A) توزيع حجم الجسيمات من نانوجيلس على استعداد مع مختلف ألدهيد: المالئيك البوليمر نسب الشامل من تشتت الضوء الحيوي (داخلي: صورة مجهرية إلكترون انتقال يؤكد طبيعة الكروية نانوجيلس)؛ (ب) ثيرموسينسيتيفيتي الذاتي تجميعها الجسيمات كدالة لنسبة الشامل بين ألدهيد: المالئيك البوليمر المستخدمة لإعداد نانوجيلس (من تشتت الضوء الحيوي)، مع أشرطة الخطأ تمثل الانحراف المعياري ل n = replicates 4؛ (ج) Visual تأكيد عدم التجميع نانوجيل ما قبل وما بعد ليوفيليزيشن؛ (د) visual تأكيد تدهور حفزت حمض نانوجيلس (هنا في 1 M HCl للاتساق مع غيرها من الدراسات المذكورة أعلاه)؛ (ﻫ (هلام تخلل آثار اللوني لمنتجات التحلل نانوجيل مما يدل على تشابه المالئيك والبوليمرات فونكتيوناليزيد ألدهيد السلائف. تكييف بإذن من المرجع28. حقوق الطبع والنشر عام 2015، جمعية الكيميائيين الأمريكية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 8 : خصائص النانو التحلل من رد الفعل اليكتروسبينينج. (أ) فحص المجهر الإلكتروني صوراً للنانو في الجافة الدولة (إلى اليسار)، نصف مغموسة في الماء (فيلم الأوسط، رقيقة)، وتماماً غارقة في المياه بين عشية وضحاها (سقالة الحق، سميكة)؛ (ب) تورم نانوفيبروس المائية (أحمر) بالنسبة إلى المائية الجزء الأكبر (أزرق) لتكوين نفس، مع أشرطة الخطأ تمثل الانحراف المعياري ل n = 4 replicates؛ (ج) المسح (داخلي) والمجهر الإلكتروني الصور المرئية تتبع تدهور حمض حفزت النانو في 1 M HCl؛ (د) الشد ركوب الدراجات من الجاف (دورات 80، 20% استطالة/دورة) وتورم (دورات 325، 10% استطالة/دورة في برنامج تلفزيوني 10 ملم) اليكتروسبون نانوفيبروس الهلاميات المائية. الرقم معدلة من مرجع33 واستنساخها بإذن من "المجتمع الملكي للكيمياء". الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Discussion
ونحن قد طبقت بنجاح جميع تقنيات تصنيع هذه أنظمة البوليمر متعددة باستخدام اختلافات طفيفة فقط من الأساليب المذكورة بالتفصيل أعلاه بنيبام وبوجما؛ ومع ذلك، يجب أن يكون المستخدمون هذه البروتوكولات إدراكا للمشاكل المحتملة التي يمكن أن تنشأ عندما يتم استبدال البوليمرات الأخرى في هذه العمليات. على وجه الخصوص، زيادة اللزوجة للبوليمرات السلائف يمكن أن تؤثر سلبا على كل من بروسيسيبيليتي (لا سيما في الأسلوب موائع جزيئية)، فضلا عن كفاءة خلط البوليمرات السلائف اثنين. وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن تسيطر في الوقت جيليشن للبوليمرات بمعدل يعتمد على مورفولوجية المستهدفة بغية تجنب جيليشن السابق لأوانه الذي يخدم لتحول دون تدفق أو منع إينتيرديفوسيون للبوليمرات قبل رد الفعل، أساسي للنموذج المطلوب هياكل هلام متجانس. قيود محددة لكل استراتيجية، فضلا عن النهج قد استخدمنا لتكييف هذه النهج لمعالجة هذه القيود في كل مقياس الطول تلفيق، يرد أدناه.
الهلاميات المائية عن طريق حقنه مزدوجة للبرميل بثق المشارك بالجملة
جيليشن الوقت متغيراً رئيسيا لعنصر التحكم لضمان كفاءة تقنية حقنه برميل مزدوجة لتشكيل الهلاميات المائية الأكبر. البوليمرات التي جل سريع جداً عند الاتصال (< s 1-2) يمكن أن تسد خلاط ثابت، أما وقف تدفق تماما أو أسفر عن المبالغ غير المقايسة للبوليمرات السلائف اثنين يجري مقذوف من المحاقن. وقد وجدنا أن جيليشن مرات > 5 s الأفضل (على الرغم من أن ليس مطلوب) لاستخدام هذه التقنية؛ هذا مهم خاصة إذا هي أن يلقي الهلاميات المائية نسخ متماثل للتحليل المادي أو الميكانيكية ضمان أن يلقي المائية كل نفس التكوين. ويمكن تغيير الوقت جيليشن بسهولة عن طريق تغيير كثافة المجموعات الوظيفية رد الفعل على أحد أو سلائف البوليمرات (مجموعة وظيفية أقل كثافة مما يؤدي إلى جيليشن أبطأ) أو تغيير تركيز البوليمرات السلائف المستخدمة لتكوين (هلام خفض تركيزات مما أدى إلى جيليشن أبطأ)21. بدلاً من ذلك، استبدال مجموعة ألدهيد (رد الفعل أكثر) مع مجموعة كيتون (رد الفعل أقل) اليكتروفيلي في زوج التبلور إلى حد كبير يقلل من الوقت جيليشن دون تغيير إلى حد كبير تكوين المائية الناتجة عن35 ; البوليمرات المحضرة مخاليط ألدهيد وكيتون من السلائف أحادي يمكن استخدامها لضبط الوقت جيليشن كما هو مطلوب دون تغيير تركيز سلائف البوليمرات المستخدمة (ومن ثم النسبة المئوية الشامل للمواد الصلبة في الجل الناتجة عن تشكيل).
ونلاحظ أيضا أن يلقي المائية الأولى لا يتمتعون دائماً نفس خصائص اللاحقة الهلاميات المائية المدلى بها، ملاحظة يعزى إلى الاختلافات الطفيفة في معدل فيها محتويات البراميل هما فعلا إلى خلاط ثابت. نتيجة لذلك نحن عادة رئيس المحاقن برميل مزدوجة بالانبثاق صغيرة (< 0.3 مل) جزء جل قبل الشروع في عملية الصب للتقليل من هذه التقلبات. أخيرا، بينما لا مشكلة عادة عند استخدام oligomeric البوليمرات الاصطناعية قبل، لزوجة حلول البوليمر السلائف واحد أو أكثر يمكن أن تشكل تحديا في إطار هذا الأسلوب، سواء من حيث تسهيل تدفق الاكتئاب الإبهام بسيطة باستخدام فضلا عن تشجيع الاختلاط فعالة داخل خلاط ثابت. ومع ذلك، بعض الشيء المثير للدهشة، حتى حلول البوليمر السلائف مع اللزوجة المختلفة حادا لا تزال تشكل الهلاميات المائية متجانساً نسبيا باستخدام المرفقات خلاط الثابتة المبينة في القائمة أجزاء (مثلاً، بنيبام مع ارتفاع الجزيئية الوزن الكربوهيدرات26)، مما يوحي بأن الشواغل المتعلقة بخلط غير فعالة نتيجة لسوء المتطابقة اللزوجة قد لا تكون كبيرة على الأقل بمقياس الأكبر. إذا لزم الأمر، استخدام مضخة الحقن (بدلاً من الإبهام) إلى تدفق محرك الأقراص و/أو استخدام إبرة قياس أكبر عند المنفذ يمكن أن تساعد في التغلب على المسائل المرتبطة اكسترودابيليتي في هذه النظم.
الهلاميات المائية عبارة عن طريق رد الفعل ميكروفلويديكس
أن الخطوة الرئيسية المرتبطة بنهج ميكروفلويديكس لتصنيع يمثل جل هو فتيلة شرائح ميكروفلويديكس مع البوليمرات رد الفعل اثنين. إذا تم تسليم البوليمرات مع الضغوط المختلفة أو بمعدلات مختلفة إلى شرائح، الضغط التفاضلي يمكن أن تدفع الدفق حل البوليمر أحد السلائف إلى الخزان (أو على الأقل نحو الخزان) من البوليمر السلائف الأخرى. هذه النتائج في جيليشن المنبع من تكوين الجسيمات، وعرقلة تدفق فعال وهكذا تحتاج إلى التخلص من شرائح. المسار ملتويا مطبوع بين كل خزان ونقطة الاختلاط يخلق مقاومة كبيرة للدفق؛ ومع ذلك، حتى عامل مدربين سوف أحياناً جل شريحة قبل التوصل إلى نظام تدفق مستقر. استناداً إلى تجربتنا، بين 1-2 دقيقة مطلوب عادة لتحقيق استقرار تدفقات عقب الشروع في تشكيل الحبرية (على مدى الوقت الذي نسبيا بوليديسبيرسي هلام المجهرية الدقيقة تنتج)؛ إذا كان أي مشاكل لوحظت خلال 5-10 دقائق الأولى من العملية، من المرجح أن ساعات عديدة لإنتاج الجسيمات مونوديسبيرسي المستمر يمكن أن يتحقق. استخدام البوليمرات السلائف مع اللزوجة نسبيا جيدا المتطابقة، فضلا عن أوقات جيليشن غير لحظية (على الأقل > 15 s الأفضل) يساعد كثيرا في تجنب مثل هذه المشاكل، وتشجيع تكوين تدفقات مستقرة.
علما أن تدفق مختلف معدلات تتراوح بين 0.01-0.1 مل/ح في المرحلة المائية ومل 1.1-5.5/ح في مرحلة النفط قد تم اختبارها باستخدام هذا تصميم الرقائق، مما أدى إلى تصنيع جزيئات في حجم مجموعة ~ 25-100 ميكرومتر وفقا للقص المطبقة في تركز تدفق مفترق الطرق؛ مساواة معدلات تدفق أسرع للقص أعلى وهكذا تشكل جسيمات أصغر31،32. يتراوح معدل تدفق النفط مع المحافظة على انخفاض معدل مجموع التدفقات المائية (~0.03 مل/ساعة، كما ورد في البروتوكول) تبين أن الأكثر فعالية التحكم بحجم يمثل جل دون المساس مونوديسبيرسيتي أو عمر الجهاز، وكانت كل منها ولاحظ أن ينخفض إلى حد كبير في نهاية أعلى من المعدلات المذكورة مجموع تدفق مائي. أكبر معدلات تدفق النفط (> 5.5 مل/ساعة) لإنشاء جسيمات أصغر ممكنة، ولكن زادت من مخاطر رقاقة تنسل الأطراف (حد مشترك مصادفة مع رقائق موائع جزيئية PDMS المستعبدين من البلازما). الترابط والرقائق باستخدام أسلوب آخر قد تمكن أسرع معدلات التدفق وهكذا الإنتاج يمثل جيل أصغر، وهي استراتيجية أننا ندرس حاليا. خفض حجم الفوهة قد يساعد أيضا على تقليل حجم المجهرية الدقيقة التي يمكن أن تنتج، أن كان في تزايد خطر جيليشن سابق لأوانه قبل تشكيل الجسيمات. تباطؤ معدلات تدفق تميل إلى تؤدي إلى تدفق القلاقل وهكذا بوليديسبيرسيتيس أعلى وزيادة خطر الإصابة برقاقة جيليشن؛ ويمكن التغلب على هذا القيد باستخدام نظام مراقبة تدفق موائع جزيئية الأقنية التي قد الاستقرار أعلى ودقة أعلى من مضخات الحقن القياسية المستخدمة في هذا البروتوكول.
اختيار النفط كان حاسما لنجاح هذا البروتوكول، كزيوت أثقل (مواتية من حيث منع التكتل يمثل جل بعد جمع) أدت إلى تشكيل الجسيمات كثير أقل اتساقا في الفوهة من زيت السيليكون الخفيفة أفادت في البروتوكول. نحن افترض هذا الحد من إمكانية تكرار نتائج نتيجة لانخفاض اتساق ضخ حقنه من الزيوت أثقل، مما يؤدي إلى متغير أكثر القص عند نقطة خلط. تجنب جل يمثل التجميع في قارورة جمع كان أيضا تحديا، لا سيما فورا على الخروج من الجهاز موائع جزيئية عند هذه النقطة في الموقع جيليشن لم تكن كاملة وكبيرة الأرقام المتاحة رد الفعل الوظيفية مجموعات متاحة لشكل الجسور بين اصطدام الجسيمات في الحمام جمع. التصدي لهذا التحدي من خلال: زيادة طول القناة الخروج على رقاقة موائع جزيئية نفسها، والحفاظ على جل المجهرية الدقيقة في التدفق الصفحي لفترة أطول من الوقت لتعزيز جيليشن أكثر اكتمالا؛ إضافة القنوات الجانبية بعد الفوهة لتغذية المزيد من النفط إلى شرائح ومن ثم فصل أفضل جل المجهرية الدقيقة في هذه القناة بعد خلط دون التأثير على ميادين القص في فوهة نفسها أو أن معدل إنتاج الجسيمات؛ وإضافة خلاط مغناطيسي إلى قارورة جمع لتجنب جل يمثل الترسيب والحفاظ على متوسط فصل أكبر بين الجزيئات المجاورة. في حين أن المرجح أن تحسين استقرار الجهاز البوليمرات التبلور بطيئا للغاية والتقليل من القضايا مع فتيلة، لوحظت هذه النظم أيضا زيادة كبيرة في مخاطر جل يمثل التجميع، كعدد أكبر من المجموعات الوظيفية رد الفعل ما زال الممتص (وهكذا قادرة على الجسور بين الجسيمات في النموذج) على مدى فترة أطول من الزمن. على هذا النحو، تظهر مرات جيليشن بناء على أمر من 15-60 ثانية يكون الحل الأمثل لهذا الأسلوب: بطيئة تستهلك ما يكفي لتمكين فتيلة ولكن سرعة كافية لضمان رد الفعل أكثر المجموعات الوظيفية قبل المجهرية الدقيقة جل تخرج القناة الاندفاق الصفحي إلى جمع قارورة.
وأخيراً، إزالة النفط قولبة ضروري لتضمن احتفاظ الجسيمات الناتجة عن خصائص ذكية من المتوقع استناداً إلى تكوين البوليمرات قبل إضافتها وتمكين استخدام هذه الجزيئات في سياق الطب الحيوي. بينتان الغسيل الإجراء الموصوف كانت فعالة للغاية في هذا الصدد لجل العامة يمثل الإنتاج. ومع ذلك، يتطلب تطبيق هذه التقنية في سياق الطب الحيوي مباشر (مثلاً، تغليف خلية على رقاقة) إعادة تقييم لهذا البروتوكول. وقد بحثنا أيضا استخدام زيت الزيتون، واقترح أن تكون الخلايا نفط خاملة أكثر في سياق الاتصال36، كما مشتت. إذا كان ممكناً تشكيل الجسيمات، يمثل جل السكان كانت كثير بوليديسبيرسي أكثر مما يمكن تحقيقه مع الزيت المعدني، على الأقل مع تصميم الشريحة الحالية. وهكذا، بينما يبدو أن الرقاقة قابلة للتكيف للبوليمرات الاصطناعية والطبيعية بوليمر هلام يمثل تشكيل31، تصميم تعديل قد يكون مطلوباً لاستغلال هذه التقنية على نطاق أوسع عبر كافة التركيبات الممكنة المادية.
النانو الهلاميات المائية عن طريق رد الفعل التجميع الذاتي
تم تشكيل نانوجيلس باستخدام مجموعة واسعة جداً من معالجة الظروف، بما في ذلك تركيزات مختلفة من بوليمر البذور (0.5-2 wt %)، نسب مختلفة من crosslinking:seed البوليمر (0.05-0.2)، ودرجات حرارة مختلفة (40-80 درجة مئوية)، مختلف (سرعة خلط 200-800 لفة في الدقيقة)، وتدفئة مختلفة الأوقات بعد إضافة البوليمر (2-60 دقيقة) كروسلينكير28. فيما يتعلق بتركيزات، الاتجاهات التي لوحظت بشكل عام كما سوف يمكن التنبؤ، بتركيزات أعلى من بوليمر البذور يؤدي إلى نانوجيلس أكبر وأعلى نسب من البوليمر crosslinker:seed يؤدي إلى نانوجيلس مع أعلى كثافة التشعب وأقل وبالتالي ثيرموريسبونسيفيتيس. وينبغي التشديد على أن زيادة بوليمر البذور تركيز عالية جداً يؤدي في نهاية المطاف المجمع التجميع بدلاً من نانواجريجيشن، تمشيا مع ما لوحظ في عملية الترسيب التقليدية الحرة الراديكالية لتشكيل ثيرموريسبونسيفي نانوجيلس3. كما عثر على أقصر تدفئة مرات أن تكون مواتية لتشكيل أصغر حجماً وأكثر مونوديسبيرسي الجسيمات. نحن افترض أن عقد في نانواجريجاتي في أوقات أطول في درجة حرارة فوق لكست أحد أو كلا من البوليمرات السلائف يزيد من احتمال التراكم عند الاصطدام نانوجيل، مع زيادة hydrophobicity من السندات هيدرازوني نسبة إلى أما السلائف ألدهيد أو المالئيك المجموعات الوظيفية مما يجعل هذا التجميع على الأرجح كما هو زيادة درجة crosslinking تحقيقه. في نهاية المطاف، أقصر تدفئة الأوقات بإيجابية من وجهة نظر عملية، كما يمكن أن تشكل عدد سكان نانوجيل مونوديسبيرسي في أقل من 2 دقيقة بعد إضافة البوليمر كروسلينكير؛ تم العثور على 10 دقيقة لوقت أطول يمكن أن تنتج دائماً نانوجيلس مونوديسبيرسي بينما يسمح أيضا لإنتاج أكثر شدة كروسلينكيد نانوجيلس. من المثير للاهتمام، الأسلوب ملحوظ غير مبال بالاختلاط، مع أحجام الجسيمات متطابقة تقريبا وتوزيع حجم الجسيمات الناتجة عن خلط سرعات مختلفة، أو حتى توسيع نطاق هذه العملية إلى كميات أكبر. بينما في البداية فوجئت بهذه النتيجة، فإنه يحتمل يتحدث إلى الدور الأساسي للديناميكا الحرارية في تنظيم الإنتاج نانوجيل.
لتحقيق بوليديسبيرسيتيس منخفضة، يبدو استقرار الغروية ودرجة الماء نانواجريجاتي المتغيرات الرئيسية. على سبيل المثال، يؤدي نانواجريجاتيس المعدة باستخدام البوليمرات فونكتيوناليزيد المالئيك أكثر ماء كالبذور بدلاً من البوليمرات فونكتيوناليزيد ألدهيد أقل ماء إلى نانوجيلس مع بوليديسبيرسيتيس أقل بكثير. الفرق بين درجة حرارة الجمعية التجريبية ولكست من البوليمر البذور ضروري أيضا. تعمل في درجة حرارة فوق بوليمر البذور لكست ((T-LCST) < 5 درجة مئوية) ويوفر أعلى احتمال تشكيل نانوجيل مونوديسبيرسي؛ تعمل جيدا أعلاه لكست يخلق نانواجريجاتيس مسعور وقد أنهار أكثر أنه من المرجح إلى الكلية وأقل احتمالاً التشعب، أثناء التشغيل أدناه نتائج لكست في بوليمر بذور غير المضغوط نسبيا التي لا يمكن أن يكون فعالاً أو تكاثر كروسلينكيد. للتنبؤ بأفضل مونوديسبيرسيتي الجسيمات، نوصي أولاً إجراء مسح الأشعة فوق البنفسجية/مقارنة لقياس بداية لكست البوليمر البذور وبعد ذلك القيام بعملية التجميع الذاتي عند درجة حرارة 1-2 درجة مئوية فوق ذلك لكست.
لاحظ أن نانوجيلس المنتجة باستخدام هذا الأسلوب يمكن المجففة بالتبريد وريديسبيرسيد دون أي تغيير في الاستقرار الغروية، غالباً ما تكون غير ممكنة لهياكل تجميعها ذاتيا، وفي رأينا يمكن أن تعزى إلى أسلوب تحقيق الاستقرار كروسلينكينج لدينا. ونتوقع أيضا أن البوليمر البذور فقط يجب أن تكون ثيرموريسبونسيفي لهذا الأسلوب للعمل؛ استخدام البوليمرات التي أما غير المستجيبة أو الاستجابة للمحفزات الأخرى العابرة للربط يمكن زيادة توسيع نطاق انطباق هذا الأسلوب في نهاية المطاف. أخيرا، حيث خلط البوليمرات السلائف رد الفعل اثنين في هذه الحالة السلبية بدلاً من وقت جيلاتيون النشط، أقل أهمية بكثير من حيث مراقبة العملية بالنسبة لاستراتيجيات التصنيع الأخرى الموصوفة. ومع ذلك، حتى في هذا الأسلوب، حفظ الوقت الإجمالي crosslinking < 30 دقيقة أمر مرغوب فيه التقليل من خطر تراكم الجسيمات.
نانوفيبروس الهلاميات المائية عن طريق رد الفعل اليكتروسبينينج
التحكم في الوقت جيليشن للبوليمرات قبل رد الفعل أمر ضروري لنجاح جل nanofiber الإنتاج مرة أخرى. على وجه الخصوص، مطابقة تقريبا وقت الإقامة للبوليمرات السلائف في خلاط ثابت (الذي تسيطر عليه تغيير معدل التدفق للحل من المحاقن مزدوجة الماسورة وكذلك طول وتورتوسيتي من خلاط ثابت) مع جيليشن الأكبر الوقت للبوليمرات السلائف ضروري على حد سواء للحفاظ على سبينابيليتي، فضلا عن ضمان crosslinking فعالة من نسج الألياف بين الإبرة وجامع. جيلاتيون أسرع يؤدي إلى عدم فعالية التنمية مخروط تايلور وهكذا جل سبينابيليتي الفقيرة، بينما نتائج جيلاتيون أبطأ في محلول مائي بدلاً من جل ضرب جامع، أسفر عن نشر وتكوين طبقة رقيقة في نهاية المطاف بدلاً من النانو. تعمل في أوقات الإقامة أدناه قليلاً جيليشن معظم الوقت قد وجد أيضا أن تكون فعالة (ويفضل في الواقع الحد من خطر انسداد إبرة) نظراً لتبخر الماء كما هو نسج الحل الفعال يركز البوليمرات السلائف في تيار وهكذا تسارع حركية جيليشن أثناء عملية الغزل. في هذا السياق نفسه، تعمل في أعلى الإبرة لجامع المسافات (> 10 سم) هو مواتية عموما في هذه العملية، كما مسافات أقصر خفض الوقت المتاح لتبخر الماء ومن ثم تتطلب رقابة أكثر صرامة على العلاقة بين وقت الإقامة والوقت جيليشن من أجل الحفاظ على منتج نانوفيبروس.
لاحظ أن استخدام مكتب الأخلاقيات المهنية (أو أخرى عالية الوزن الجزيئي والبوليمر اليكتروسبون بسهولة) يعتبر عنصرا أساسيا في هذا البروتوكول تعزيز تشكيل نانوفيبير، ليغومرات بوجما قصيرة وتشعبت العالية وحدها لا تصل إلى درجة كافية من شرك للحث على اليكتروسبينينج؛ بدلاً من ذلك، اليكتروسبراي نتائج عملية في جميع ظروف اختبار لتركيبات بوجما فقط (على الرغم من أن هذا قد يكون أيضا تطبيقات لصنع جزيئات جل التحلل باستخدام الكيمياء نفس هذا). بتركيز مكتب الأخلاقيات المهنية أدنى من 1% بالوزن (الوزن الجزيئي MDa 1) مطلوب للحفاظ على مورفولوجيا نانوفيبروس تماما. ملاحظة أن مكتب الأخلاقيات المهنية يمكن إزالتها من الألياف عقب إجراء مغطس بسيط (المياه، ح 24) دون الإخلال بسلامة الشبكة نانوفيبروس؛ وبهذه الطريقة، يعمل مكتب الأخلاقيات المهنية أكثر كوسيلة مساعدة اليكتروسبينينج عابرة من أحد مكونات أساسية للمنتج النهائي نانوفيبروس. لاحظ أيضا أن أنواع مختلفة من جامعي، بما في ذلك رقائق الألومنيوم بسيطة (لخلق طبقة رقيقة الهلاميات المائية التي يمكن ديلاميناتي من جامع على مغطس) فضلا عن قرص ألومنيوم الدورية (لإنشاء السقالات سمكا) يمكن استخدامها بالاقتران مع هذا نفسه تقنية، ووفرت المتغيرات الأخرى عملية التحكم في معدل جيلاتيون ومعدل اليكتروسبينينج ومعدل تبخر الماء أثناء اليكتروسبينينج تظل دون تغيير.
من المثير للاهتمام، اعتماداً على الطريقة التي استخدمت لإعداد مورفولوجيس مختلفة، لوحظت اختلافات كبيرة في أوقات التدهور الهلاميات المائية أعد من السلائف المائية نفسها. على سبيل المثال، تخفض بوجما نانوفيبروس الهلاميات المائية أبطأ من معظم بوجما الهلاميات المائية مع نفس التكوين رغم أعلى بكثير من مساحة السطح والوصول إلى الماء يتحلل السندات هيدرازوني وهكذا. ونحن وتتعلق هذه الاختلافات إلى التناقضات الكامنة بين البروتوكولات وصف من ناحية هندسة خلط البوليمرات السلائف، مما قد يؤدي إلى هوموجينيتيس هلام الداخلية ومورفولوجيس التي تختلف اختلافاً كبيرا في في الموقع تركيز البوليمر السلائف على مقياس الوقت نفسه جيليشن، ذات أهمية خاصة في اليكتروسبينينج بسبب تبخر الماء المتزامن و crosslinking ولاحظ في هذه العملية. بينما نوعا ما وهذا قد تعقيد اختيار سلائف البوليمرات إذا البوليمر واحدة موجهة للاستخدام في كل بروتوكول، قد تقدم أيضا فرصة تقنية من حيث جعل الهلاميات المائية مع واحد من التركيب الكيميائي ولكن الخصائص الفيزيائية مختلفة جداً.
إجمالاً، توفر الأساليب الموصوفة استراتيجية لاختلاق نظائرها التحلل (أو على الأقل رينالى كليرابل) البوليمرات ثيرموريسبونسيفي عدة جداول طول (السائبة والجزئي ونانو)، ومع أنواع متعددة من الهياكل الداخلية (جسيمات أو ألياف). هذه البروتوكولات معالجة الحواجز الرئيسية للترجمة الناجحة من مواد ثيرموريسبونسيفي الاصطناعية أعد تقليديا في مجال الطب الحيوي: إينجيكتابيليتي والتحلل. ونحن نواصل استكشاف تطبيق هذه المواد في إيصال الأدوية والأنسجة بدءاً من استهداف المادية من السرطانات، التطبيقات الهندسية نقل المخدرات عبر حاجز الدم – المخ، تقديم العلاج للبروتينات في الجزء الخلفي من العين، واتجاهات نمو الأنسجة، والالتصاق ثيرموريفيرسيبلي والتفريق بين الخلايا، وبين التطبيقات الأخرى.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
التمويل من العلوم الطبيعية والهندسة بحوث المجلس من كندا (مقدمة)، إنشاء مقدمة-برنامج العنوان نفسه (التصميم المتكامل لمصفوفات خارج الخلية)، 20/20: مقدمة شبكة البحوث الحيوية العيون، ووزارة أونتاريو للبحوث و من المسلم به البرنامج "المبكر الباحث جوائز" الابتكار.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chemicals | |||
| 2,2 - azobisisobutryic acid dimethyl ester | Wako Chemicals | 101138 | |
| Di(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (M(EO)2MA) | Sigma Aldrich | 447927 | 188.2 g/mol, n=2 ethylene oxide repeat units |
| Oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA475) | Sigma Aldrich | 447943 | 475 g/mol, n=8-9 ethylene oxide repeat units |
| Acrylic acid (AA), 99% | Sigma Aldrich | 147230 | |
| Thioglycolic acid (TGA), 98% | Sigma Aldrich | T3758 | |
| Dioxane, 99% | Caledon Labs | 360481 | |
| Nitrogen, UHP grade | Air Liquide | Alphagaz1 765A-44 | |
| Adipic acid dihydrazide (ADH), 98% | Alfa Aesar | A15119 | |
| N'-ethyl-N-(3- dimethylaminopropyl)-carbodiimide (EDC, x%) | Carbosynth | FD05800 | |
| Hydrochloric acid (HCl), 37% | Sigma Aldrich | 320331 | |
| Sodium hydroxide (NaOH), 97% | Sigma Aldrich | 221465 | |
| Aminoacetyl aldehyde dimethyl acetal, 99% | Sigma Aldrich | 121967 | |
| 4-Hydroxy-TEMPO, 97% | Sigma Aldrich | 176141 | |
| Methacryloyl chloride,97x% | Sigma Aldrich | 523216 | |
| Petroleum ether, 95% | Sigma Aldrich | 32047 | |
| Magnesium sulfate, 99.5% | Sigma Aldrich | M7506 | |
| tert-Butyl methyl ether, >99.0% | Sigma Aldrich | 443808 | |
| Phosphate buffered saline | BioShop | PBS405.1 | 1x, pH 7.3-7.5 |
| N-isopropylacrylamide, 99% | J&K Scientific | 258717 | Recrystallized from 60% hexanes/40% toluene |
| Ethanol, anhydrous | Commerical Alchols | P016EAAN | |
| Span 80 | Sigma Aldrich | S6760 | |
| Heavy paraffin oil | Caledon Labs | 1326197 | |
| Pentane, reagent grade | Caledon Labs | 1/10/7800 | |
| Poly (ethylene oxide) average Mv 600,000 | Sigma Aldrich | 182028 | |
| Supplies essential for synthesis and hydrogel fabrication | |||
| Rotary evaporator | Heidolph | G3 | |
| Dialysis tubing (3500 Da molecular weight cut-off) | Spectrum Labs | 28170-166 | Vol/length= 6.4mL/cm |
| Double barrel syringe | Medmix | L series | L series, 2.5 mL, 1:1 volume ratio |
| Static mixer | Medmix | L series | L series, 2.5 mL, 1:1 volume ratio, 1.5" length |
| Silicone rubber sheet, 1/16" thickness | McMaster-Carr | 9010K12, 30A Durometer (Super Soft) | |
| Syringe pump | KD Scientific | KDS Legato 200 | Infuse Only Dual Syringe Pump |
| High voltage power supply | Spellman | 230-20R | 0 to 20 kV |
| Microfluidic Chip Fabrication | |||
| Silicon wafer | University Wafer | 2080 | D = 76.2 mm; 380 µm thickness; P-doped; <100> orientation |
| SU-8 100 | MicroChem | Y131273 | |
| SU-8 Developer | MicroChem | Y020100 | |
| Custom 2.5" spincoater | Built in-house | N/A | |
| Mask Aligner | KARL SUSS | MJB3 UV400 (with a 276 W lamp) | |
| Masterflex L/S 13 Silicone Tubing | Cole Parmer | OF-96400-13 | Peroxide-cured |
| Dow Corning Sygard 184 Silicone Elastomer Base | Ellsworth Adhesives | 4019862 | |
| Dow Corning Sygard 184 Silicone Elastomer Curing Agent | Ellsworth Adhesives | 4019862 | |
| High Power Plasma Cleaner | Harrick | PDC-002-HP | |
| Characterization Instruments | |||
| Mach 1 micromechanical tester | Biomomentum | LB007-EN | |
| Cellstar tissue culture 12 well plate | Greiner Bio-one | 665 180 | |
| Cell culture insert for 12 well plate | Corning | 08-771-12 | 8 µm pore size |
| Optical microscope | Olympus BX51 optical microscope | BX51 | |
| Temperature-controlled microscope stage | Linkam Scientific | THMS600 | |
| Gel permeation chromatograph (GPC) | Waters | 590 HPLC Pump | Waters Styragel columns (HR2, HR3, HR4; 30 cm x 7.8 mm (ID); 5 mm particles), Waters 410 refractive index detector |
| Dynamic light scattering (DLS) | Brookhaven | 90Plus Particle Size Analyzer | |
| Transmission electron microscopy (TEM) | TEMSCAN | JEOL 1200EX | Accelerating voltage 100 kV |
| Scanning electron microscopy (SEM) | Tescan | Vega II LSU | Accelerating voltage 10 kV |
| Microsquisher | CellScale Biomaterials Testing | MS-50M-01 |
References
- Heskins, M., Guillet, J. E. Solution Properties of Poly(N-isopropylacrylamide). J. Macromol. Sci. A. 2 (8), 1441-1455 (1968).
- Lutz, J. -F., Akdemir, Ö, Hoth, A. Point by Point Comparison of Two Thermosensitive Polymers Exhibiting a Similar LCST: Is the Age of Poly(NIPAM) Over. J. Am. Chem. Soc. 128 (40), 13046-13047 (2006).
- Pelton, R. H., Chibante, P. Preparation of Aqueous Lattices with N-Isopropylacrylamide. Colloids Surf. 20 (3), 247-256 (1986).
- Palasis, M., Gehrke, S. H. Permeability of Responsive Poly(N-Isopropylacrylamide) Gel to Solutes. J. Controlled Release. 18 (1), 1-11 (1992).
- Kawaguchi, H., Fujimoto, K., Mizuhara, Y. Hydrogel Microspheres .3. Temperature-Dependent Adsorption of Proteins on Poly-N-Isopropylacrylamide Hydrogel Microspheres. Colloid Polym. Sci. 270 (1), 53-57 (1992).
- Okuyama, Y., Yoshida, R., Sakai, K., Okano, T., Sakurai, Y. Swelling Controlled Zero-Order and Sigmoidal Drug-Release from Thermoresponsive Poly(N-Isopropylacrylamide-Co-Butyl Methacrylate) Hydrogel. J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 4 (5), 545-556 (1993).
- Snowden, M. J. The Use of Poly(N-Isopropylacrylamide) Lattices as Novel Release Systems. J. Chem. Soc. - Chem. Comm. (11), 803-804 (1992).
- Haraguchi, K., Takehisa, T., Ebato, M. Control of cell cultivation and cell sheet detachment on the surface of polymer/clay nanocomposite hydrogels. Biomacromolecules. 7 (11), 3267-3275 (2006).
- Lee, B., et al. Initiated chemical vapor deposition of thermoresponsive poly(N-vinylcaprolactam) thin films for cell sheet engineering. Acta Biomater. 9 (8), 7691-7698 (2013).
- Cole, M. A., Voelcker, N. H., Thissen, H., Griesser, H. J. Stimuli-responsive interfaces and systems for the control of protein-surface and cell-surface interactions. Biomaterials. 30 (9), 1827-1850 (2009).
- Feil, H., Bae, Y. H., Feijen, J., Kim, S. W. Molecular Separation by Thermosensitive Hydrogel Membranes. J. Membrane Sci. 64 (3), 283-294 (1991).
- Kim, J., Park, K. Smart hydrogels for bioseparation. Bioseparation. 7 (4-5), 177-184 (1998).
- Yamashita, K., Nishimura, T., Nango, M. Preparation of IPN-type stimuli responsive heavy-metal-ion adsorbent gel. Polym. Adv. Tech. 14 (3-5), 189-194 (2003).
- Ziolkowski, B., Czugala, M., Diamond, D. Integrating stimulus responsive materials and microfluidics: The key to next-generation chemical sensors. J. Intelligent Mater. Syst. Struct. 24 (18), 2221-2238 (2013).
- Zhang, Y., Kato, S., Anazawa, T. A flap-type hydrogel actuator with fast responses to temperature. Smart Mater. Struct. 16 (6), 2175-2182 (2007).
- Suzuki, D., Taniguchi, H., Yoshida, R. Autonomously Oscillating Viscosity in Microgel Dispersions. J. Am. Chem. Soc. 131 (34), 12058-12059 (2009).
- Schild, H. G. Poly(N-isopropylacrylamide): Experiment, Theory and Application. Prog. Polym. Sci. 17, 163-249 (1992).
- Oh, J. K., Min, K., Matyjaszewski, K. Preparation of poly (oligo (ethylene glycol) monomethyl ether methacrylate) by homogeneous aqueous AGET ATRP. Macromolecules. 39 (9), 3161-3167 (2006).
- Vihola, H., Laukkanen, A., Tenhu, H., Hirvonen, J. Drug Release Characteristics of Physically Cross-Linked Thermosensitive Poly(N-vinylcaprolactam) Hydrogel Particles. J. Pharm. Sci. 97 (11), 4783-4793 (2008).
- Zhang, L. F., Liang, Y., Meng, L. Z. Thermo-sensitive amphiphilic poly(N-vinylcaprolactam) copolymers: synthesis and solution properties. Polym. Adv. Tech. 21 (10), 720-725 (2010).
- Smeets, N. M. B., Bakaic, E., Patenaude, M., Hoare, T. Injectable and tunable poly(ethylene glycol) analogue hydrogels based on poly(oligoethylene glycol methacrylate). Chem. Comm. 50 (25), 3306-3309 (2014).
- Lutz, J. -F. Polymerization of oligo (ethylene glycol)(meth) acrylates: toward new generations of smart biocompatible materials. J. Polym. Sci. A. 46 (11), 3459-3470 (2008).
- Lutz, J. -F., Hoth, A. Preparation of Ideal PEG Analogues with a Tunable Thermosensitivity by Controlled Radical Copolymerization of 2-(2-Methoxyethoxy)ethyl Methacrylate and Oligo(ethylene glycol) Methacrylate. Macromolecules. 39 (2), 893-896 (2006).
- Patenaude, M., Campbell, S., Kinio, D., Hoare, T. Tuning Gelation Time and Morphology of Injectable Hydrogels Using Ketone-Hydrazide Cross-Linking. Biomacromolecules. 15 (3), 781-790 (2014).
- Patenaude, M., Hoare, T. Injectable, Degradable Thermoresponsive Poly(N-isopropylacrylamide) Hydrogels. ACS Macro Lett. 1 (3), 409-413 (2012).
- Patenaude, M., Hoare, T. Injectable, Mixed Natural-Synthetic Polymer Hydrogels with Modular Properties. Biomacromolecules. 13 (2), 369-378 (2012).
- Smeets, N. M. B., Bakaic, E., Patenaude, M., Hoare, T. Injectable poly(oligoethylene glycol methacrylate)-based hydrogels with tunable phase transition behaviours: Physicochemical and biological responses. Acta Biomater. 10 (10), 4143-4155 (2014).
- Sivakumaran, D., Mueller, E., Hoare, T. Temperature-Induced Assembly of Monodisperse, Covalently Cross-Linked, and Degradable Poly(N-isopropylacrylamide) Microgels Based on Oligomeric Precursors. Langmuir. 31, 5767-5778 (2015).
- Bakaic, E., Smeets, N. M. B., Dorrington, H., Hoare, T. "Off-the-shelf" thermoresponsive hydrogel design: tuning hydrogel properties by mixing precursor polymers with different lower-critical solution temperatures. RSC Adv. 5 (42), 33364-33376 (2015).
- Bulpitt, P., Aeschlimann, D. New strategy for chemical modification of hyaluronic acid: Preparation of functionalized derivatives and their use in the formation of novel biocompatible hydrogels. J. Biomed. Mater. Res. 47 (2), 152-169 (1999).
- Kesselman, L. R. B., Shinwary, S., Selvaganapathy, P. R., Hoare, T. Synthesis of Monodisperse, Covalently Cross-Linked, Degradable "Smart" Microgels Using Microfluidics. Small. 8 (7), 1092-1098 (2012).
- Sivakumaran, D., Mueller, E., Hoare, T. Microfluidic production of degradable thermoresponsive microgels based on poly(N-isopropylacrylamide). Soft Matter. , (2016).
- Xu, F., Sheardown, H., Hoare, T. Reactive Electrospinning of Degradable Poly(oligoethylene glycol methacrylate)-Based Nanofibrous Hydrogel Networks. Chem. Comm. 52 (7), 1451-1454 (2016).
- Troll, K., et al. The collapse transition of poly(styrene-b-(N-isopropyl acrylamide)) diblock copolymers in aqueous solution and in thin films. Colloid Polym. Sci. 286 (8), 1079-1092 (2008).
- Patenaude, M., Campbell, S., Kinio, D., Hoare, T. Tuning Gelation Time and Morphology of Injectable Hydrogels Using Ketone-Hydrazide Cross-Linking. Biomacromolecules. 15 (3), 781-790 (2014).
- Kelly, T. A., Felder, M. S., Ollar, R. A. Inducing Apoptosis in a Mammalian Cell by Contacting with Paraffin or Agar. US Patent. , 6,274,377 (2001).
