Summary
פרוטוקולים מתוארים להרכבת מתכלה thermoresponsive hydrogels מבוסס על hydrazone cross-linking של oligomers פולימריים על הסולם בתפזורת, microscale, ו ננו, והשני עבור הכנת ג'ל חלקיקים והן nanofibers.
Abstract
בעוד חומרים חכמים שונים נחקרו למגוון רחב של יישומים ביו-רפואי (למשל, תרופות, הנדסת רקמות, bioimaging, וכו '.), שימוש קליני האולטימטיבי שלהם יש כבר הקשו על ידי חוסר רלוונטיות ביולוגית השפלה שנצפו חומרים הכי חכם. זה נכון במיוחד עבור טמפרטורה מגיב hydrogels, אשר כמעט אחיד מבוססים על פולימרים הן מבחינה תפקודית שאינו מתכלה (למשל, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) או פולי (oligoethylene methacrylate גליקול) (POEGMA) ). בתור שכזה, כדי ביעילות לתרגם את הפוטנציאל של thermoresponsive hydrogels לאתגרים של שלט רחוק או מוסדר מטבוליזם לתרופות משלוח, התא פיגומים עם אינטראקציות סלולרי-חומר tunable, theranostic חומרים עם פוטנציאל עבור הדמיה, משלוח סמים, וגם כזה יישומים אחרים, שיטה נדרש כדי להבהיר את hydrogels (אם לא מתכלה באופן מלא) לפחות יכולת הכליה סיווג בעקבות משך החומר הנדרש. לשם כך, פרוטוקול זה מתאר את הכנת hydrogels hydrazone hydrolytically-מתכלים-תפור על מרובים פיסיקליות התגובה בין hydrazide לבין functionalized-אלדהיד oligomers PNIPAM או POEGMA עם מולקולרית משקולות מתחת לגבול סינון כליות. באופן ספציפי, שיטות כדי לפברק hydrogels בתפזורת thermoresponsive מתכלה (באמצעות טכניקה מזרק חבית כפול), חלקיקים הידרוג (על שתי microscale באמצעות פלטפורמה מיקרופלואידיקה הקלת ערבוב בו זמנית, תחליב של קודמן פולימרים של ננו באמצעות שימוש תרמית מונחה הרכבה עצמית ו- cross-linking שיטה), ומתוארות הידרוג nanofibers (באמצעות אסטרטגיה הריאקטיבי electrospinning). בכל מקרה, hydrogels עם טמפרטורה מגיב תכונות דומות מושגת באמצעות רדיקלים חופשיים קונבנציונאלי cross-linking תהליכים יכולה להיות מושגת, אבל יכול להיות מושפל hydrazone צולבים הרשת לאורך זמן להקים מחדש את oligomeric קודמן פולימרים ואישור לזמין. ככזה, אנו צופים בשיטות אלה (אשר עשוי להיות כללי שהוחל על סינתטי בכל פולימרים מסיסים במים, ולא רק חכם חומרים) יאפשר תרגום קל יותר של חומרים סינתטיים חכמים ליישומים קליניים.
Introduction
חומרים חכמים משכו תשומת לב משמעותית בשל הפוטנציאל שלהם "על פי דרישה" הפיכה, התגובות אותות חיצוניים ו/או איכות הסביבה. חומרים טמפרטורה מגיב משכו עניין מיוחד בשל התנהגותם טמפרטורה (LCST) פתרון קריטיות נמוכה יותר, וכתוצאה מכך משקעים מונחה-חום בטמפרטורה T >1,LCST2. בהקשר של thermoresponsive hydrogels, ההתנהגות בטמפרטורה נמוכה זו פתרון קריטי מתבטאת על-ידי הפיכה נפיחות/ביטול-swelling אירועים כתוצאה בגדלים בצובר טמפרטורה-tunable (גדול יותר ב- T < LCST)3, נקבובית בגודלי (ב- T < LCST)4ומאפיינים פנים (יותר הידרופילית-T < LCST)5. מעברים כאלה יושמו באופן נרחב משלוח סמים (עבור סמים חיצוני או לסביבה triggerable מהדורה4,6,7), הנדסת רקמות ותרבות תא (thermoreversible תא הדבקה / delamination8,9,10), הפרדות (עבור ממברנה להחלפה porosities, permeabilities או תומך אבחון תרמית למחזור11,12, 13), microfluidic תהליכים (עבור-שסתומי ויסות זרימת14,15), סימני פיסוק rheological (עבור צמיגויות טמפרטורה-tunable16). חקר הנפוץ ביותר thermoresponsive hydrogels מבוססים על poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM)17, למרות משמעותית (הגדלת) ועבודה ניצח גם על פולי (oligoethylene methacrylate גליקול) (POEGMA)2 ,18 ו- poly(vinylcaprolactam) (PVCL)19,20. POEGMA משכה עניין האחרונות מסוים נתון אילו תערובות צפוי באופן ליניארי של מונומרים עם מספר שונה של21,הצפויה הביו משופרת22וההתנהגות שלה LCST נתיישב-כדי-מנגינה, אתילן אוקסיד יחידות אני חוזר בשרשראות הצד שלהם יכול לשנות את LCST מ ~ 20 ° C עד > 90 ° C2,23. עם זאת, כל אחד פולימרים אלה מוכן על ידי רדיקלים חופשיים פלמור, ובכך מכיל עמוד השדרה פחמן-פחמן, להגביל באופן משמעותי את פוטנציאל השירות ואת translatability של פולימרים כאלה בהקשר של ביו יישומים שבהם השפלה (או לפחות הקיבולת לאישור באמצעות סינון כליות) הוא בדרך כלל דרישה.
בתגובה על מגבלה זו, לאחרונה דיווחנו בהרחבה על היישום של הכימיה hydrazone (כלומר., התגובה בין hydrazide לבין functionalized-אלדהיד פולימרים מראש) כדי להכין מתכלה מקבילים של thermoresponsive hydrogels24,25,26,27,28,29. התגובה המהירה והפיך בין קבוצות hydrazide, אלדהיד על ערבוב של פולימרים קודמן functionalized30 מאפשר הן בחיי עיר gelation (הפיכת נתיישב הזרקה של חומרים אלה ללא הצורך כירורגי ההשרשה או כל סוג של גירוי חיצוני הפילמור בשחרור הקרנה או כימי UV) כמו גם השפלה hydrolytic של הרשת בקצב מבוקר על ידי כימיה צפיפות של האתרים crosslinking. יתר על כן, על ידי שמירה על משקל מולקולרי פולימרים קדם השתמשו כדי להכין את hydrogels מתחת לגבול סינון כליות, hydrogels עשה שימוש בגישה זו לבזות בחזרה לתוך פולימרים קודמן oligomeric ניתן לפנות מהגוף25 27, ,28. יחד עם cytotoxicity נמוך והתגובה נמוכה רקמות דלקתיות המושרה על ידי אלה26,25,חומרים27, גישה זו מציעה שיטה לתרגום פוטנציאל לשימוש של thermoresponsive hydrogels חכם ברפואה, במיוחד אם יכול להיות מפוברק ומבוקרות היטב מתכלה מקבילים של כזה hydrogels על כל פיסיקליות (בתפזורת, מיקרו וננו).
ב פרוטוקול זה, אנו מתארים שיטות להכנת thermoresponsive סינתטי פולימרים טרום functionalized עם מספר מבוקר של hydrazide, אלדהיד קבוצות כמו גם שיטות כדי להחיל פולימרים אלה ליצירת hydrogels עם ממדים מוגדרים היטב על פיסיקליות שונות. בפרט, כתב יד זה מתאר ארבע גישות שונות פיתחו כדי לשלוט ערבוב של מגיב hydrazide, פולימרים טרום functionalized-אלדהיד ואנו ובכך ליצור thermoresponsive הידרוג רשתות עם גיאומטריות מוגדרים היטב, מורפולוגיות:
כדי ליצור בצובר מתכלה hydrogels עם גדלים מוגדרים, אסטרטגיה תבניות מתואר שלפיו פולימרים מראש תגובתי מוטענים לתוך חביות נפרדים של מזרק כפול-חבית מצויד ב- outlet שלה במערבל סטטי, לאחר מכן משותפת extruded לתוך תבנית סיליקון עם הידרוג הרצוי צורה וממדים21,27 (איור 1).
איור 1 : סכימטי של היווצרות הידרוג בצובר. Hydrazide תמיסות פולימר functionalized-אלדהיד (בתוך מים או מאגר מימית) מוטענים לתוך חביות נפרדים של מזרק חבית כפול, ואז שיתוף extruded דרך במערבל סטטי לתוך תבנית סיליקון גלילי. מהירה בחיי עיר gelation על ערבוב טפסים של הידרוג תפור hydrazone, וזה חינם עומד (פעם העובש יוסר) תוך שניות עד דקות בהתאם צפיפות ריכוז לבין קבוצה פונקציונלית פולימרים קודמן. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
ליצירת ג'ל מתכלה חלקיקים בסולם מיקרון, מתוארת שיטה מיקרופלואידיקה תגובתי תמיסות פולימר קודמן אשר נמצאים בו זמנית מעורב, emulsified באמצעות עיצוב שבב microfluidic תבניות הדפס אבן רכה, המאפשרת היווצרות של פולימר תגובתי מעורב טיפות ג'ל זה לאחר מכן בחיי עיר טופס microparticles ג'ל עם גדלים בתבניות על ידי31,אמולסיה (איור 2)32.
איור 2 : סכימטי היווצרות microparticle ג'ל באמצעות מיקרופלואידיקה תגובתי. (A, B) Hydrazide ופתרונות פולימר functionalized-אלדהיד (בתוך מים או מאגר מימית) ניזונים על ידי משאבת מזרק לתוך מאגרים נפרדים המחוברים במורד הזרם לרוחב זיג-זג סדרת ערוצים שנועדה ליצור מעבר הדרגתי לחץ מניעת זרם אחורי. פולימרים הם מעורב לפני כשנקודת על ידי שמן פראפין זורם משני הצדדים (גם מונע על ידי מזרק משאבה) ואז בכוח דרך זרבובית, וכתוצאה מכך מיקוד זרימת הייצור של מימית (פתרון פולימר) טיפות בשלב שמן פרפין רציפה (ראה (B) לאיור של האזור זרבובית, תהליך יצירת droplet). נוספת שני פרפין שמן אינלטס ממוקמות אחרי הצינור כדי נוספת נפרדת טיפות בערוץ אוסף כדי לאפשר gelation מלאה לפני הסרת חלקיקים של זרימה שכבתית, אחרי אשר microparticulate וכתוצאה מכך ג ' לים? אסף בתוך דיסקות מנוער; (ג) תמונה של תהליך יצירת droplet על הצינור (שים לב כי פולימר hydrazide מסומן בכחול כדי להמחיש ערבוב)
כדי ליצור חלקיקים מתכלה ג'ל על ננו, תרמית מונחה תגובתי הרכבה עצמית בשיטה המתוארת בו פתרון של אחד פולימרים קודמן תגובתי (הפולימר "זרע") מחומם מעל שלו LCST כדי ליצור nanoaggregate יציב זה לאחר מכן תפור על ידי התוספת של הפולימר קודמן תגובתי משלימים (הפולימר "crosslinking"); nanogel תפור hydrazone וכתוצאה מכך יש גודל בתבניות ישירות על-ידי nanoaggregate (איור 3)28.
איור 3 : סכימטי של היווצרות nanogel ויה מונחה תרמית תגובתי הרכבה עצמית- פתרון מימית המכילה הפולימר hydrazide-functionalized (thermoresponsive) הוא מחומם מעל לטמפרטורה פתרון קריטי התחתון שלה כדי ליצור nanoaggregate uncrosslinked יציב. הבא, פולימר functionalized-אלדהיד מתווסף crosslink את nanoaggregate דרך היווצרות הקשר hydrazone, ובכך לייצב את החלקיקים nanogel לאחר הקירור מתחת LCST. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
כדי ליצור nanofibers מתכלה, טכניקה electrospinning תגובתי מתואר בו מזרק חבית כפול המצויד במערבל סטטי ב outlet שלה (כפי משמש להכנת בצובר hydrogels) קשורה פלטפורמה electrospinning רגיל (איור 4 )33.
איור 4 : סכימטי של הידרוג היווצרות nanofiber ויה electrospinning תגובתי. מזרק חבית כפול במערבל סטטי (טעון כמתואר בצובר hydrogels אך גם כולל שבריר של משקל מולקולרי גבוה poly(ethylene oxide) כעזר electrospinning) הוא רכוב על מזרק משאבה, עם המחט בסוף המזרק מחובר כדי ספק כח בעל מתח גבוה. Hydrazone crosslinking מתרחשת במהלך סיבים מסתובב תהליך כך כאשר הזרם פוגע האספן (רדיד אלומיניום או דיסק אלומיניום מסתובב) המורפולוגיה nanofibrous נשמרת. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
היישום של שיטות כאלה ליצירת רשתות הידרוג חכם מתכלה הוא הפגינו לפרוטוקול זה באמצעות PNIPAM או POEGMA כמו הפולימר עניין; עם זאת, הגישות הבסיסיות שתוארו יכול לתרגם את כל פולימרים מסיסים במים, אמנם עם התאמות מתאימים עבור צמיגות, (במקרה של שיטת הרכבה עצמית של ייצור nanogel) היציבות של הפולימר קדם ביצירת הזרע nanoaggregate.
Protocol
1. סינתזה של פולימרים Hydrazide-functionalized
הערה: המתכון הספציפי הבאים מסופק עבור PNIPAM-מימטי thermoresponsive POEGMA קודמן הפולימר (PO10) עם 30 מול % hydrazide functionalization. פולימרים קודמן PNIPAM ו- POEGMA עם טמפרטורות שונות שלב המעבר ניתן להכין באמצעות שיטה כללית זו, אבל שינוי סוג של יחס של מונומרים הליבה פעם (ראו סעיף 1.2 עבור השינויים עבור פולימרים POEGMA שונים)21 , 25 , 27.
- שוקלים לצאת 37 מ"ג של 2,2'-azobis(2-methylpropionate) (AIBMe, יוזם), 3.1 גר' דיאטילן methacrylate גליקול (M(EO)2מא), 0.9 g של oligoethyleneglycol methacrylate (OEGMA475, 475 מול g/n = 7-8 אתילן אוקסיד יחידות אני חוזר), 523 µL של חומצה אקרילית (AA, comonomer), µL 7.5 של חומצה thiolglycolic (TGA, סוכן העברת השרשרת) לתוך בקבוקון נצנוץ 20 מ ל זכוכית.
- לשימוש פו0 (טמפרטורת המעבר בטמפרטורת החדר POEGMA), g 4.0 של M(EO)2MA (אין OEGMA475). עבור הזמנת רכש100 (אין מעבר טמפרטורה POEGMA), להשתמש 4.0 גר' OEGMA475 (אין M(EO)2מא).
הערה: שלב ביניים במעבר בטמפרטורות יכולה להיות מושגת בהתבסס על השימוש של תערובות ביניים של M(EO)2MA ו- OEGMA475, לפי. לאץ ואח 23 - להמיס כל ריאגנטים ב- dioxane (מונומר הכולל 5 מ"ל/g) בבקבוקון התחתון עגול עם צוואר אחד או יותר.
- נקה את התגובה עם חנקן זרימה (UHP כיתה) למשך 30 דקות.
- ברגע לצמיתות, מקם את הבקבוקון באמבט שמן מחומם מראש נשמרות ב 75 מעלות צלזיוס במשך 4 שעות תחת חנקן ובחישה מגנטית 400 סל ד.
- לאחר 4 שעות, להסיר הממס באמצעות את המאדה מוגדר כ- 50 ° C ו 200 סל ד.
- להמיס פולימר ובמוצר ב 150 מ ל מים יונים.
- להוסיף adipic חומצה dihydrizide (ADH) עודף טוחנת מחומשת למספר של שאריות AA שולבו הפולימר (בדוגמה זו, AA כוללת 29% מול של יחידות מונומר פולימרים מיוצר, לפי conductometric טיטור).
- התאם את רמת החומציות של הפתרון pH 4.75 באמצעות 0.1 M HCl.
- לאחר ה-pH התייצב, להוסיף-(3-dimethylaminopropyl) - NN'-ethylcarbodiimide (EDC)-עודף טוחנת 5-fold למספר של AA שאריות הנוכחי).
- לשמור על תגובה pH 4.75 עם תוספת dropwise של 0.1 M HCl מעל 4 שעות.
- להשאיר את התגובה להניע בן לילה.
- לשפוך הפתרון המוצר לתוך צינורות דיאליזה ארוך 3 ~ 30 ס מ (3500 Da משקל מולקולרי ניתוק, בעובי 1 אינץ '), באמצעות משפך כדי למזער את זליגת. להשתמש במלחצת קמצוץ. כדי לסגור את החלק התחתון של הצינור לפני מילוי על ידי קיפול קטע קטן (~ 2 ס מ) של הצינור כדי לשפר את שלמות קלאמפ; . אני חוזר בחלק העליון (הקשה כדי להסיר בועות אוויר) השלמת מילוי. מקום הצינורות בתוך אמצעי אחסון עודף 100-fold של מים יונים ולעזוב. לפחות 6 שעות, החלפת באופן מלא את המים מעל שישה מחזורים של דיאליזה כדי להשיג טוהר הרצוי.
- Lyophilize הדגימה dialyzed כדי לקבל מוצר סופי פולימרים יבשים.
2. סינתזה של פולימרים functionalized-אלדהיד
- סינתזה של אלדהיד-קודמן מונומר N-(2,2-Dimethoxyethyl) Methacrylate (DMEMA)
- במקום 200 מ"ל של פתרון NaOH 20% w/v לתוך בקבוקון עגול-התחתון של הצוואר 500 מ"ל 3.
- מגניב הפתרון באמבט קרח ולקיים לטמפרטורה של 0 ° C עם קרח במהלך התגובה.
- להוסיף 50 מ של aminoacetyl אלדהיד דימתיל אצטל הפתרון NaOH מקורר.
- הוסף ב- 0.1 גר' טמפו ((2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl) oxyl) ומערבבים במהירות של 400 סל ד באמצעות פס מגנטי מערבבים עד הקצב מתמוסס לחלוטין.
- הוסף 48 מ"ל של כלוריד methacryloyl dropwise באמצעות burette של מעל 2 h.
- לאחר 2 h, לכסות את מיכל התגובה עם רדיד אלומיניום ומניחים מערבבים בין לילה.
- לחלץ את המוצר על-ידי הוספת המוצר תגובה 75 מ של האתר נפט משפך הפרדה 1 ליטר, רועדת, degassing, ומחיקת השכבה העליונה.
- חזור על שלב 2.1.7 שלוש פעמים על-ידי הוספת המוצר השכבה התחתונה של כל שלב מיצוי כמו המוצר המחזור הבא החילוץ.
- הסר את המוצר השכבה התחתונה הסופי ואת העברת גביע 100 מ.
- להוסיף ~ 5 גרם מגנזיום גופרתי (מ ג2אז4) את הספל עם מונומר עד "כדור שלג" נצפית השפעה.
- לסנן דרך 100 מ ל בוכנר משפך כדי להסיר את מ ג2אז4.
- יש לשטוף את. הספל פעמיים עם ~ 75 מ"ל של האתר מתיל טרט-בוטיל, לשפוך את הפתרון שטיפה דרך המשפך בכל פעם.
- להעביר את המוצר אל בקבוק 500 מ"ל עגול-התחתון ואת להתאדות הממס באמצעות המאדה בטמפרטורת החדר 200 סל ד כדי לאסוף את המוצר הסופי.
- סינתזה של פולימרים Functionalized-אלדהיד
הערה: המתכון הספציפי הבאים מסופק עבור POEGMA PNIPAM-מימטי קודמן הפולימר (PO10) עם % מול 30, אלדהיד functionalization. פולימרים קודמן PNIPAM ו- POEGMA עם טמפרטורות שונות שלב המעבר ניתן להכין באמצעות אותה שיטה כללית אבל שינוי סוג של יחס של מונומרים הליבה פעם (ראו סעיף 1.2 עבור השינויים עבור פולימרים POEGMA שונים)21 , 25 , 27.- שוקלים לצאת 37 מ"ג של 2,2'-azobis(2-methylpropionate) (AIBMe), 3.10 גר' דיאטילן גליקול methacrylate M(EO)2אמא, 0.1 גר' oligo ethyleneglycol methacrylate (OEGMA475, 475 g/mol, n = 7-8 אתילן אוקסיד יחידות אני חוזר), 1.30 g N-(2,2- אקרילאמיד dimethoxyethyl) (DMEMA) ו- 7.5 µL של חומצה thiolglycolic (TGA) לתוך בקבוקון נצנוץ 20 מ ל זכוכית.
- לשימוש פו0 (טמפרטורת המעבר בטמפרטורת החדר POEGMA), g 4.0 של M(EO)2MA (אין OEGMA475). עבור הזמנת רכש100 (אין מעבר טמפרטורה POEGMA), להשתמש 4.0 גר' OEGMA475 (אין M(EO)2מא).
הערה: שלב ביניים במעבר בטמפרטורות יכולה להיות מושגת בהתבסס על השימוש של תערובות ביניים של M(EO)2MA ו- OEGMA475, לפי לאץ ואח. 23 - להמיס כל ריאגנטים ב- dioxane (מונומר הכולל 5 מ"ל/g) בבקבוקון התחתון עגול עם צוואר אחד או יותר.
- נקה את התגובה עם חנקן זרימה (UHP כיתה) למשך 30 דקות.
- ברגע לצמיתות, מקום הבקבוק באמבט שמן מחומם מראש שמרו ב 75 מעלות צלזיוס במשך 4 שעות תחת חנקן ובחישה מגנטית 400 סל ד.
- לאחר 4 שעות, להסיר הממס באמצעות את המאדה מוגדר כ- 50 ° C ו 200 סל ד.
- להמיס פולימר ובמוצר ב- 100 מ של יונים H2O.
- מוסיפים 50 מ של 1 M HCl בתוך תמיסת המומס ומערבבים תחת בחישה מגנטית (400 סל ד) במשך 24 שעות ביממה באופן מלא hydrolyze של פונקציות אצטל ב- DMEMA.
- לאחר השלמת התגובה, העברת הפתרון פולימרי לתוך צינורות דיאליזה, לפי שלב 1.13.
- Lyophilize הדגימה dialyzed כדי לקבל מוצר סופי פולימרים יבשים.
3. ייצור של Hydrazone תפור בצובר Hydrogels
- להמיס hydrazide, אלדהיד functionalized פולימרים בנפרד בתוך 10 מ מ פוספט buffered תמיסת מלח (PBS), או כל מאגר מימית הרצוי, ליצור פתרונות של ריכוזים הרצוי.
הערה: מסה ריכוזים בין 5-40% wt משמשים בדרך כלל, עם gelation בריכוזים נמוכים אפשרי אם גבוה יותר שברים קבוצה פונקציונלית קיימים על פולימרים. - באמצעות מזרק חבית כדי להעביר את הפתרונות, לטעון כל קודמן פתרון (~ 1 מ ל כל אחד) לתוך חביות נפרדים של מזרק חבית כפול (נפח 2.5 מ ל, 1:1 יחס מזרק) מצורף במערבל סטטי (אורך 1.5") ו- (אופציונלי) מזרק (בדרך כלל 18 גרם, אורך 1.5" עבור מחקרים במבחנה) ו (אופציונלי) מזרק (בדרך כלל 18 G, 1.5" אורך עבור מחקרים במבחנה).
- להכין תבניות בעובי הרצוי, הצורה ואת קוטר על ידי ניקוב חורים לתוך סדין גומי סיליקון.
הערה: בניסוי טיפוסי, ערכה ניקוב סטנדרטי משמש החור גלילי בקוטר 7 מ מ בתוך "1/16" סיליקון עבה גומי סדין (הנפח הכולל של מאגר ~ 300 µL). - הר כייר סיליקון על משטח זכוכית רגילה שקופית כך החורים אגרוף העובש מגובים לחלוטין על ידי זכוכית. לרחוץ HCl 0.1 M של הזכוכית מומלץ אך לא חובה לפני הרכבה התבנית סיליקון.
- שיתוף הבלטת תוכן המזרק חבית זוגי דרך המיקסר סטטי לחלוטין למלא (או מעט תמלא יותר מדי, עם מניסקוס בחלק העליון) כייר סיליקון.
הערה: מספר דוגמאות ניתן להכין במהלך ההבלטה אחד מדגם בתנאי הזמן gelation הוא באותו סדר גודל הצפוי או יותר הזמן הכולל נדרש למלא בתבניות מרובות. - מקום אחר שקופיות מיקרוסקופ זכוכית רגילה על העובש ולחכות gelation להשלים.
הערה: את המתכונים סטנדרטי המתוארות בסעיף סינתזה הג'ל בתוך < 1 דקה; פעמים gelation איטי יותר (ובכך זמני ההמתנה נדרש זמן רב יותר) הם נצפו על צפיפות נמוכה יותר קבוצה פונקציונלית, ריכוז נמוך יותר של פולימר ו/או שברים גבוה יותר של OEGMA475 ביחס M(EO)2MA (POEGMA hydrogels). - להסיר את השקופית העליונה מיקרוסקופ, להשתמש במרית לדחוף את הידרוג הרחק עובש גומי סיליקון.
- הרם את התבנית מן התחתון שקופיות מיקרוסקופ כדי לשחזר את hydrogels לבדיקה נוספת.
4. ייצור של Hydrazone תפור ג'ל Microparticles
- ייצור של שבב Microfluidic
- מייבשים רקיק סיליקון (D = 76.2 מ מ, עובי מיקרומטר 380, P-מסטול, התמצאות < 100 >) על ידי חימום על גזייה ב 200 מעלות צלזיוס במשך 5 דקות.
- מרכז את לחם הקודש על ספין coater והמעיל ~ 100 מיקרומטר שכבה עבה של סו-8 100 photoresist על-ידי החלת ~ 7 מ ל SU-8 להתנגד, ramping הספין מהירות עד 3000 סל ד בקצב של 500 סל ד/s, והחזקת ואז המהירות ב- 3000 סל ד למשך 30 שניות.
- לאפות מראש את הציפוי ב 65 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות, ואז רך-אופים הציפוי ב 95 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.
- הדפס של photomask על שקיפות התבנית microfluidic המוגדרת על-ידי איור 2א, כך הסעיפים שקופים הם התבנית הרצויה של השכבה polymerized photoresist.
- להוסיף את פרוסות סיליקון מצופים photoresist, את photomask aligner המסכה ולחשוף כשהפחד לאור nm 365 עבור 95 s (6.5 W חשיפה כוח).
- אופים את פרוסת סיליקון בדוגמת 10 דקות ב 95 מעלות צלזיוס, תחילה על-ידי הצבתו על גזייה ב 65 ° C, לאחר מכן חימום פלטת הבישול עד 95 ° C ב- 10 ° C/דקה.
- הסר את לחם הקודש פלטה ומקום בתוך 500 מ"ל המכיל 100 מ ל SU-8 מפתחים לפחות 10 דקות, מתערבל כשהפחד לאט בפתרון ברחבי להסיר photoresist שאינו חשוף. לאחר 10 דקות, שוטפים את לחם הקודש מקושטות עם אלכוהול איזופרופיל ומייבשים באוויר. לאחסן את פרוסת סיליקון בדוגמת סביבה קריר, יבש מן האור כאשר אינו בשימוש עבור לכייר משוכפל ליתוגרפיה רך.
- מניחים את התבנית microfluidic בדוגמת בצלחת פטרי. מיקום ~ 10 מ מ אורכי ל'/ש' 13 סיליקון אבובים על פתחי הכניסה, שקעים של השבב.
- יוצקים ~ 10 מ ל זכוכית אקרילית (דימתיל siloxane) (PDMS; שהוכנו על ידי ערבוב בסיס Elastomer סיליקון, סיליקון Elastomer אשפרה הסוכן על יחס 10:1) על גבי השבב, בזהירות הימנעות שילוב כל PDMS בתוך הצנרת שמוקם סיליקון.
- מניחים על צלחת פטרי בתוך תא ואקום ~ 10 דקות להסיר את בועות האוויר מתעקש סביב המבנה בדוגמת במהלך ריפוי.
- לרפא את PDMS על-ידי הצבת את צלחת פטרי המכילות את העובש בדוגמת ואת PDMS משומרים על גזייה ב 85 מעלות צלזיוס במשך 2-3 h.
- בזהירות לקלף את PDMS ריפא מ כשהפחד סיליקון בדוגמת לחשוף רך ליטוגרפית בדוגמת PDMS העתק מדויק של העובש microfluidic.
- מניחים את PDMS בדוגמת ושקופית זכוכית הפוך בפלזמה ובעוצמת מנקה באויר להאכיל. החלת הפלזמה-200 mTorr ו-45 W עבור 90 s בונד את PDMS אל השקופית זכוכית וליצור את השבב microfluidic הסופי.
- סינתזה של ג'ל Microparticles
- להכין PNIPAM hydrazide-functionalized (PNIPAM-Hzd) על ידי המסת NIPAM (4.5 גרם), חומצה אקרילית (0.5 g - מונומר סה כ % מול 15), חומצה thioglycolic (TGA, 80 µL) ואסתר אסיד דימתיל 2,2-azobisisobutyric (AIBME, 0.056 g) ב- 20 מ של אתנול נטול מים, לאחר מכן בצע את הפעולות 1.4-1.14 כדי להשלים את הסינתזה, למרות שינוי הטמפרטורה תגובה ל- 56 ° C בשלב 1.5.
- להכין PNIPAM functionalized-אלדהיד (PNIPAM-אלד) על ידי המסת NIPAM (4 גרם), N-(2,2-dimethoxyethyl) methacrylate (DMEMA, גרם 0.95 - מונומר סה כ % מול 13.4), חומצה thioglycolic (TGA, 80 µL), ואסתר אסיד דימתיל 2,2-azobisisobutyric (AIBME, 0.056 g) 20 mL של אתנול, לאחר מכן בעקבות צעדים 2.2.4-2.2.10 כדי להשלים את הסינתזה, למרות שינוי הטמפרטורה תגובה ל- 56 ° C בשלב 2.2.5.
- להמיס PNIPAM-Hzd ו- PNIPAM-אלד ב- 6% wt מים יונים, טען לתוך מזרקים mL 5 תקן נפרד.
- להמיס 1 wt % nonionic חומרים פעילי שטח (למשל, אורך 80) בשמן פרפין כבד, לטעון את הפתרון לתוך מזרק רגיל 60 מ.
- לחבר את מזרקים פתרון של פולימר קודמן שני בנפרד בין שני הערוצים כניסת של פולימר נפרד על השבב microfluidic והפתרון שמן פרפין לערוץ כניסת שמן על השבב microfluidic ויה 1/32" מזהה סיליקון אבובים (~ 30 ס מ אורך לכל כניסה, ~ 45 ס מ אורך לכל שקע).
- משתמשת בשני להפריד משאבות מזרק עירוי (אחד עבור הנפט במעלה הזרם, אחד עבור הנפט הוסיף לאחר הזרבובית), לספק את השמן לתוך השבב בספיקה בין 1.1 mL/h ו- 5.5 mL/h מבלי להפעיל את הזרם פולימר פריים השבב ולהבטיח השבב נמצא ללא פגם, מבצעי (בדרך כלל נשמר במשך 30 דקות).
- באמצעות אינפוזיה נפרד מזרק משאבה, לספק לכל אחד הפתרונות פולימר מימית השבב בספיקה של 0.03 נקודות mL/h.
- בעקבות תקופה ייצוב ראשוני כדי להבטיח זרימת יש equilibrated חלקיקים אחיד נוצרות (30 דקות - 1h), לאסוף את החלקיקים בבקבוקון מנוער דיסקות עגולות התחתון.
- לאסוף את החלקיקים עד שמן כל נצרך (12-55 h, בהתאם זרימה). עוצרים את משאבות מזרק, אם רצונך בכך, מיד משאבות המים במקום תמיסות פולימר קודמן באמצעות השבב כדי לנקות. עם זאת, בהתחשב את gelation באתרו מהירה של חומרים אלה כאשר הזרם מופסק, מומלץ להשתמש שבב חדש עבור ניסוי נפרדים.
- כבה את בחישה מגנטית ולאפשר את microparticles ג'ל להתיישב. Decant את כל שמן פרפין זמינים באמצעות פיפטה.
- כדי להסיר שמן פרפין הנותרים, לשטוף את microparticles ג'ל עם פנטאן (שיוחלו נפח של 10 מ"ל עבור כל 0.5 מ"ל נפח microparticle), לערבב נמרצות האמולסיה עבור ~ 1 דקה, לאפשר את microparticles ג'ל להסתפק מחדש ~ 1-2 שעות, ו- decant השלב אורגני שיורית באמצעות פיפטה. חזור לפחות 5 פעמים כדי להבטיח הסרת שמן פרפין מלאה.
- Resuspend את microparticles ג'ל יונים 10 מ"ל מים בתוך בקבוקון נצנוץ 20 מ ל זכוכית ולטהר את המבחנה עם חנקן בן לילה כדי להסיר כל פנטאן שיורית.
5. ייצור של Hydrazone תפור Nanogels
- להמיס פתרונות מניות של PNIPAM-Hzd (1 w/v%) ו- PNIPAM-אלד (1 w/v%) במים יונים. להכין PNIPAM-Hzd PNIPAM-אלד כמתואר בסעיפים 4.2.1 ו 4.2.2, בהתאמה.
- חום של aliquot מ של PNIPAM-Hzd מניות הפתרון 70˚C באמצעות אמבט שמן תחת בחישה מגנטית (350 סל ד) בתוך בקבוקון נצנוץ 20 מ ל זכוכית.
הערה: הפתרון צריך להיות אטום (כלומר הטמפרטורה עולה הטמפרטורה פתרון קריטי התחתון של PNIPAM-Hzd), אבל את התמיסה גלוי לא צריך להיווצר. - להוסיף את aliquot 0.25 mL של PNIPAM-אלד (5-20% wt של המסה של PNIPAM-Hzd נוכח הפתרון זרע) drop-wise בתוך תמיסת PNIPAM-Hzd מחוממת על פני תקופה של 5-10 s.
- ממשיכים לערבב שהפתרון ב נצנוץ שבקבוקי עבור דקות 15 נוספות, לאחר הסרה אילו המדגם מהאמבטיה שמן ולאפשר את המוצר להתקרר לטמפרטורת החדר למשך הלילה.
- Dialyze את nanogels שנוצר מעל שעה 6 x 6 מחזורים (באמצעות קרום דיאליזה MWCO 3500 kDa) נגד מים יונים כדי להסיר את כל הלא-תפור פולימר. אם רצונך בכך, lyophilize לאחסון.
6. ייצור של Hydrazone תפור Nanofibers
- להכין POEGMA hydrazide-functionalized (POEGMA-Hzd) על ידי המסת 37 mg דימתיל 2,2'-azobis(2-methylpropionate) (AIBMe), 4.0 g oligoethyleneglycol methacrylate (OEGMA475, 475 g/mol, n = 7-8 אתילן אוקסיד יחידות אני חוזר), חומצה אקרילית 0.25 g (AA) ב- 20 מ ל dioxane, בעקבות צעדים 1.3-1.14 כדי להשלים את הסינתזה.
- להכין POEGMA functionalized-אלדהיד (POEGMA-אלד) על ידי המסת 50 מ"ג דימתיל 2,2'-azobis(2-methylpropionate) (AIBMe), 4.0 g oligoethyleneglycol methacrylate (OEGMA475, 475 g/mol, n = 7-8 אתילן אוקסיד יחידות אני חוזר), ו- g 0.60 N-(2,2- methacrylate dimethoxyethyl) (DMEMA) 20 מ ל dioxane, 2.2.3-2.2.10 השלבים הבאים כדי להשלים את הסינתזה.
- להמיס POEGMA-Hzd (15 wt %) ו- POEGMA-אלד (15 wt %) בתחום פתרונות המים יונים נפרדים.
- להמיס פוליפוני (אתילן אוקסיד) (פאו, Mw= 600 x 103 g/mol, 5 wt %) במים יונים. לערבב 1 מ"ל של הפתרון פאו עם כל פתרון POEGMA תגובתי מוכן בשלב 6.3 ליצור פתרונות קודמן הסופי של wt 7.5% POEGMA קודמן פולימר ו- wt 2.5% פאו.
- לטעון את שני פתרונות לתוך חביות נפרדים של המזרק כפול-חבית באותו המתוארות בסעיף 3 (כולל גם 1.5" מיקסר סטטי) והר המזרק חבית כפול על משאבת מזרק אינפוזיה.
- לצרף המזרק כפול-חבית במערבל סטטי ו מחט 18 גרם וקהה.
- להתחבר מתח גבוה מתח המחט וקהה, מקורקעת-האספן.
הערה: אספנים מורכב משתי מרובע 10 מ"מ x 10 מ"מ רדיד אלומיניום או ~ 10 מ מ קוטר אלומיניום דיסק מסתובב בקצב של 200 סל ד, שניהם רכובים בניצב לבין המחט ממרחק של 10 ס מ מהקצה של המחט. - להתחיל את משאבת מזרק בקצב של 0.48 mL/h ולעבור, בו זמנית, על מתח גבוה של 8.5 kV לבצע את electrospinning וליצור nanofibers.
- המשך electrospinning לפי הצורך כדי להפוך פיגומים בעוביים שונים או עד הפתרונות כניסת מוצו.
- כדי להסיר את הסיוע electrospinning פאו, משרים פיגומים שנאספו במשך 24 שעות במים יונים.
Representative Results
Hydrogels בתפזורת extruded של מזרק חבית כפול לתוך תבנית סיליקון לממדים של העובש והופכים שעמד חופשי על הסרת עובש; gelation מתרחשת בדרך כלל שניות עד דקות הבאות ההבלטה שיתוף בהתאם מבשרי פולימר המשמש. אפיון טיפוסי דרך נפיחות (נמדד gravimetrically באמצעות הוספה התרבות של תאים בקלות להסיר את הידרוג מהפתרון נפיחות), thermoresponsivity (נמדד באותה שיטה, אבל רכיבה על אופניים הטמפרטורה הדגירה לעיל, להלן שלב טמפרטורת המעבר), השפלה (נמדד באמצעות באותה שיטה, אבל מעל פרקי זמן ארוכים יותר), ו הטיה או compressive מודולוס (נמדד באמצעות דגימות בעובי 2 מ מ קוטר יצוק 7 מ מ) מדגים את tunability של הידרוג תגובות בהתאם הכימיה של הפולימר קודמן (במיוחד, עבור POEGMA, היחס של קצר שרשרת ארוכה OEGMA מונומרים נהגה להכין את הידרוג), השבר השומה של קבוצות פונקציונליות של פולימרים קודמן ולאחר את הריכוז של אלה קודמן פולימרים (איור 5)27.
מיקרופלואידיקה שמוביל היווצרות של microparticles ג'ל מוגדרים היטב בסולם בגודל של 25-100 מיקרומטר, עם גודל לשליטה בהתבסס על שיעור זרימת השמן ו/או בשילוב פולימר מימית שלבים (איור 6A)31. מיקרוסקופ אופטי הבמה חם מאשרת microparticles ג'ל לשמור על האופי thermoresponsive של hydrogels בתפזורת, מציג הפיכה תלוית טמפרטורה נפיחות-deswelling עם רק היסטרזיס קלה על מחזור 1 (המיוחס היווצרות קשר מימן בלתי הפיך בין קבוצות אמיד השכן מצבו המצומצם34) עקבי עם זה נצפתה בצובר PNIPAM hydrogels (איור 6B)32. יתר על כן, microparticles ג'ל לבזות לחזור מבשרי oligomeric שלהם לאורך זמן, המאפשרת סיווג הכליה (איור 6C)32.
הרכבה עצמית מונעת על ידי nanoaggregation של פולימר PNIPAM hydrazide functionalized בפתרון מחוממת ואחריו crosslinking עם PNIPAM functionalized-אלדהיד פולימר תוצאות מאוד monodisperse nanogels (polydispersity < 0.1)- טווח בגודל של 180-300 ננומטר, בהתאם לתנאי התהליך משמש (איור 7א)28. Nanogels שומרים על ההתנהגות thermoresponsive אופייני של nanogels PNIPAM המקובלת תפור חינם-רדיקלי, עם דרגות נמוכות של deswelling התרמית שנמדדו כמו פולימר יותר cross-linking נוספה (איור 7ב'). Nanogels ניתן lyophilized, רדיספריות ללא שינוי גודל החלקיקים (איור 7C) ולבזות לאורך זמן באמצעות הידרוליזה לעיצוב מחדש של פולימרים קודמן oligomeric בשימוש על מנת לגבש את nanogels (איור 7D).
Electrospinning ריאקטיבי יוצר nanofibrous של הידרוג מבנה (איור 8א), עם nanofiber קטרים הסדר ~ 300 ננומטר השגה בלי חלקיקים electrosprayed גלוי להציג33. לספוג את nanofibers מבוססי POEGMA במים יוצרת הידרציה מהירה (בערך שני סדרי גודל מהר יותר ממה שהושג עם ג'ל בצובר של הרכב אותו, איור 8ב') אך שומר המורפולוגיה nanofibrous מעל 8-10 שבועות לפני hydrolytic השפלה-בתנאים פיזיולוגיים; השפלה מהר יותר הוא ציין בסביבות מזורז-חומצה, כצפוי בשל פוטנציאל מזורז-חומצה hydrazone בונד השפלה (איור 8ג). המבנים nanofibrous הסתיימו גם מכנית חזקים בארה ב הן יבש ונפוח מחזורי מרובים, המאפשר טיפול קל חוזרות התאמץ (איור 8יח)
איור 5 : מאפייני באתרובג'לי פרירים מתכלה thermoresponsive hydrogels. (א) נציג POEGMA ג'ל רשת מזערים ותמונות הידרוג בתפזורת עם המקביל gelation פעמים כפונקציה של שיתוף % השומה OEGMA475 בפולימרים קודמן; (בג) מודולוס אחסון של פו hydrogels100 על ידי ריכוז בדרגות שונות של פולימר קודמן (B) (ג) שומה % קבוצה פונקציונלית התאגדות לכל קודמן פולימר; (D-F) המאפיינים Physiochemical של POEGMA hydrogels כפונקציה של OEGMA475 השומה % התאגדות: (ד) אחסון מודולוס (E) השפלה פרופיל 1 M HCl, טמפרטורת המעבר של שלב האחסון (נ) בתגובה טמפרטורה משתנה על פני הטווח 20-60 ° C. כל קווי השגיאה לייצג סטיית התקן של n = 4 מידות שכפל. חיבור מקורי הפניה27 באישור Elsevier. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6 : מאפיינים של ג'ל מתכלה microparticles מ מיקרופלואידיקה תגובתי. (א) ההשפעה של קצב הזרימה שמן פרפין על ג'ל (מטוהרים) גודל microparticle במים; (ב) Thermoresponsivity של ג'ל מטוהרים microparticles במים בעקבות מחזור תרמי יחיד מעל ומתחת את טמפרטורת המעבר שלב האחסון; (ג) Visual הערכה (תמונות) ועקבות ג'ל הסתננות כרומטוגרפיה (גרף) המאשר השפלה של ג'ל microparticles בחזרה אל ומרכיביהם פולימר קודמן (כאן, ב- HCl M 1 כדי להקל על השפלה מואצת על ציר הזמן של הדמיה); סרגל קנה מידה = 100 מיקרומטר. Adapted אסמכתא32. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 7 : מאפייני nanogels מתכלה של תגובתי הרכבה עצמית- (א) חלקיקים בגודל הפצות nanogels המוכנים אלדהיד שונים: hydrazide פולימר באמצעות יחסי המסות של פיזור אור דינאמי (שיבוץ: שידור אלקטרון micrograph המאשרת את מהות nanogels כדורית); (ב) Thermosensitivity של חלקיקים מורכבים עצמית כפונקציה של היחס המונית בין פולימר אלדהיד: hydrazide נהגו להכין את nanogels (מתוך פיזור אור דינאמי), עם קווי שגיאה המייצג את סטיית התקן של n = 4 משכפל; (ג) Visual אישור היעדר nanogel צבירת טרום וגם פוסט-lyophilization; (ד) אימות חזותי השפלה מזורז-חומצה של nanogels (כאן ב- HCl M 1 לשם עקביות עם מחקרים אחרים לעיל); (ה) ג'ל הסתננות עקבות של כרומטוגרפיה של מוצרים השפלה nanogel המציין את הדמיון שלהם hydrazide ו- functionalized-אלדהיד קודמן פולימרים. הותאם באישור הפניה28. זכויות יוצרים 2015, האגודה האמריקנית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 8 : מאפייני nanofibers מתכלה של תגובתי electrospinning. (א) סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים, תמונות של nanofibers היבשה המדינה (משמאל), חצי טבולים במים (סרט, האמצעי, רזה), מלא ספוגה במים למשך הלילה (נכון, עבה לגרדום); (ב) נפיחות של הידרוג nanofibrous (אדום) ביחס הידרוג בתפזורת (כחול) של הרכב אותו, עם קווי שגיאה המייצג את סטיית התקן של n = 4 משכפל; (ג) סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים של (הבלעה) דימויים ויזואליים מעקב השפלה מזורז-חומצה של nanofibers ב- 1 M HCl; (ד) רכיבה על אופניים מתיחה של יבש (מחזורים 80, 20% התארכות/מחזור), נפוחות (325 מחזורים, 10% התארכות/מחזור 10 מ ל- PBS) electrospun nanofibrous hydrogels. דמות שונה הפניה33 , לשכפל, ברשות החברה המלכותית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Discussion
אנחנו יישמו בהצלחה כל טכניקות ייצור אלה למערכות פולימריות מרובות באמצעות סטיות רק אחת מהשיטות שתוארו בפירוט לעיל עבור PNIPAM ו- POEGMA; עם זאת, המשתמשים של פרוטוקולים אלה חייב להיות מודע לסכנה בעיות פוטנציאליות העלולות להתרחש בעת פולימרים אחרים המוחלפים לתוך תהליכים אלה. בפרט, הגדלת צמיגות של פולימרים קודמן עלולה להשפיע לרעה על הן את processibility (במיוחד בשיטת microfluidic), כמו גם את היעילות של ערבוב פולימרים קודמן שני. בנוסף, הזמן gelation של פולימרים חייבים להיות מבוקרים בקצב התלוי על המורפולוגיה ממוקד כדי להימנע gelation מוקדמת המשמש כדי לעכב את הזרימה או למנוע interdiffusion תגובתי קדם פולימרים, חיוני כדי ליצור את הרצוי ג'ל הומוגנית מבנים. מגבלות מסוימות של כל אסטרטגיה, וכן גישות שהשתמשנו כדי להתאים את הגישות הללו כדי לטפל הגבלות בקנה מידה אורך כל פבריקציה נוספת, שיפורטו להלן.
לרשימת תפוצה hydrogels באמצעות חבית זוגי מזרק ההבלטה שיתוף
זמן gelation הוא המשתנה מפתח פקד כדי להבטיח את היעילות של הטכניקה מזרק חבית זוגי מעצבות hydrogels בתפזורת. פולימרים ג'ל מהר מדי על קשר (< s 1-2) יכולים להיסתם המיקסר סטטי, או עצירת זרימת לחלוטין או וכתוצאה מכך כמויות הלא-stoichiometric פולימרים קודמן שני להיות extruded מן המזרק. . מצאנו את gelation פעמים > 5 s עדיפים (אם כי לא חובה) עבור השימוש בטכניקה זו; הדבר חשוב במיוחד אם hydrogels שכפל להיות מושלך לניתוח פיזי או מכני להבטיח כי כל השחקנים הידרוג יש באותו ההרכב. Gelation הזמן ניתן לשנות בקלות על-ידי שינוי הצפיפות של קבוצות פונקציונליות תגובתי על אחד או שני קודמן פולימרים (המוביל gelation איטי יותר צפיפות נמוכה יותר קבוצה פונקציונלית) או לשנות את הריכוז של פולימרים קודמן השתמשו בידיות (את ג'ל להוריד את ריכוז המוביל gelation איטי יותר)21. לחלופין, החלפת קבוצת אלדהיד (יותר תגובתי) עם הקבוצה קטון (פחות תגובתי) כמו אלקטרופיל בזוג ג'לי משמעותית מפחית את הזמן gelation מבלי לשנות באופן משמעותי את ההרכב של הידרוג וכתוצאה מכך35 ; פולימרים שהוכנו עם תערובות של אלדהיד, מבשרי monomeric קטון יכול לשמש כדי לכוון את הזמן gelation כרצונכם מבלי לשנות את הריכוז של קודמן פולימרים המשמש (וכך אחוז מוצקים הג'ל וכתוצאה מכך נוצר המוני).
גם נציין כי השחקנים הידרוג הראשון לא תמיד יש את המאפיינים אותו hydrogels הבאים יצוק, התבוננות לייחס הבדלים קלים בין הקצב שבו התוכן של שתי החביות אכן מגיעות המיקסר סטטי. כתוצאה מכך, אנחנו בדרך כלל פריים המזרק חבית כפול על ידי הבלטת ממד קטן (< 0.3 mL) שבר של ג'ל לפני ליזום תהליך הליהוק כדי למזער את השתנות כזה. לבסוף, אמנם לא בדרך כלל בעייתי כאשר משתמש oligomeric פולימרים סינתטיים קדם, צמיגות של תמיסות פולימר קודמן אחד או יותר עשויה להוות אתגר בהקשר של טכניקה זו, הן מבחינת הקלת זרימה באמצעות האגודל פשוט דיכאון כמו גם קידום ערבוב יעיל בתוך המיקסר סטטי. עם זאת, באופן מפתיע למדי, אפילו קודמן תמיסות פולימר עם בחדות הקיימים עדיין טופס hydrogels הומוגנית יחסית באמצעות הקבצים המצורפים מיקסר סטטי המתוארות ברשימה חלקים (למשל, PNIPAM עם גבוה מולקולרית משקל פחמימות26), רומז מדאיג לגבי ערבוב לא יעיל כתוצאה צמיגויות מתאימים בצורה שגויה עשוי לא להיות משמעותי לפחות בסולם בצובר. אם נדרש, השימוש של משאבת מזרק (במקום האגודל) לזרימה נסיעה ו/או השימוש מחט בקוטר גדול יותר משקע החשמל יכול לעזור להתגבר על הנושאים הקשורים extrudability במערכות אלו.
Microscale hydrogels ויה מיקרופלואידיקה ראקטיבית
הצעד המפתח המשויך הגישה מיקרופלואידיקה עבור ייצור microparticle ג'ל הוא לקרקע של השבב מיקרופלואידיקה עם פולימרים תגובתי שני. אם פולימרים מסירה עם לחצים שונים או בשיעורים שונים לתוך השבב, לחץ ההפרש יכול להסיע את זרם אחורי של פתרון פולימר קודמן אחד לתוך המאגר (או לפחות לעבר המאגר) של הפולימר קודמן אחרים. התוצאה gelation במעלה הזרם של היווצרות חלקיקים, ביעילות חסימת הזרימה ודרישה ובכך סילוק שבב. הנתיב ומתסכל טבוע בין כל המאגר לנקודה ערבוב יוצר התנגדות משמעותית זרם אחורי; עם זאת, אפילו מפעיל מיומן לעיתים ג'ל שבב לפני משטר זרימה יציבה מושגת. על סמך הניסיון שלנו, בין 1-2 דקות נדרש בדרך כלל כדי לייצב את זורם בעקבות אתחול של היווצרות droplet (מעל זמן יחסית polydisperse ג'ל microparticles מיוצרים); אם אין בעיות מובחנות בתוך דקות 5-10 הראשון של המבצע, סביר להניח כי מספר שעות ייצור חלקיקים רציפה monodisperse יכולה להיות מושגת. השימוש של קודמן פולימרים עם צמיגויות יחסית גם בהתאמה, כמו גם gelation מיידי פעמים (לפחות > 15 s עדיפה) במידה רבה מסייע הימנעות בעיות כאלה ובקידום היווצרות של תזרימי יציב.
הערה שונים לזרום המחירים החל מ- 0.01-0.1 מ"ל/h בשלב מימית ו- 1.1-5.5 mL/h בשלב שמן נבדקו באמצעות עיצוב שבב זה, המוביל הזיוף של חלקיקים על הטווח בגודל של ~ 25-100 מיקרומטר בהתאם ההטיה שיוחלו התמקדות-זרימה צומת; המחירים זרימה מהירה יותר להשוות הטיה גבוהה יותר, וכך נוצר חלקיקים קטנים יותר31,32. משתנה קצב הזרימה שמן תוך שמירה על קצב זרימה מימית כוללת נמוכה (~0.03 mL/h, כפי שפורטו בפרוטוקול) נמצאה להיות היעילה ביותר לשלוט בגודל microparticle ג'ל מבלי להתפשר על monodispersity או את אורך החיים של המכשיר, שתיהן היו נצפתה לצמצם באופן משמעותי בסוף מצוטט תזרים מימית סה כ המחירים גבוהים יותר. המחירים זרימת שמן גדול (> 5.5 mL/h) כדי ליצור אפשריים חלקיקים קטנים יותר, אך הגדיל את הסיכון של שבב delamination (מגבלה נפוצות נתקל עם בונדד פלזמה PDMS microfluidic צ'יפס). מליטה את האסימונים בשיטה אחרת עשוי לאפשר המחירים הזרימה מהירה יותר, ולכן ייצור microparticle ג'ל קטן, אסטרטגיה שאנו מגלים כיום. הקטנת הגודל של הצינור עשוי גם לסייע כדי להקטין את הגודל של microparticles זה יכול להיות מיוצר, אמנם בסיכון מוגבר gelation מוקדמת לפני היווצרות חלקיקים. המחירים זרימה איטית יותר נטו להוביל לזרום instabilities, ובכך polydispersities גבוה, סיכון מוגבר של שבב gelation; יכול להיות להתגבר על מגבלה זו באמצעות מערכת בקרת זרימה microfluidic רב-ערוצי בעל יציבות גבוהה יותר, ברזולוציה גבוהה יותר מאשר משאבות מזרק רגיל בשימוש בפרוטוקול זה.
הבחירה של שמן היה קריטי להצלחה של פרוטוקול זה, כמו שמנים כבדים (חיוביים מבחינת מניעת הצטברות microparticle ג'ל לאחר אוסף) הובילה היווצרות חלקיקים הרבה פחות עקבי על הזרבובית מאשר שמן סיליקון אור דיווח הפרוטוקול. אנחנו משערים זה מופחת הפארמצבטית היא תוצאה של עקביות נמוכה יותר של מזרק שאיבה של שמנים כבדים יותר, שמוביל הטיה משתנה יותר בנקודת ערבוב. הימנעות צבירה microparticle ג'ל בתוך הבקבוק אוסף גם היה מאתגר, במיוחד מיד ביציאה המכשיר microfluidic באיזה שלב בחיי עיר gelation היה לא גדולה ושלמה מספרים של זמינות תגובתי פונקציונלי הקבוצות היו זמינות כדי טופס גשרים בין התנגשות חלקיקים באמבטיה אוסף. האתגר הזה זה נשלח על ידי: הגדלת אורך התעלה יציאה על השבב microfluidic עצמו, שמירה על microparticles ג'ל בזרימה שכבתית לתקופה ארוכה יותר של זמן כדי לקדם את gelation יותר מלאה; הוספת הערוצים צד אחרי הצינור כדי להאכיל עוד שמן לתוך השבב ובכך נפרדים טוב יותר את microparticles ג'ל בערוץ ערבוב פוסט זה מבלי להשפיע על השדות הטיה הצינור עצמו או את קצב ייצור חלקיקים; הוספת מערבל מגנטי הבקבוקון אוסף כדי להימנע ג'ל microparticle שקיעת ולשמור על הפרדה ממוצע גדול יותר בין חלקיקים סמוכים. אמנם איטית מאוד פולימרים ג'לי סביר לשפר את יציבות המכשיר למזער בעיות לקרקע, מערכות כאלה גם נצפו להגדיל משמעותית את הסיכון של מצבור microparticle ג'ל, כמו מספר גדול יותר של קבוצות פונקציונליות ראקטיבית נשאר unreacted (ומסוגלים ובכך גשרים בין החלקיקים טופס) לאורך תקופה ארוכה יותר של זמן. ככזה, פעמים gelation גודל 15-60 s מופיעים אופטימלי עבור טכניקה זו: איטי מספיק כדי לאפשר לקרקע אבל מהר מספיק להבטיח קבוצות פונקציונליות ביותר תגובתי צורכים לפני microparticles ג'ל יציאה ערוץ זרימה שכבתית לתוך אוסף את הבקבוק.
בסופו של דבר, הסרת שמן תבניות חיונית כדי להבטיח כי חלקיקי שנוצר לשמור על שהמאפיינים חכם הצפוי בהתבסס על ההרכב של פולימרים מראש הוסיף ולאפשר שימוש של החלקיקים בהקשר ביו. פנטאן שטיפה ההליך המתואר הייתה יעילה מאוד בהקשר זה לייצור microparticle ג'ל כללי עם זאת, היישום של טכניקה זו בהקשר ביו ישירה (למשל, תא בשבב כימוס) ידרוש הערכה מחדש של פרוטוקול זה. גם בחנו את השימוש בשמן זית, הציע להיות שמן יותר אינרטי בהקשר של יצירת קשר עם תאים36, כמו dispersant בזמן היווצרות חלקיקים היה אפשרי, האוכלוסיות microparticle ג'ל היו באופן משמעותי יותר polydisperse מאשר ניתן להשיג עם שמן מינרלי, לפחות עם עיצוב שבב הנוכחי. לכן, בעוד השבב מופיע דע פולימר סינתטי והן פולימרים טבעיים ג'ל microparticle היווצרות31, בעיצוב שונה ייתכן שתידרש כדי לנצל טכניקה זו בצורה רחבה יותר ברחבי כל הקומבינציות גשמי.
ננו hydrogels ויה תגובתי הרכבה עצמית
Nanogels נוצרו באמצעות מגוון רחב מאוד של עיבוד תנאים, לרבות ריכוזים שונים של זרעי פולימר (0.5-2 wt %), יחסים שונים של פולימר crosslinking:seed (0.05-0.2), טמפרטורות שונות (40-80 ° C), שונה (מהירויות ערבוב 200-800 סל ד), וחימום שונה פעמים בעקבות התוספת של פולימר (2-60 דקות) crosslinker28. מבחינת ריכוזי, המגמות נצפו בדרך כלל כמו היה ניתן לחזות, ריכוז גבוה של זרע פולימר להוביל nanogels גדול יותר, יחס גבוה יותר של פולימר crosslinker:seed להוביל nanogels עם צפיפות גבוהה יותר של crosslink, ובכך להפחית thermoresponsivities. יודגש שמוביל הגדלת הפולימר הזרע ריכוז גבוה מדי בסופו של דבר לרשימת תפוצה צבירה לעומת nanoaggregation, בקנה אחד עם מה הוא ציין בתהליך משקעים רדיקלים חופשיים קונבנציונאלי מעצבות thermoresponsive nanogels3. זמן חימום קצרים יותר נמצאו גם לטובת ויוצרים קטן וחלקיקים יותר monodisperse. אנחנו משערים שזה יחזיק את nanoaggregate בזמנים יותר בטמפרטורה מעל LCST אחת או את שתיהן פולימרים קודמן מגדילה את ההסתברות של צבירה בעת התנגשות nanogel, עם hydrophobicity מוגבר של הקשר hydrazone יחסית גם קודמן אלדהיד או hydrazide קבוצות פונקציונליות שהופך את צבירת סביר יותר כפי מידת crosslinking מושגת הוא גדל. בסופו של דבר, פעמים חימום קצר הם חיוביים מנקודת מבט תהליך, כפי אוכלוסיה nanogel monodisperse יכול להיווצר קטנה כמו 2 דקות לאחר תוספת פולימר crosslinker; 10 דקות נמצאה להיות הזמן הארוך ביותר יכול לייצר באופן עקבי monodisperse nanogels תוך מתן אפשרות גם לייצור של יותר גבוהה תפור nanogels. מעניין, השיטה זו במידה ניכרת רגישות ערבוב, עם גודל החלקיקים כמעט זהות, גודל החלקיקים הפצות הנובע ערבוב במהירויות שונות או אפילו קנה מידה התהליך, אחסון גדולים יותר. אמנם בתחילה מופתעים מכך, זה סביר מעיד על התפקיד העיקרי של התרמודינמיקה בוויסות nanogel הייצור.
כדי להשיג polydispersities נמוך, את היציבות colloidal ומידת הידרציה של nanoaggregate נראה משתני מפתח. לדוגמה, nanoaggregates המוכנים של פולימרים hydrazide functionalized יותר הידרופילית כזרע בניגוד פולימרים functionalized-אלדהיד פחות הידרופילית להוביל nanogels עם polydispersities נמוך משמעותית. ההבדל בין הטמפרטורה הרכבה ניסיוני את LCST של הפולימר זרע חיוני גם. הפעלה בטמפרטורה מעל הפולימר זרע LCST ((T-LCST) < 5 מעלות) מציע ההסתברות הגבוהה ביותר של היווצרות nanogel monodisperse; הפעלה מעל LCST יוצר nanoaggregates הידרופוביות ומכווצים יותר שסביר יותר עד צבירה ופחות סביר crosslink, בזמן ההפעלה להלן התוצאות LCST פולימר יחסית ללא-compact זרע זה לא יכול להיות יעיל או reproducibly תפור. עבור התחזית הכי טובה של חלקיקים monodispersity, אנו ממליצים קודם ביצוע סריקה UV/vis כדי למדוד את התפרצות LCST של הפולימר זרע, לאחר מכן ביצוע תהליך הרכבה עצמית בטמפרטורה 1-2 מעלות צלזיוס מעל LCST הזה.
שים לב לכך nanogels המיוצר בשיטה זו יכול להיות lyophilized רדיספריות ללא שינוי ביציבות colloidal, לעיתים קרובות לא אפשרי עבור מבנים מורכבים עצמית, לדעתנו המיוחס שיטת הייצוב crosslinking שלנו. גם אנו צופים כי רק הפולימר זרע צריך להיות thermoresponsive עבור שיטה זו לעבודה; השימוש cross-linking פולימרים הם לא מגיב או מגיב לגירויים אחרים עשויים עוד יותר להרחיב תחולתה האולטימטיבי של טכניקה זו. לבסוף, מאחר מערבוב פולימרים קודמן תגובתי שני במקרה זה פסיביות לעומת זמן gelation פעילה, היא הרבה פחות חשוב מבחינת בקרת תהליך יחסית האסטרטגיות ייצור אחרים המתוארים. עם זאת, אפילו בטכניקה זו, שמירה על הזמן הכולל crosslinking < 30 דקות רצוי כדי למזער את הסיכון של אגרגציה.
Nanofibrous hydrogels ויה electrospinning ריאקטיבי
שליטה בזמן gelation תגובתי פולימרים קדם חיוני שוב להצלחה של ג'ל nanofiber הייצור. בפרט, התאמת כ תקופת המגורים פולימרים קודמן במיקסר סטטי (נשלט על ידי שינוי קצב זרימה של פתרון של המזרק כפול-חבית, כמו גם tortuosity של מיקסר סטטי לאורכה) עם gelation בתפזורת הזמן פולימרים קודמן חיוני הן כדי לשמר את spinnability, כמו גם להבטיח crosslinking יעיל של סיבי סובב בין המחט האספן. Gelation מהיר יותר מוביל להתפתחות חרוט לא יעיל של טיילור, ובכך spinnability עני, ואילו תוצאות איטיות gelation בתמיסה המימית במקום ג'ל להכות האספן, והתוצאה היא מתפשטת ואת היווצרות האולטימטיבי סרט דק ג'ל במקום nanofibers. בעבודה מגורים פעמים מעט בהמשך הזמן gelation בתפזורת גם נמצא יעיל (וגם אכן עדיף כדי להפחית את הסיכון של המחט סתימת) מאז אידוי מים כמו הפתרון מסובב בצורה יעילה מתרכזת על פולימרים קודמן ב זרם, ובכך מאיץ gelation קינטיקה במהלך תהליך ספינינג. ברוח זו זהה, הפועלים במרחקים מחט-כדי-אספן גבוה יותר (> 10 ס מ) היא בדרך כלל חיובית בתהליך זה, למרחקים קצרים לצמצם את הזמן זמין עבור אידוי מים, הם דורשים שליטה מחמירים יותר על היחסים בין מגורים וזמן gelation על מנת לשמר מוצר nanofibrous.
שימו לב כי השימוש של פאו (או עוד משקל מולקולרי גבוה ובקלות פולימר electrospun) הינו חיוני ביותר פרוטוקול זה כדי לקדם את היווצרות nanofiber, כמו oligomers POEGMA קצר, מסועף מאוד לבד לא יכול להגיע תואר נאותה של שזירה לזירוז electrospinning; במקום זאת, ספקטרומטריית electrospray תוצאות תהליך בכלל תנאים לגילוי ניסוחים POEGMA בלבד (למרות שזה יכול להיות גם יישומים להכנת ג'ל מתכלה חלקיקים באמצעות זו כימיה אותו). ריכוז פאו המינימלי של wt 1% (משקל מולקולרי מד א 1) הוא נדרש לשמור על מורפולוגיה nanofibrous באופן מלא. שימו לב כי ניתן להסיר את פאו הסיבים בעקבות תהליך הספיגה פשוט (מים יונים, 24 שעות ביממה) מבלי להפריע את השלמות של הרשת nanofibrous; בדרך זו, פאו פועל יותר כסיוע electrospinning ארעי מאשר מרכיב חיוני של המוצר הסופי nanofibrous. שימו לב גם כי סוגים שונים של אספנים, כולל רדיד אלומיניום פשוטה (כדי ליצור שכבה דקה hydrogels זה יכול delaminate של האספן על השריה), כמו גם דיסק אלומיניום מסתובב (כדי ליצור פיגומים עבה יותר) יכול לשמש בשילוב עם זה אותו הדבר טכניקה, סיפק את המשתנים תהליך השליטה הקצב של gelation, הקצב של electrospinning, קצב אידוי המים במהלך electrospinning תשארנה.
מעניין, בהתאם לשיטת נהגה להכין את מורפולוגיות שונות, נצפו הבדלים משמעותיים דרכו השפלה של hydrogels שהוכנו את מבשרי הידרוג אותו. לדוגמה, POEGMA nanofibrous hydrogels לבזות לאט יותר בצובר hydrogels POEGMA עם הרכב זהה למרות שטח גבוה משמעותית שלהם ובכך גישה למים כדי hydrolyze את הקשר hydrazone... אנו מתייחסים הבדלים אלה כדי הניגודים הטבועה בין הפרוטוקולים מתואר במונחים של הגיאומטריה של ערבוב של פולימרים קודמן, דבר שעלול להוביל homogeneities ג'ל פנימי ו/או מורפולוגיות שונות באופן משמעותי ו/או את ב באתרו ריכוז של פולימר מבשרי על ציר הזמן אותו כמו gelation, רלוונטית במיוחד ב electrospinning עקב התאדות המים בו זמנית crosslinking נצפתה בתהליך זה. בזמן זה עשוי במידת מה לסבך את הבחירה פולימרים קודמן אם אחד פולימר המיועד לשימוש לכל פרוטוקול, זה עשוי גם להציע הזדמנות טכני מבחינת ביצוע hydrogels עם הרכב כימי אחד אבל תכונות פיזיקליות שונות מאוד.
בסך הכל, בשיטות המתוארות לספק אסטרטגיה עבור בדיית מקבילים מתכלה (או לפחות renally שניתן להעלים) של פולימרים thermoresponsive על מספר פיסיקליות (בתפזורת, מיקרו וננו), עם מספר סוגים של המבנים הפנימיים (חלקיקים או סיבים). פרוטוקולים כגון כתובת המחסומים מפתח לתרגום מוצלח של חומרים שהוכנו כמקובל thermoresponsive סינתטי לשדה הביו-רפואית: injectability ו- degradability. אנו ממשיכים לחקור את היישום של חומרים כאלה משלוח סמים והן רקמות הנדסה יישומים החל הפגיעה המכוונת הפיזי של סרטן, התעבורה של תרופות על פני מחסום הדם - מוח, מסירה טיפולית של חלבונים- האחורי של העין, כיווני צמיחת רקמות, ואת thermoreversible אדהזיה התמיינות של תאים, בין יישומים אחרים.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
מימון מדעי הטבע, הנדסה מחקר המועצה של קנדה (NSERC), צור NSERC-IDEM (משולב עיצוב של חוץ-תאית מטריצות) תכנית, 20/20: NSERC Biomaterials אופטלמולוגיות מחקר ברשת, משרד אונטריו של המחקר, חדשנות פרסים חוקר בתחילת התוכנית הוא הודה.
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).
