Fabricación superhidrófobas materiales poliméricos para aplicaciones biomédicas

Resumen

Two- and three-dimensional superhydrophobic polymeric materials are prepared by electrospinning or electrospraying biodegradable polymers blended with a lower surface energy polymer of similar composition.

Resumen

Materiales superhidrófobas, con superficies que poseen estados no humedecida permanentes o metaestables, son de interés para un número de aplicaciones biomédicas e industriales. Aquí se describe cómo electrospinning electrospraying o una mezcla de polímeros que contiene un biodegradable, poliéster alifático biocompatible (por ejemplo, policaprolactona y poli (-glycolide co lactide-)), como el componente principal, dopado con un copolímero hidrófobo compuesto por el poliéster y una stearate- poli modificado (carbonato de glicerol) proporciona un biomaterial superhidrófoba. Las técnicas de fabricación de electrospinning o electrospraying proporcionan la rugosidad superficial y la porosidad mejorada sobre y dentro de las fibras o las partículas, respectivamente. El uso de un dopante copolímero de baja energía superficial que se mezcla con el poliéster y puede ser de forma estable electrospun o a electrospray proporciona estos materiales superhidrófobas. Parámetros importantes como el tamaño de la fibra, la composición dopante copolímero y / o concentration, y sus efectos sobre la humectabilidad se discuten. Esta combinación de la química de polímeros e ingeniería de procesos ofrece un enfoque versátil para desarrollar materiales específicos de la aplicación utilizando técnicas escalables, que probablemente generalizables a una clase más amplia de polímeros para una variedad de aplicaciones.

Introducción

Superficies superhidrófobas son generalmente clasificados como exhibiendo contacto con el agua desprende ángulos mayores de 150 ° con ángulo de histéresis bajo contacto. Estas superficies se fabrican mediante la introducción de alta rugosidad superficial sobre los materiales de baja energía superficial para establecer una interfaz de aire-líquido-sólido resultante que se resiste a mojar ^{a 1-6.} Dependiendo del método de fabricación, las superficies delgadas o de capas múltiples superhidrófobas, revestimientos de múltiples capas de sustrato superhidrófobas, o estructuras superhydrophobic incluso a granel se puede preparar. Esta repelencia al agua permanente ....

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Protocolo

1. Síntesis funcionalizables poli (1,3-glicerol-caprolactona co carbonato) ²⁹ y poli (1,3-glicerol -láctido co carbonato) ^27,28.

1. La síntesis de monómeros.
   1. Disolver cis -2-fenil-1,3-dioxan-5-ol (50 g, 0,28 mol, 1 eq.) En 500 ml de tetrahidrofurano seco (THF) y se agita en hielo en atmósfera de nitrógeno. Añadir hidróxido de potasio (33,5 g, 0,84 mol, 3 eq.), Finamente triturado con un mortero y mano de mortero. Coloque el frasco en baño de hielo.
   2. Añadir 49,6 ml de bromuro de bencilo (71,32 g, 0,42 mol, 1,5 eq.) Gota a gota con agitación en hielo. Dejar que la reacción se caliente a temperat....

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Resultados

A través de una serie de transformaciones químicas, el monómero carbonato funcional 5-benciloxi-1,3-dioxan-2-ona se sintetiza como un sólido cristalino blanco (Figura 1A). ¹ H NMR confirma la estructura (Figura 1B) y espectrometría de masas y análisis elemental confirma la composición. Este sólido se copolimeriza a continuación, ya sea con D, L -láctido o ε-caprolactona usando un anillo reacción de apertura de estaño catalizada a 140 ° C. Después de la.......

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Discusión

Nuestro enfoque para la construcción de materiales superhidrófobas a partir de polímeros biomédicos combina la química de polímeros sintéticos con las técnicas de procesamiento de polímeros de electrospinning y electrospraying. Estas técnicas proporcionan ya sea fibras o partículas, respectivamente. Específicamente, policaprolactona y poli (-glycolide co lactide-) basado materiales superhydrophobic se preparan usando esta estrategia. Mediante la variación de la composición de copolímero hidrófob.......

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Materiales

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