Funding was provided in part by BU and the NIH R01CA149561. The authors wish to thank the electrospinning/electrospraying team including Stefan Yohe, Eric Falde, Joseph Hersey, and Julia Wang for their helpful discussions and contributions to the preparation and characterization of superhydrophobic biomaterials.

The authors declare that they have no competing financial interests.

Notre approche de la construction à partir de polymères super-hydrophobes des matériaux biomédicaux combine la chimie des polymères synthétiques avec les techniques de traitement de polymère d&#39;électrofilage et électronébulisation. Ces techniques permettent soit de fibres ou de particules, respectivement. Plus précisément, polycaprolactone et poly (co -glycolide lactide) à base de matériaux superhydrophobes sont préparés en utilisant cette stratégie. En faisant varier la composition de copol...

Superhydrophobes surfaces sont généralement classés comme présentant un contact de l&#39;eau apparente des angles supérieurs à 150 ° avec un faible angle de contact hystérésis. Ces surfaces sont fabriquées en introduisant haute rugosité de surface sur des matériaux à faible énergie de surface pour établir une interface air-liquide-solide résultant qui résiste mouillant 6.1. Selon le procédé de fabrication, les surfaces minces ou multicouches, multicouches superhydrophobes revêtements de substrat superhydrophobe, ou même en vrac structures super-hydrophobes peuvent être préparés. Cette répulsion de l&#39;eau permanente ou semi-permanente est une propriété utile qui est utilisé pour préparer des surfaces autonettoyantes 7, des dispositifs microfluidiques 8, anti-fouling surfaces cellulaire / protéines 9,10, surfaces de réduction de traînée 11, et des dispositifs d&#39;administration de médicaments 12- 15. Récemment, des matériaux superhydrophobes stimuli-sensibles sont décrits où le non-mouillée à l&#39;état mouillé est déclenchée par chimique, physiqueOu les indices environnementaux (par exemple, la lumière, pH, température, ultrasons, et appliquées potentiel électrique / courant) 14,16-20, et ces matériaux sont de trouver une utilisation pour des applications supplémentaires 21-25. Les premières surfaces super-hydrophobes synthétiques ont été préparés par le traitement de surfaces importantes avec methyldihalogenosilanes 26, et étaient d&#39;une valeur limitée pour des applications biomédicales, que les matériaux utilisés ne sont pas appropriés pour une utilisation in vivo. Ici, nous décrivons la préparation de surface et les matériaux en vrac à partir de super-hydrophobes des polymères biocompatibles. Notre approche implique électrofilage électronébulisation ou un mélange de polymères contenant un polyester aliphatique biodégradable et biocompatible comme composant majeur, dopé avec un copolymère hydrophobe comprenant le polyester et un poly (carbonate de glycérol) de stéarate de 27 à 30 modifié. Les techniques de fabrication permettent la rugosité de surface et la porosité accrue sur et dans le fibers ou les particules, respectivement, tandis que l&#39;utilisation d&#39;un dopant de copolymère fournit un polymère de faible énergie de surface qui se mélange avec le polyester de manière stable et peut être électrofilé ou électropulvérisée 27,31,32. Polyesters aliphatiques biodégradables tels que le poly (acide lactique) (PLA), poly (acide glycolique) (PGA), le poly (acide lactique co aux acides -glycolic) (PLGA), la polycaprolactone et (PCL) sont des polymères utilisés dans les dispositifs approuvés cliniquement et de premier plan dans la recherche biomédicale sur les matériaux en raison de leur non-toxicité, biodégradabilité, et la facilité de la synthèse 33. PGA et PLGA a fait ses débuts dans la clinique comme sutures biorésorbables dans les années 1960 et début des années 1970, respectivement 34-37. Depuis lors, ces poly (acides hydroxy) ont été transformés en une variété d&#39;autres facteurs de forme spécifiques à l&#39;application, tels que les micro- et nanoparticules 40,41 38,39, gaufrettes / disques 42, 27,43 mailles, des mousses 44, et 45 films </sup&gt;. Des polyesters aliphatiques, ainsi que d&#39;autres polymères d&#39;intérêt biomédical, peut être électrofilé pour produire des nano- ou microfibres mailles structures possédant une grande surface spécifique et de la porosité ainsi que la force de traction. Le tableau 1 énumère les polymères synthétiques électrofilées pour diverses applications biomédicales et leur correspondant références. Électrofilage et électronébulisation sont des techniques rapides et commercialement évolutives. Ces deux techniques reposent sur ​​l&#39;application similaires à haute tension (de répulsion électrostatique) à surmonter la tension superficielle d&#39;une solution de polymère / dissoudre dans une installation de pompe à seringue qu&#39;il est dirigé vers une cible mise à la terre 46,47. Lorsque cette technique est utilisée en combinaison avec des polymères à faible énergie de surface (polymères hydrophobes tels que le poly (le monostéarate de co caprolactone)), l&#39;exposition des matériaux superhydrophobicité résultant. Pour illustrer ce matériaux synthétiques et approche générale de traitementà la construction de matériaux polymères biomédicaux superhydrophobes partir, nous décrivons la synthèse de polycaprolactone- superhydrophobe et poly (co -glycolide lactide) à base de matériaux comme des exemples représentatifs. Le dopants de copolymères poly respectif (le monostéarate de co caprolactone) et le poly (le monostéarate de co lactide) sont d&#39;abord synthétisées, puis mélangé avec polycaprolactone et de poly (co -glycolide lactide), respectivement, et enfin électrofilées ou électropulvérisée. Les matériaux résultants sont caractérisés par imagerie SEM et l&#39;angle de contact goniométrie, et testés pour in vitro et in vivo biocompatibilité. Enfin, mouillant en vrac à travers les mailles superhydrophobes trois dimensions est examinée en utilisant contraste amélioré microtomographie.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Silicone oil</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>85409</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cis-2-Phenyl-1,3-dioxan-5-ol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">13468</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Benzyl bromide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>B17905</td>
			<td>Toxic, lacrymator/eye irritant, use in chemical fume hood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium hydroxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">221473</td>
			<td>Corrosive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary evaporator</td>
			<td>Buchi</td>
			<td>R-124</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-vacuum pump</td>
			<td>Welch</td>
			<td align="right">8907</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen, ultra high purity</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>NI UHP300</td>
			<td>Compressed gas</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran, stabilized with BHT</td>
			<td>Pharmaco-Aaper</td>
			<td align="right">346000</td>
			<td>Flammable. Dried through column of XXX</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>Pharmaco-Aaper</td>
			<td align="right">313000</td>
			<td>Flammable, toxic.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Separatory funnel (1 L)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-678-606</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium sulfate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">239313</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol, absolute</td>
			<td>Pharmaco-Aaper</td>
			<td>111USP200</td>
			<td>Flammable, toxic.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buchner funnel</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB-966-F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Pharmaco-Aaper</td>
			<td>339000ACS</td>
			<td>Flammable, toxic.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">320331</td>
			<td>Corrosive. Diluted to 2N in distilled water.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl chloroformate, 97%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">185892</td>
			<td>Toxic, flammable, harmful to environment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triethylamine (anhydrous)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">471283</td>
			<td>Toxic, flammable, harmful to environment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyl ether</td>
			<td>Pharmaco-Aaper</td>
			<td>373ANHACS</td>
			<td>Highly flammable. Purified through XXX column.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3,6-Dimethyl-1,4-dioxane-2,5-dione (D,L-lactide)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">303143</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tin (II) ethylhexanoate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S3252</td>
			<td>Toxic.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#949;-caprolactone (97%)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">704067</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene, anhydrous</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">244511</td>
			<td>Flammable, toxic.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass syringe</td>
			<td>Hamilton Company</td>
			<td>1700-series</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deuterated chloroform</td>
			<td>Cambridge Isotopes Laboratories, Inc.</td>
			<td>DLM-29-10</td>
			<td>Toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nuclear magnetic resonance instrument</td>
			<td>Varian</td>
			<td>V400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Palladium on carbon catalyst</td>
			<td>Strem Chemicals, Inc.</td>
			<td>46-1707</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogenator unit</td>
			<td>Parr</td>
			<td align="right">3911</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogenator shaker vessel</td>
			<td>Parr</td>
			<td>66CA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>HY HP300</td>
			<td>Highly flammable.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diatomaceous earth</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">22140</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2H,2H,3H,3H-perflurononanoic acid</td>
			<td>Oakwood Products, Inc.</td>
			<td align="right">10519</td>
			<td>Toxic.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stearic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S4751</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N&#8217;-dicyclohexylcarbodiimide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D80002</td>
			<td>Toxic, irritant.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-(dimethylamino) pyridine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">107700</td>
			<td>Toxic.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexanes</td>
			<td>Pharmaco-Aaper</td>
			<td>359000ACS</td>
			<td>Toxic, flammable.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gel permeation chromatography (GPC) system</td>
			<td>Rainin</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GPC column</td>
			<td>Waters</td>
			<td>WAT044228</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Differential scanning calorimeter</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td>Q100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>Pharmaco-Aaper</td>
			<td>309000ACS</td>
			<td>Toxic.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-dimethylformamide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">227056</td>
			<td>Toxic, flammable.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycaprolactone, MW 70-90 kg/mol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">440744</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(lactide-co-glycolide), MW 136 kg/mol</td>
			<td>Evonik Industries</td>
			<td>LP-712</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10-mL glass syringe</td>
			<td>Hamilton Company</td>
			<td align="right">81620</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>18 AWG blunt needle</td>
			<td>BRICO Medical Supplies</td>
			<td>BN1815</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrospinner enclosure box</td>
			<td>Custom-built</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Made of acrylic panels</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High voltage DC supply</td>
			<td>Glassman High Voltage, Inc.</td>
			<td>PS/EL30R01.5</td>
			<td>High voltages, electrocution hazard</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear (translating) stage</td>
			<td>Servo Systems Co.</td>
			<td>LPS-12-20-0.2</td>
			<td>Optional</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Programmable motor &#38; power supply</td>
			<td>Intelligent Motion Systems, Inc.</td>
			<td>MDrive23 Plus</td>
			<td>Optional</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24V DC motor &#38; power supply</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>6331K32</td>
			<td>Optional</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum collector drum</td>
			<td>Custom-built</td>
			<td></td>
			<td>Optional</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>78-0100I</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted optical microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>IX70</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscope</td>
			<td>Carl Zeiss</td>
			<td>Supra V55</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conductive copper tape</td>
			<td>3M</td>
			<td align="right">16072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum SEM stubs</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td align="right">75200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Contact angle goniometer</td>
			<td>Kruss</td>
			<td>DSA100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propylene glycol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>W294004</td>
			<td>Toxic.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylene glycol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right">324558</td>
			<td>Toxic.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ioxaglate</td>
			<td>Guerbet</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>American Type Culture Collection</td>
			<td>30-2020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-computed tomography instrument</td>
			<td>Scanco</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image analysis software (Analyze)</td>
			<td>Mayo Clinic</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tensile tester</td>
			<td>Instron</td>
			<td align="right">5848</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micrometer</td>
			<td>Multitoyo</td>
			<td>293-340</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calipers</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-648-17</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabricating superhydrophobic polymeric materials for biomedical applications

Superhydrophobes matériaux, avec des surfaces possédant des Etats non-permanents mouillée ou métastables, sont d&#39;intérêt pour un certain nombre d&#39;applications biomédicales et industrielles. Ici, nous décrivons comment électrofilage électronébulisation ou un mélange de polymère biodégradable contenant un polyester aliphatique biocompatible (par exemple, la polycaprolactone et le poly (lactide-co -glycolide)), en tant que composant majeur, dopé avec un copolymère hydrophobe comprenant le polyester et une stearate- poly modifié (carbonate de glycérol) offre un biomatériau superhydrophobe. Les techniques de fabrication d&#39;électrofilage ou électronébulisation fournissent la rugosité de surface améliorée et la porosité à l&#39;intérieur et sur les fibres ou les particules, respectivement. L&#39;utilisation d&#39;un copolymère dopant à faible énergie de surface qui se mélange avec le polyester de manière stable et peut être électrofilé ou électropulvérisée donne ces matériaux super-hydrophobes. Les paramètres importants tels que la taille des fibres, la composition de copolymère de dopant et / ou concentration, et leurs effets sur la mouillabilité sont discutés. Cette combinaison de la chimie des polymères et de l&#39;ingénierie de procédé permet une approche polyvalente pour développer des matériaux spécifiques à l&#39;application en utilisant des techniques évolutives, qui sont susceptibles généralisables à une catégorie plus large de polymères pour une variété d&#39;applications.

Grâce à une série de transformations chimiques, la 2-one 5-benzyloxy-1,3-dioxan-monomère carbonate fonctionnel est synthétisée sous forme d&#39;un solide cristallin blanc (Figure 1A). RMN 1 H confirme la structure (figure 1B) et la spectrométrie de masse et analyse élémentaire confirme la composition. Ce solide est ensuite copolymérisé avec soit D, L-lactide ou ε-caprolactone en utilisant un anneau réaction d&#39;ouverture d&#39;étain catalysée à 140 ...

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Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

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.

Superhydrophobes fabrication de matériaux polymères pour des applications biomédicales

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

fabricating-superhydrophobic-polymeric-materials-for-biomedical

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Organic Chemistry

Bioengineering

Unit 1

Synthetic Polymers

SCIENTISTS IN ACTION

19.0K vues.  Boston University. 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. 