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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

Questo lavoro descrive metodi semplici, adattabili e a basso costo per fabbricare microgel con frammentazione di estrusione, elaborare i microgel in idrogel granulari iniettabili e applicare gli idrogel granulari come inchiostri da stampa per estrusione per applicazioni biomediche.

Abstract

Gli idrogel granulari sono gruppi inceppati di microparticelle di idrogel (cioè "microgel"). Nel campo dei biomateriali, gli idrogel granulari hanno molte proprietà vantaggiose, tra cui iniettabilità, porosità su microscala e sintoniabilità mescolando più popolazioni di microgel. I metodi per fabbricare microgel spesso si basano su emulsioni acqua-in-olio (ad esempio, microfluidica, emulsioni batch, elettrospraying) o fotolitografia, che possono presentare elevate richieste in termini di risorse e costi e potrebbero non essere compatibili con molti idrogel. Questo lavoro descrive metodi semplici ma altamente efficaci per fabbricare microgel utilizzando la frammentazione dell'estrusione e per elaborarli in idrogel granulari utili per applicazioni biomediche (ad esempio, inchiostri per stampa 3D). In primo luogo, gli idrogel sfusi (utilizzando l'acido ialuronico fotocollegabile (HA) come esempio) vengono estrusi attraverso una serie di aghi con diametri sequenzialmente più piccoli per formare microgel frammentati. Questa tecnica di fabbricazione in microgel è rapida, a basso costo e altamente scalabile. Vengono descritti i metodi per inceppare i microgel in idrogel granulari mediante centrifugazione e filtrazione sotto vuoto, con post-reticolazione opzionale per la stabilizzazione dell'idrogel. Infine, gli idrogel granulari fabbricati da microgel frammentati sono dimostrati come inchiostri da stampa per estrusione. Mentre gli esempi qui descritti utilizzano HA fotocollegabile per la stampa 3D, i metodi sono facilmente adattabili per un'ampia varietà di tipi di idrogel e applicazioni biomediche.

Introduzione

Gli idrogel granulari sono fabbricati attraverso l'imballaggio di particelle di idrogel (cioè microgel) e sono una classe entusiasmante di biomateriali con molte proprietà vantaggiose per applicazioni biomediche 1,2,3. A causa della loro struttura particolata, gli idrogel granulari sono diradamento del taglio e auto-guarigione, consentendo il loro uso come inchiostri per la stampa di estrusione (bio) inchiostri, supporti granulari per la stampa incorporata e terapie iniettabili 4,5,6,7,8,9....

Protocollo

1. Fabbricazione di idrogel sfusi all'interno di una siringa utilizzando il photocrosslinking

NOTA: una panoramica della fabbricazione di idrogel sfuso all'interno di una siringa mediante fotocollegamento è mostrata nella Figura 1. Questo protocollo utilizza acido ialuronico modificato dal norbornene (NorHA) per fabbricare idrogel di massa utilizzando una reazione tiolo-ene foto-mediata. Le procedure dettagliate per la sintesi di NorHA sono descritte altrove38. Tuttavia, questo protocollo è altamente adattabile a qualsiasi idrogel fotocollegabile. Per ulteriori informazion....

Risultati

I risultati rappresentativi di questi protocolli sono mostrati nella Figura 3 e nella Figura 6. La frammentazione dell'estrusione produce microgel con forme poligonali frastagliate con diametri compresi tra 10 e 300 μm (Figura 3). Inoltre, la circolarità varia da 0,2 (non circolare) a quasi 1 (cerchio perfetto) e le proporzioni vanno da 1 a 3 (Figura 3). Questi parametri descrivono le forme irregolari.......

Discussione

Qui vengono descritti i metodi per fabbricare idrogel granulari utilizzando microgel frammentati per estrusione e imballaggio mediante centrifugazione o filtrazione sotto vuoto. Rispetto ad altri metodi di fabbricazione di microgel (ad esempio, microfluidica, emulsioni batch, elettrospruzzi, fotolitografia), la fabbricazione di microgel a frammentazione di estrusione è altamente rapida, a basso costo, facilmente scalabile e suscettibile di un'ampia varietà di sistemi di idrogel. Inoltre, questo protocollo è altamente .......

Divulgazioni

Gli autori non hanno interessi finanziari concorrenti.

Riconoscimenti

Questo lavoro è stato supportato dalla National Science Foundation attraverso il programma UPenn MRSEC (DMR-1720530) e borse di ricerca universitarie (a V.G.M e M.E.P.) e il National Institutes of Health (R01AR077362 a J.A.B.).

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Materiali

NameCompanyCatalog NumberComments
15 mL Plastic Conical Centrifuge TubeCorning430766
30 G NT Premium Series Dispensing TipJensen GlobalJG30-0.5HPXCatalog Number listed here is for 30 G, 0.5" needle. Various sizes are available.
BD Disposable Syringes with Luer-Lok Tips (3 mL)Fisher Scientific14-823-435Catalog Number listed here is for 3 mL syringe. Various sizes are available (14-823-XXX).
Black foldersVarious Vendors
Disposable Probe Needle For Use With Syringes and Dispensing Machines (18 G, 0.5")Grainger5FVH5Catalog Number listed here is for 18 G, 0.5" needle. Various sizes are available.
Disposable Probe Needle For Use With Syringes and Dispensing Machines (23 G, 0.5")Grainger5FVJ3
Disposable Probe Needle For Use With Syringes and Dispensing Machines (27 G, 1.5")Grainger5FVL0
Dulbecco's Phosphate Buffered SalineFisher Scientific14190-250Catalog Number listed here is for a case of 10 x 500 mL bottles.
Durapore Membrane Filter, 0.22 µmMilliporeGVWP04700
Epifluorescent or confocal microscopeVarious VendorsTo visualize microgels and granular hydrogels
Eppendorf Snap-Cap Microcentrifuge Safe-Lock TubesFisher Scientific05-402-25
Extrusion printerCustom-builtOther extrusion printers can be use,d such as commercially available BIOX.
Filter AdaptersFisher Scientific05-888-107Catalog Number listed here is for a set of multiple sizes. Various sizes are available (05-888-XXX).
Filter FlaskVarious Vendors
Fluorescein isothiocyanate-dextran (2 MDa)Sigma-Aldrich52471
Glass microscope slideVarious Vendors
ImageJNational Institutes of Health"Analyze Particles" information link: https://imagej.nih.gov/ij/docs/menus/analyze.html
LaptopVarious Vendors
Luer-Lock Tip CapsIntegrated Dispensin g Solutions9991329
Metal spatula for scoopingVarious Vendors
MicrocentrifugeVarious VendorsCapable of speed up to 18,000 x g
Microscoft ExeclMicrosoftOther programs can be used, such as Google Slides.
OmniCure S2000 Spot UV Curing SystemExcelitas TechnologiesS2000Different light systems may be used to fabricate bulk hydrogels if desired.
Porcelain Buchner Funnel with Fixed Perforated PlateFisher ScientificFB966CCatalog Number listed here is for 56mm diameter plate. Various sizes are available.
RadiometerVarious Vendors
Repetier HostHot-World GmbH & Co. KG3D printing software
Screw-based extrusion printerVarious VendorsThis study used a custom-modified 3D FDM printer (Velleman K8200). Many alternatives are available.
Solidworks/CAD softwareDassault Systèmes SolidWorks CorporationOther programs can be used, such as Blender or TinkerCAD.
Tubing to Connect Filter Flask to Vacuum LineVarious Vendors
UV Eye Protection (i.e., safety glasses)Various Vendors

Riferimenti

  1. Daly, A. C., Riley, L., Segura, T., Burdick, J. A. Hydrogel microparticles for biomedical applications. Nature Reviews Materials. 5 (1), 20-43 (2020).
  2. Qazi, T. H., Burdick, J. A. Granular hydrogels for endogenous tissue repair.

Ristampe e Autorizzazioni

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