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.

1. Synthesizing Functionalizable poli (1,3-glicerolo carbonate- co caprolattone) 29 e poli (1,3-glicerolo carbonate- co -lactide) 27,28. <ol><li> Sintesi monomero. <ol><li> Sciogliere cis -2-fenil-1,3-diossano-5-olo (50 g, 0,28 moli, 1 eq.) In 500 ml di tetraidrofurano anidro (THF) e mescolate in ghiaccio sotto azoto. Aggiungere idrossido di potassio (33,5 g, 0,84 mol, 3 eq.), Finemente tritato con un mortaio e pestello. Mettere pallone in bagno di ghiaccio. </li><li> Aggiungere 49,6 ml di benzil bromuro (71.32 g, 0,42 mol, 1,5 eq.) Goccia a goccia, agitando su ghiaccio. Lasciare la reazione a temperatura ambiente sotto agitazione per 24 ore, sotto azoto. </li><li> Aggiungere 150 ml di acqua per sciogliere idrossido di potassio e rimuovere il THF per evaporazione rotante distillata. </li><li> Estrarre il materiale rimanente con 200 ml di diclorometano (DCM) in un 1-L separatore imbuto. Ripetere l&#39;estrazione due volte. </li><li> Essiccare la fase organica su solfato di sodio. </li><li> Cristallizzareil prodotto aggiungendo 600 ml di etanolo assoluto alla soluzione, mescolando bene, e conservare una notte a -20 ° C. Il prodotto può essere conservato a -20 ° C per diversi giorni prima di eseguire i passi successivi. </li><li> Isolare prodotto sottovuoto filtrazione attraverso un imbuto Buchner e secca in alto vuoto. Il prodotto può essere conservato per diversi giorni prima di eseguire i passi successivi. Un rendimento tipico per questa fase è ~ 80%. </li><li> In un 1-L pallone a fondo tondo, sospendere il prodotto ottenuto nel passaggio 1.1.7. in metanolo (300 ml). Aggiungere 150 ml di acido cloridrico 2 N. Reflux a 80 ° C per 2 ore. </li><li> Evaporare solvente e posto sotto alto vuoto per 24 ore. La resa per questa fase è tipicamente&gt; 98%. </li><li> Sciogliere prodotto 1.1.9 in THF (650 ml) e portarlo in un pallone a fondo rotondo 2-L. Posizionare pallone su bagno di ghiaccio e mescolare sotto azoto. Aggiungere 22,4 ml di etile cloroformiato (25,6 g, 0,29 mol, 2 eq.) A pallone sotto azoto. </li><li> Aggiungere 32,8 ml di trietilammina (0,29 mol, 2 eq.) To imbuto. Mescolare con un uguale volume di THF. Posizionare imbuto sul pallone a fondo tondo e tenere sotto azoto. </li><li> Con vigorosa agitazione, dispensare accuratamente triethyamine / THF miscela goccia a goccia per il pallone a fondo tondo sul ghiaccio. ATTENZIONE: si tratta di una reazione esotermica. Per evitare un rapido aumento della temperatura, aggiungere la trietilammina / no più veloce di 1 goccia al secondo soluzione THF. Dopo aver aggiunto il volume totale, agitare la reazione per 4 ore, riscaldare a temperatura ambiente, o per 24 ore. </li><li> Filtrare il sale cloridrato di trietilammina utilizzando un imbuto Buchner. Si evapora il solvente mediante evaporatore rotante. </li><li> Aggiungere diclorometano (200 ml) al pallone e scaldate fino a quando il residuo è disciolto. Aggiungere 120 ml di etere etilico, mentre vorticoso. Conservare a -20 ° C durante la notte per cristallizzare il prodotto. </li><li> Filtro cristalli monomero e ri-cristallizzare prima polimerizzazione. Il prodotto monomero può essere conservato sigillato a temperatura ambiente per 2 settimane oa -206; C a tempo indeterminato. Confermare prodotto 1H NMR, spettrometria di massa e analisi elementare. Un rendimento tipico per questo passaggio finale nella sintesi monomero è compreso tra 40-60%. </li></ol></li><li> La copolimerizzazione di D, L-lattide / ε-caprolattone con 5-benzilossi-1,3-diossan-2-one. <ol><li> Silicone termico in bagno di olio a 140 ° C. </li><li> Misura 2,1 g di 5-benzilossi-1,3-diossan-2-one (preparato in 1.1) e inserirlo in un pallone a fondo rotondo da 100 ml secco. Se copolimerizzando D, L -lactide, misurare 5,7 g e aggiungere al pallone ora. Aggiungi un ancoretta magnetica e sigillare il pallone con un tappo di gomma. <ol><li> Anche misurare 240 mg (eccesso) di stagno (II) etilesanoato in un piccolo pallone a pera. Questa polimerizzazione comporta 20 mol% glicerolo composizione carbonato di monomero. Regolare le masse di monomeri per ottenere diverse composizioni monomeriche. </li></ol></li><li> Sciacquare entrambi i palloni con azoto su un collettore Schlenk per 5 minuti e aggiungere 4,24 ml di ε-caprolactono sotto azoto. Evacuare atmosfera fiaschi &#39;applicando alto vuoto (300 mTorr) per 15 minuti per eliminare l&#39;acqua traccia. </li><li> Ricaricare atmosfera i palloni &#39;con azoto; ripetere due volte questo ciclo. </li><li> Miscelare 500 ml di toluene secco con il catalizzatore di stagno sotto azoto. </li><li> Porre il pallone monomero nella C bagno d&#39;olio a 140 ° e aggiungere catalizzatore una volta che tutti i solidi siano fusi. Il volume totale di catalizzatore miscela erogata dovrebbe essere ~ 100 microlitri. Mantenere a 140 ° C per non più di 24 ore, poi raffreddare il polimero fuso a temperatura ambiente. Eseguire immediatamente o almeno 24 ore dopo i passaggi successivi. </li><li> Sciogliere il polimero in diclorometano (50 ml) e precipitare in metanolo freddo (200 ml). Decantare il surnatante e secco sotto alto vuoto. Le fasi successive possono essere eseguite immediatamente o in qualsiasi punto. Conservare polimeri nel congelatore fino a nuovo uso. Il tipico polimerizzazione rendimento / conversione è tra il 80-95%. </li><li> Eseguire 1H NMR per determinare i rapporti molari comonomero. Sciogliere polimero in cloroformio deuterato (CDCl 3) e integrare lo spostamento protonica benzilico del monomero carbonato a 4,58-4,68 ppm; confrontare questa area del picco con quella del picco di metilene a 2.3 ppm (PCL) e il picco a 5,2 ppm methyne (PLGA). </li></ol></li><li> Modifica dei polimeri: deprotezione e l&#39;innesto. <ol><li> Sciogliere polimero (g ~ 7) in 120 ml di tetraidrofurano (THF) in un recipiente di idrogenazione ad alta pressione. Pesare e aggiungere catalizzatore di palladio-carbonio (~ 2 g). </li><li> Aggiungere l&#39;idrogeno nel recipiente utilizzando un&#39;apparecchiatura di idrogenazione. Idrogenare a 50 psi per 4 ore. ATTENZIONE: l&#39;idrogeno è estremamente infiammabile. Chiedere l&#39;aiuto da parte di persone che hanno familiarità con questa procedura e sempre ispezionare le linee di alimentazione per eventuali perdite prima di effettuare questo esperimento. </li><li> Filtrare catalizzatore di palladio-carbonio con un letto impaccato di terra di diatomee. Concentrare il polimero ~ 50 ml sotto evaporazione rotante e precipitate in metanolo freddo. ATTENZIONE: le particelle di palladio asciutti possono prendere fuoco spontaneamente. Tenere un asciugamano bagnato vicina in caso di un flare-up per soffocando le fiamme. Aggiungere acqua il panello di filtrazione palladio / carbonio per tenerlo raggruppata e per impedire la sua accensione. Chiedere l&#39;aiuto da parte di persone che hanno familiarità con questa procedura. </li><li> Decantare il surnatante e secco sotto alto vuoto. Conferma conversione totale a idrossile libero osservando la scomparsa picco a 4,65 ppm (1H NMR in CDCl 3). Questi polimeri possono essere utilizzati immediatamente o salvati per un uso successivo. I rendimenti di questo passo sono&gt; 90%. </li><li> Sciogliere il polimero e l&#39;acido stearico (1,5 eq.) In 500 ml di diclorometano anidro (DCM). Aggiungere N, N&#39;-dicicloesilcarbodiimide (DCC, eq 2.0.) E 3 scaglie di 4-dimetilamminopiridina. Mescolare sotto azoto a temperatura ambiente per 24 ore. </li><li> Rimuovere N insolubile, N&#39;-dicyclohexylcarbourea attraverso una serie di filtrazioni e concentrazioni utilizzate. Alla fine, il concentratosoluzione a 50 ml. </li><li> Precipitare polimero in metanolo freddo (~ 175 ml) e decantare il surnatante. Essiccare il polimero sotto overnight alto vuoto. L&#39;utilizzo successivo di questi polimeri può essere effettuata in qualsiasi momento, ma mantenere polimeri nel congelatore per la conservazione a lungo termine. La resa per questo passaggio modifica finale è generalmente compreso tra 85-90%. </li></ol></li></ol> 2. Caratterizzare i copolimeri sintetizzati <ol><li> Pesare ~ 10 mg di polimero (registrare la massa reale) e aggiungere al piatto per campioni in alluminio, quindi ermeticamente sigillarlo. Piatto per campioni di carico e scarico di una (di riferimento) in padella calorimetro a scansione differenziale. </li><li> Programmare un rampa di temperatura e di raffreddamento (&quot;caldo / freddo / calore&quot;) ciclo: 1) il calore da 20 ° C a 225 ° C a 10 ° C / min, 2) freddo a -75 ° C a 5 ° C / min, 3) di calore a 225 ° C a 10 ° C / min. </li><li> Determinare il punto di fusione (Tm), cristallizzazione (&lt;em&gt; T c), e temperature di transizione vetrosa (Tg), e calore di fusione (d H f) dalle tracce termiche (se applicabile). </li><li> Sciogliere ogni copolimero sintetizzato in THF (1 mg / ml) e filtrata attraverso un filtro PTFE 0,02 micron. Iniettare la soluzione in un sistema di cromatografia a permeazione di gel e confrontare il tempo di ritenzione contro una serie di standard di polistirene. </li></ol> 3. Preparazione Soluzioni polimeriche per Electrospinning / electrospraying 27,31 <ol><li> Sciogliere polimero (s) al 10-40% in peso in un solvente adatto, come il cloroformio / metanolo (5: 1) per PCL o tetraidrofurano / N, N-dimetilformammide (7: 3) per PLGA, overnight. La massa di polimero richiesto per questo passaggio dipenderà dalle dimensioni della maglia desiderata. Nota: Ad esempio, per produrre un 10 cm x 10 cm maglia dello spessore di circa 300 micron, in genere richiesto 1 grammo. Vale la pena notare che la perdita di materialees possono verificarsi in successive fasi di questo protocollo, come ad esempio durante il trasferimento soluzione alla siringa (specialmente per soluzioni viscose), e da volumi morti presenti nel tubo connettore opzionale e l&#39;alloggiamento dell&#39;ago stesso, che ridurrà la resa del processo electrospinning . Queste riduzioni di resa può comportare fino al 20% la perdita di materiale, e si raccomanda di scalare fino 1,5 volte ad anticipare queste perdite, e anche le perdite connesse con l&#39;ottimizzazione dei parametri electrospinning quando eseguire questa procedura per la prima volta. <ol><li> Controllare le dimensioni fibra variando la concentrazione totale del polimero, con i più grandi fibre attesi da soluzioni più concentrate. Per un modesto aumento di idrofobicità, utilizzare il 10% (in massa totale del polimero) drogante superhydrophobic. Per i materiali estremamente idrofobici / superhydrophobic, utilizzare 30-50% drogante e / o ridurre la concentrazione totale di polimero (es., Ridurre la dimensione della fibra). Il lavoro successivo con queste soluzioni può essere perfoconfermate il giorno successivo o entro una settimana dopo. </li><li> Per electrospraying, preparare soluzioni a concentrazioni più basse (cioè, 2-10%) in un solvente adatto come cloroformio. Come elettrofilatura, modulare la dimensione delle particelle, variando la concentrazione del polimero. </li></ol></li><li> Soluzione polimerica Vortex per mescolare accuratamente. Consentire grosse bolle d&#39;aria a placarsi (5 min). </li><li> Soluzione di carico in una siringa di vetro. A seconda soluzione viscosità, può essere più facile rimuovere il pistone e versare la soluzione direttamente nella siringa. Un pezzo di inerti, tubi flessibili può essere di aiuto manovrabilità all&#39;interno della configurazione electrospinning. Capovolgere la siringa per spostare l&#39;aria attraverso il gruppo tubo / ago. </li></ol> 4. elettrofilatura / electrospraying Polymer Solutions <ol><li> Siringa carico sulla pompa a siringa, volume totale impostato (ad esempio, 4,5 ml) e la velocità (ad esempio, 5 ml / h) a cui erogare questa soluzione. </li><li> Coprire la piastra con un collettorestagnola luminum per facilitare la successiva rimozione e il trasporto. Fissare il foglio con nastro adesivo lungo i bordi esterni. </li><li> Fissare la DC (HVDC) alimentazione legare ad alta tensione a punta dell&#39;ago. La distanza di questo ago punta al collettore è una variabile importante da considerare in quanto 1) influenza il campo elettrico ad una data tensione, e 2) impatti l&#39;evaporazione di solvente e conseguente essiccamento di fibre durante la raccolta. <ol><li> Come primo tentativo, usare una distanza punta-collettore di 15 cm. ATTENZIONE: tensioni elevate e solventi infiammabili sono coinvolti in electrospinning / electrospraying. Fornire una ventilazione adeguata a gas di scarico al di fuori, e non toccare mai la siringa / ago o aprire la custodia fino a quando assolutamente certo la fornitura HVDC è spento. </li></ol></li><li> Se electrospinning / electrospraying una vasta area di copertura, attivare la rotazione e la traduzione tamburo collettore. In caso contrario, passare alla fase successiva. </li><li> Avviare la pompa a siringa. </li><li> Accendere e regolare l&#39;alta tensionefonte età per raggiungere un accettabile Taylor Cone. Se la soluzione sulla punta dell&#39;ago è cadente, aumentare la tensione. Se getti multipli stanno formando, ridurre la tensione. In aggiunta a queste regolazioni, potrebbe essere necessario regolare la distanza punta-collettore se le fibre / particelle appaiono bagnati o se la regolazione della tensione non adeguatamente risolvere un droplet trascina sulla punta dell&#39;ago. Nota: Per la risoluzione dei problemi dettagliate, vedere il completo processo di ottimizzazione electrospinning da Leach e collaboratori 47. Electrospraying generalmente coinvolgerà alte tensioni e le concentrazioni di soluzioni inferiori rispetto electrospinning. </li><li> Spegnere la sorgente ad alta tensione e poi la pompa a siringa e il tamburo motorizzato (se applicabile). Lasciare che il recinto electrospinning di continuare ventilazione per 30 min. </li><li> Rimuovere maglie / rivestimenti dal collettore. Consentire solventi traccia per evaporare in una cappa durante la notte. I materiali possono essere conservati a temperatura ambiente per almeno due settimane (PLGA) o duemesi (PCL). Passi 4,5-4,8 possono essere eseguite in qualsiasi ordine. </li></ol> 5. caratterizzante fibra e dimensione delle particelle da Light e microscopia elettronica a scansione <ol><li> La microscopia ottica <ol><li> Se producendo una mesh elettrofilate, tagliare e montare porzioni sottili su un vetrino. </li><li> Osservare diametro delle fibre, le caratteristiche dei nodi (blob o discrete), e la forma di fibre (ad esempio, in rilievo, piatte, diritto / ondulato). Fibre maglia elettrofilate ideali sono uniformi, dritto o ondulato, e senza tallone. </li></ol></li><li> Microscopia elettronica a scansione (SEM) <ol><li> Tagliare e montare mesh o superfici rivestite in alluminio stub SEM utilizzando nastro di rame conduttivo. Fibre elettrofilate e rivestimenti electrosprayed possono anche essere osservati al SEM depositando direttamente fibre / particelle sul nastro in anticipo. </li><li> Rivestire le maglie / rivestimenti con un sottile (~ 4 nm) strato di Au / Pd con rivestimento sputtering. </li><li> Stub di carico nella camera SEM e osservano a 1-2 keV. Una magnifica 250Xzione fornisce una valutazione topografica generale del materiale, mentre ingrandimenti maggiori rivelano caratteristiche delle fibre e delle particelle aggiuntivi come modelli gerarchici fibre estremamente superhydrophobic e interconnettività per i rivestimenti di particelle. </li></ol></li></ol> 6. Determinazione delle proprietà non-bagnanti <ol><li> Avanzando e sfuggente contatto con l&#39;acqua misure di angolo con il metodo variazione di volume <ol><li> Tagliare sottile (0,5 cm x 5 cm) strisce di maglia o materiale rivestito (se possibile) e posto sul palco di un goniometro angolo di contatto. </li><li> Cattura il profilo goccia acqua mentre dispensazione (da una siringa ago 24 AWG) sulla superficie del materiale. <ol><li> Per fare questo, iniziare con un approssimativo goccia 5-microlitri, e prendere contatto con la superficie del materiale. Continuare la gocciolina immagine, che rappresenta l&#39;angolo di contatto di avanzamento acqua da aggiungere lentamente il volume (20-25 ml) e catturare. La punta dell&#39;ago deve essere piccolo rispetto alla goccia, e THe lunghezza del capillare deve essere maggiore della gocciolina di ridurre la distorsione di forma di goccia. </li></ol></li><li> Ritirare questa stessa caduta e contemporaneamente catturare il suo profilo goccia. Ripetere posizioni superficiali distinti di diversi campioni di segnalare un valore medio, in genere, 10 misure di entrambe angoli di contatto che avanzano e retrocedono sono sufficienti a caratterizzare questi materiali. </li></ol></li><li> Determinare tensione critica superficiale dei materiali modificando liquidi sondaggio. <ol><li> Preparare soluzioni diverse in etanolo, glicole propilenico, o etilene glicole, come queste miscele hanno conosciuto tensioni superficiali 99-101. <ol><li> In alternativa, utilizzare solventi con diversi tensioni per la superficie esempio, l&#39;acqua (72 mN / m), glicerolo (64 mN / m), dimetil solfossido (44 mN / m), alcool benzilico (39 mN / m), 1,4 diossano (33 mN / m), 1-ottanolo (28 mN / m), e acetone (25 mN / m). È importante utilizzare solventi che non si dissolveranno i polimeri, come questi sarannoconfondere i risultati. Inoltre, è importante notare che, oltre alla tensione superficiale, questi liquidi hanno diverse viscosità, che possono influire misure di angolo di contatto ed è una limitazione di questa tecnica. </li><li> Misurare l&#39;angolo di contatto di queste soluzioni sondati sulla superficie del materiale. Plot angolo di contatto in funzione della tensione superficiale. </li></ol></li></ol></li></ol> 7. Individuare bagnatura di massa di 31 maglie <ol><li> Osservare infiltrazioni d&#39;acqua in mesh 3D con micro-tomografia computerizzata (μCT). <ol><li> Preparare una soluzione di 80 mg / ml di Ioxaglate (un agente di contrasto iodurato) in acqua. </li><li> Immergere maglie in queste soluzioni e incubare a 37 ° C; misurare periodicamente mezzo di contrasto (acqua) infiltrazione da μCT (18 micron 3 risoluzione voxel) utilizzando un tubo 70 kVp di tensione, corrente 114 μA, e un tempo di integrazione 300 msec. </li><li> Utilizzando il software di elaborazione delle immagini, misurare intens pixellità tutto lo spessore della rete, dove i pixel luminosi rappresentano infiltrazioni d&#39;acqua. Selezionare un valore di soglia di pixel (~ 1500) per le quali maggiore intensità rappresenta infiltrazioni d&#39;acqua. </li></ol></li></ol> 8. prova delle proprietà meccaniche di maglie <ol><li> Tagliare maglie a 1 cm x 7 cm e tra le prese di un apparecchio di prove di trazione. Misurare l&#39;esatta larghezza, lunghezza e spessore. </li><li> Eseguire un test rampa di estensione su tre campioni. Tracciare una curva di sollecitazione-deformazione utilizzando questi dati per determinare il modulo elastico, carico di rottura e l&#39;allungamento-at-break. </li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Il nostro approccio alla costruzione di materiali superhydrophobic da polimeri biomedici combina chimica dei polimeri sintetici con le tecniche di lavorazione di polimeri di electrospinning e electrospraying. Queste tecniche forniscono sia fibre o particelle, rispettivamente. In particolare, policaprolattone e poli (lactide- co -glycolide) materiali a base superhydrophobic vengono preparati usando questa strategia. Variando la composizione del copolimero idrofobo, copolimero cento nella miscela polimerica final...

Superfici superidrofobiche sono generalmente classificati come espositrici contatto con l&#39;acqua apparente angoli superiori a 150 ° con un basso angolo di contatto isteresi. Queste superfici sono fabbricati introducendo elevata rugosità superficiale su materiali a bassa energia superficiale di stabilire un conseguente interfaccia aria-liquido-solido che resiste bagnare 1-6. A seconda del metodo di fabbricazione, superfici sottili o multistrato superhydrophobic, multistrato rivestimenti substrato superhydrophobic, o strutture superhydrophobic anche sfusi può essere preparato. Questo idrorepellenza permanente o semi-permanente è una proprietà utile che viene impiegato per la preparazione delle superfici autopulenti 7, dispositivi microfluidici 8, antivegetativa superfici cellule / proteine ​​9,10, superfici-trascinare la riduzione di 11, e dispositivi di somministrazione dei farmaci 12- 15. Recentemente, stimoli-responsive materiali superhydrophobic sono descritti in cui la non bagnato allo stato bagnato è attivata da chimici, fisici, O stimoli ambientali (ad esempio, la luce, pH, temperatura, ultrasuoni, e applicato il potenziale elettrico / corrente) 14,16-20, e questi materiali trovano impiego per applicazioni aggiuntive 21-25. Le prime superfici superhydrophobic sintetici sono stati preparati trattando le superfici di materiali con methyldihalogenosilanes 26, ed erano di valore limitato per applicazioni biomediche, come i materiali utilizzati non erano adatti per l&#39;uso in vivo. Qui si descrive la preparazione di superfici e materiali superhydrophobic rinfusa da polimeri biocompatibili. Il nostro approccio comporta electrospinning o electrospraying una miscela polimerica contenente un biodegradabile, biocompatibile poliestere alifatico come componente principale, drogato con un copolimero composto idrofobico del poliestere e un poli (carbonato di glicerolo) stearato modificato 27-30. Le tecniche di fabbricazione forniscono la rugosità superficiale maggiore e porosità acceso e all&#39;interno della FIBErs o particelle, rispettivamente, mentre l&#39;uso di un drogante copolimero fornisce un polimero a bassa energia superficiale che si fonde con il poliestere e può essere stabilmente elettrofilate o electrosprayed 27,31,32. Poliesteri alifatici biodegradabili come il poli (acido lattico) (PLA), poli (acido glicolico) (PGA), poli (lattico co acido acido -glycolic) (PLGA) e policaprolattone (PCL) sono polimeri utilizzati in dispositivi clinicamente approvati e prominente in materiali Ricerca Biomedica a causa della loro non-tossicità, biodegradabilità, e la facilità di sintesi 33. PGA e PLGA debuttato nella clinica come suture riassorbibili nel 1960 e 1970, rispettivamente primi anni 34-37. Da allora, questi poli (idrossiacidi) sono stati trasformati in una serie di altri fattori di forma per applicazioni specifiche, come ad esempio micro- e nanoparticelle 40,41 38,39, wafer / dischi 42, maglie 27,43, schiume 44, e 45 film </sup&gt;. Poliesteri alifatici, nonché altri polimeri di interesse biomedico, possono essere elettrofilate per produrre nano o maglie microfibra strutture che possiedono elevata area superficiale e porosità e resistenza alla trazione. Tabella 1 elenca i polimeri sintetici elettrofilate per varie applicazioni biomediche e loro corrispondenti riferimenti. Electrospinning e electrospraying sono tecniche rapide e commercialmente scalabili. Queste due tecniche simili si basano sull&#39;applicazione di alta tensione (repulsione elettrostatica) per superare la tensione superficiale di una soluzione polimerica / fondere in una configurazione pompa a siringa è diretto verso un bersaglio a terra 46,47. Quando questa tecnica viene utilizzata in combinazione con polimeri a bassa energia superficiale (polimeri idrofobi come poli (monostearato co caprolactone- -glycerol)), il conseguente superhydrophobicity materiali per mostre. Per illustrare questo approccio generale sintetico e trattamento dei materialialla costruzione di materiali superhydrophobic da polimeri biomedici, si descrive la sintesi di polycaprolactone- superhydrophobic e poli (lactide- co -glycolide) materiali basati su come esempi rappresentativi. Il rispettivo poli droganti copolimero (Monostearato co caprolactone- -glycerol) e poli (Monostearato co lactide- -glycerol) vengono prima sintetizzate, poi mescolato con policaprolattone e poli (lactide- co -glycolide), rispettivamente, e infine elettrofilate o electrosprayed. I materiali risultanti sono caratterizzati da SEM imaging e angolo di contatto goniometry, e testati in vitro e in vivo biocompatibilità. Infine, bagnatura massa attraverso tridimensionali maglie superhydrophobic viene esaminato con mdc tomografia microcomputed.

<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

Materiali superhydrophobic, con superfici possiedono stati non a contatto col permanenti o metastabili, sono di interesse per un numero di applicazioni biomediche e industriali. Qui si descrive come electrospinning o electrospraying una miscela polimerica contenente un biodegradabile, biocompatibile poliestere alifatico (ad esempio, policaprolattone e poli (-glycolide co lactide-)), come componente principale, drogato con un copolimero composto idrofobico del poliestere e un stearate- poli modificato (carbonato di glicerolo) offre un biomateriale superhydrophobic. Le tecniche di fabbricazione di electrospinning o electrospraying forniscono la rugosità superficiale e porosità maggiore su e all&#39;interno delle fibre o particelle, rispettivamente. L&#39;uso di un copolimero a bassa energia superficiale drogante che si fonde con il poliestere e può essere stabilmente elettrofilate o electrosprayed offre questi materiali superhydrophobic. Parametri importanti quali la dimensione delle fibre, composizione del copolimero drogante e / o concentration, ei loro effetti sulla bagnabilità sono discussi. Questa combinazione di chimica dei polimeri e di processo offre un approccio versatile per sviluppare materiali specifici dell&#39;applicazione utilizzando tecniche scalabili, che possono generalizzabile ad una classe più ampia di polimeri per una varietà di applicazioni.

Attraverso una serie di trasformazioni chimiche, il monomero funzionale carbonato di 5-benzilossi-1,3-diossan-2-one è sintetizzato come solido bianco cristallino (Figura 1A). 1 H NMR conferma la struttura (Figura 1B) e spettrometria di massa e analisi elementare confermare la composizione. Questo solido viene poi copolimerizzato sia con D, L o -lactide ε-caprolattone con una apertura di anello di reazione tin-catalizzata a 140 ° C. Dopo purificazione mediante prec...

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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.

Realizzazione superidrofobiche Materiali Polimerici per applicazioni biomediche

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

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Bioengineering

Unit 1

Synthetic Polymers

SCIENTISTS IN ACTION

19.0K Views.  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. 

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Evaluation of Polymeric Gene Delivery Nanoparticles by Nanoparticle Tracking Analysis and High-throughput Flow Cytometry

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a technology for regenerative medicine2. Unlike viruses, which have significant safety issues, polymeric nanoparticles can be designed to be non-toxic, non-immunogenic, non-mutagenic, easier to synthesize, chemically versatile, capable of carrying larger nucleic acid cargo and biodegradable and/or environmentally responsive. Cationic polymers self-assemble with negatively charged DNA via electrostatic interaction to form complexes on the order of 100 nm that are commonly termed polymeric nanoparticles. Examples of biomaterials used to form nanoscale polycationic gene delivery nanoparticles include polylysine, polyphosphoesters, poly(amidoamines)s and polyethylenimine (PEI), which is a non-degradable off-the-shelf cationic polymer commonly used for nucleic acid delivery1,3 . Poly(beta-amino ester)s (PBAEs) are a newer class of cationic polymers4 that are hydrolytically degradable5,6 and have been shown to be effective at gene delivery to hard-to-transfect cell types such as human retinal endothelial cells (HRECs)7, mouse mammary epithelial cells8, human brain cancer cells9 and macrovascular (human umbilical vein, HUVECs) endothelial cells10.
A new protocol to characterize polymeric nanoparticles utilizing nanoparticle tracking analysis (NTA) is described. In this approach, both the particle size distribution and the distribution of the number of plasmids per particle are obtained11. In addition, a high-throughput 96-well plate transfection assay for rapid screening of the transfection efficacy of polymeric nanoparticles is presented. In this protocol, poly(beta-amino ester)s (PBAEs) are used as model polymers and human retinal endothelial cells (HRECs) are used as model human cells. This protocol can be easily adapted to evaluate any polymeric nanoparticle and any cell type of interest in a multi-well plate format.

A protocol for nanoparticle tracking analysis (NTA) and high-throughput flow cytometry to evaluate polymeric gene delivery nanoparticles is described. NTA is utilized to characterize the nanoparticle particle size distribution and the plasmid per particle distribution. High-throughput flow cytometry enables quantitative transfection efficacy evaluation for a library of gene delivery biomaterials.

Valutazione della consegna del gene polimerici Nanoparticelle per l&#39;analisi delle nanoparticelle Monitoraggio e High-throughput Citometria a Flusso

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a ...

Ricerca

Bioingegneria

Graphene Coatings for Biomedical Implants

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with nanometer thick layers of graphene for applications as a stent material. Graphene was grown on copper substrates via chemical vapor deposition and then transferred onto nitinol substrates. In order to understand how the graphene coating could change biological response, cell viability of rat aortic endothelial cells and rat aortic smooth muscle cells was investigated. Moreover, the effect of graphene-coatings on cell adhesion and morphology was examined with fluorescent confocal microscopy. Cells were stained for actin and nuclei, and there were noticeable differences between pristine nitinol samples compared to graphene-coated samples. Total actin expression from rat aortic smooth muscle cells was found using western blot. Protein adsorption characteristics, an indicator for potential thrombogenicity, were determined for serum albumin and fibrinogen with gel electrophoresis. Moreover, the transfer of charge from fibrinogen to substrate was deduced using Raman spectroscopy. It was found that graphene coating on nitinol substrates met the functional requirements for a stent material and improved the biological response compared to uncoated nitinol. Thus, graphene-coated nitinol is a viable candidate for a stent material.

Graphene offers potential as a coating material for biomedical implants. In this study we demonstrate a method for coating nitinol alloys with nanometer thick layers of graphene and determine how graphene may influence implant response.

Rivestimenti grafene per impianti biomedici

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with ...

Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, nanomedicine, tissue regeneration, and drug delivery. Designing materials based on the molecular-scale interactions between these proteins will help generate new multifunctional protein alloy biomaterials with tunable properties. Such alloy material systems also provide advantages in comparison to traditional synthetic polymers due to the materials biodegradability, biocompatibility, and tenability in the body. This article used the protein blends of wild tussah silk (Antheraea pernyi) and domestic mulberry silk (Bombyx mori) as an example to provide useful protocols regarding these topics, including how to predict protein-protein interactions by computational methods, how to produce protein alloy solutions, how to verify alloy systems by thermal analysis, and how to fabricate variable alloy materials including optical materials with diffraction gratings, electric materials with circuits coatings, and pharmaceutical materials for drug release and delivery. These methods can provide important information for designing the next generation multifunctional biomaterials based on different protein alloys.

Blending is an efficient approach to generate biomaterials with a broad range of properties and combined features. By predicting the molecular interactions between different natural silk proteins, new silk-silk protein alloy platforms with tunable mechanical resiliency, electrical response, optical transparency, chemical processability, biodegradability, or thermal stability can be designed.

Progettazione di materiali in lega di proteine ​​della seta-seta per le applicazioni biomediche

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, ...

Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness and low bioactivity of metals. In this study, we have developed a new method towards fabricating a new type of bioactive and mechanically reliable porous metal scaffolds-densified porous Ti scaffolds. The method consists of two fabrication processes, 1) the fabrication of porous Ti scaffolds by dynamic freeze casting, and 2) coating and densification of the porous scaffolds. The dynamic freeze casting method to fabricate porous Ti scaffolds allowed the densification of porous scaffolds by minimizing the chemical contamination and structural defects. The densification process is distinctive for three reasons. First, the densification process is simple, because it requires a control of only one parameter (degree of densification). Second, it is effective, as it achieves mechanical enhancement and sustainable release of biomolecules from porous scaffolds. Third, it has broad applications, as it is also applicable to the fabrication of functionally graded porous scaffolds by spatially varied strain during densification.

Bioactive and mechanically reliable metal scaffolds have been fabricated through a method which consists of two processes, dynamic freeze casting for the fabrication of porous Ti, and coating and densification of the Ti scaffolds. The densification process is simple, effective and applicable to the fabrication of functionally graded scaffolds.

Fabbricazione di meccanicamente Tunable e Bioactive metallo Ponteggi per applicazioni biomediche

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness ...

Fabricating Cotton Analytical Devices

A robust, low-cost analytical device should be user-friendly, rapid, and affordable. Such devices should also be able to operate with scarce samples and provide information for follow-up treatment. Here, we demonstrate the development of a cotton-based urinalysis (i.e., nitrite, total protein, and urobilinogen assays) analytical device that employs a lateral flow-based format, and is inexpensive, easily fabricated, rapid, and can be used to conduct multiple tests without cross-contamination worries. Cotton is composed of cellulose fibers with natural absorptive properties that can be leveraged for flow-based analysis. The simple but elegant fabrication process of our cotton-based analytical device is described in this study. The arrangement of the cotton structure and test pad takes advantage of the hydrophobicity and absorptive strength of each material. Because of these physical characteristics, colorimetric results can persistently adhere to the test pad. This device enables physicians to receive clinical information in a timely manner and shows great potential as a tool for early intervention.

To investigate simple fabrication approaches for multiple assay needs, we created a fluid-absorbing channel system made of cotton material. This device was used to establish a multiple detection platform, and solve contamination issues that commonly affect lateral flow-based biomedical devices, for clinical urinalysis of nitrite, total protein, and urobilinogen.

Fabbricazione di dispositivi analitici cotone

A robust, low-cost analytical device should be user-friendly, rapid, and affordable. Such devices should also be able to operate with scarce samples and ...

The Synthesis of RGD-functionalized Hydrogels as a Tool for Therapeutic Applications

The use of polymers as biomaterials has provided significant advantages in therapeutic applications. In particular, the possibility to modify and functionalize polymer chains with compounds that are able to improve biocompatibility, mechanical properties, or cell viability allows the design of novel materials to meet new challenges in the biomedical field. With the polymer functionalization strategies, click chemistry is a powerful tool to improve cell-compatibility and drug delivery properties of polymeric devices. Similarly, the fundamental need of biomedicine to use sterile tools to avoid potential adverse-side effects, such as toxicity or contamination of the biological environment, gives rise to increasing interest in the microwave-assisted strategy.
The combination of click chemistry and the microwave-assisted method is suitable to produce biocompatible hydrogels with desired functionalities and improved performances in biomedical applications. This work aims to synthesize RGD-functionalized hydrogels. RGD (arginylglycylaspartic acid) is a tripeptide that can mimic cell adhesion proteins and bind to cell-surface receptors, creating a hospitable microenvironment for cells within the 3D polymeric network of the hydrogels. RGD functionalization occurs through Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition. Some PAA carboxyl groups are modified with an alkyne moiety, whereas RGD is functionalized with azido acid as the terminal residue of the peptide sequence. Finally, both products are used in a copper catalyzed click reaction to permanently link the peptide to PAA. This modified polymer is used with carbomer, agarose and polyethylene glycol (PEG) to synthesize a hydrogel matrix. The 3D structure is formed due to an esterification reaction involving carboxyl groups from PAA and carbomer and hydroxyl groups from agarose and PEG through microwave-assisted polycondensation. The efficiency of the gelation mechanism ensures a high degree of RGD functionalization. In addition, the procedure to load therapeutic compounds or biological tools within this functionalized network is very simple and reproducible.

We present a protocol for the synthesis of RGD-functionalized hydrogels as devices for cell and drug delivery. The procedure involves copper catalyzed alkyne-azide cycloaddition (CuAAC) between alkyne-modified polyacrylic acid (PAA) and a RGD-azide derivative. The hydrogels are formed using microwave-assisted polycondensation and their physicochemical properties are investigated.

La sintesi di RGD-funzionalizzati idrogeli come strumento per applicazioni terapeutiche

The use of polymers as biomaterials has provided significant advantages in therapeutic applications. In particular, the possibility to modify and ...

Light-mediated Formation and Patterning of Hydrogels for Cell Culture Applications

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In particular, light-mediated click reactions, such as photoinitiated thiol&#8722;ene and thiol&#8722;yne reactions, afford spatiotemporal control over material properties and allow the design of systems with a high degree of user-directed property control. Fabrication and modification of hydrogel-based biomaterials using the precision afforded by light and the versatility offered by these thiol&#8722;X photoclick chemistries are of growing interest, particularly for the culture of cells within well-defined, biomimetic microenvironments. Here, we describe methods for the photoencapsulation of cells and subsequent photopatterning of biochemical cues within hydrogel matrices using versatile and modular building blocks polymerized by a thiol&#8722;ene photoclick reaction. Specifically, an approach is presented for constructing hydrogels from allyloxycarbonyl (Alloc)-functionalized peptide crosslinks and pendant peptide moieties and thiol-functionalized poly(ethylene glycol) (PEG) that rapidly polymerize in the presence of lithium acylphosphinate photoinitiator and cytocompatible doses of long wavelength ultraviolet (UV) light. Facile techniques to visualize photopatterning and quantify the concentration of peptides added are described. Additionally, methods are established for encapsulating cells, specifically human mesenchymal stem cells, and determining their viability and activity. While the formation and initial patterning of thiol-alloc hydrogels are shown here, these techniques broadly may be applied to a number of other light and radical-initiated material systems (e.g., thiol-norbornene, thiol-acrylate) to generate patterned substrates.

We describe a sequential process for light-mediated formation and subsequent biochemical patterning of synthetic hydrogel matrices for three-dimensional cell culture applications. The construction and modification of hydrogels with cytocompatible photoclick chemistry is demonstrated. Additionally, facile techniques to quantify and observe patterns and determine cell viability within these hydrogels are presented.

Formazione Light-mediata ed il modello di idrogel per colture cellulari

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In ...

Extraction of Plant-based Capsules for Microencapsulation Applications

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin exine capsules (SECs) are obtained when spores or pollen are processed so as to remove the internal sporoplasmic contents. The resulting hollow microcapsules exhibit a high degree of micromeritic uniformity and retain intricate microstructural features related to the particular plant species. Herein, we demonstrate a streamlined process for the production of SECs from Lycopodium clavatum spores and for the loading of hydrophilic compounds into these SECs. The current SEC isolation procedure has been recently optimized to significantly reduce the processing requirements which are conventionally used in SEC isolation, and to ensure the production of intact microcapsules. Natural L. clavatum spores are defatted with acetone, treated with phosphoric acid, and extensively washed to remove sporoplasmic contents. After acetone defatting, a single processing step using 85% phosphoric acid has been shown to remove all sporoplasmic contents. By limiting the acid processing time to 30 hr, it is possible to isolate clean SECs and avoid SEC fracturing, which has been shown to occur with prolonged processing time. Extensive washing with water, dilute acids, dilute bases, and solvents ensures that all sporoplasmic material and chemical residues are adequately removed. The vacuum loading technique is utilized to load a model protein (Bovine Serum Albumin) as a representative hydrophilic compound. Vacuum loading provides a simple technique to load various compounds without the need for harsh solvents or undesirable chemicals which are often required in other microencapsulation protocols. Based on these isolation and loading protocols, SECs provide a promising material for use in a diverse range of microencapsulation applications, such as, therapeutics, foods, cosmetics, and personal care products.

This protocol/manuscript describes a streamlined process for the production of sporopollenin exine capsules (SECs) from Lycopodium clavatum spores and for the loading of hydrophilic compounds into these SECs.

Capsule Estrazione di Plant-based per applicazioni di microincapsulazione

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin ...

Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest regarding the use of bioinspired nanoscale hydroxyapatite (nHA). However, biological apatite is known to be calcium-deficient and carbonate-substituted with a nanoscale platelet-like morphology. Bioinspired nHA has the potential to stimulate optimal bone tissue regeneration due to its similarity to bone and tooth enamel mineral. Many of the methods currently used to fabricate nHA both in the laboratory and commercially, involve lengthy processes and complex equipment. Therefore, the aim of this study was to develop a rapid and reliable method to prepare high quality bioinspired nHA. The rapid mixing method developed was based upon an acid-base reaction involving calcium hydroxide and phosphoric acid. Briefly, a phosphoric acid solution was poured into a calcium hydroxide solution followed by stirring, washing and drying stages. Part of the batch was sintered at 1,000 &#176;C for 2 h in order to investigate the products&#39; high temperature stability. X-ray diffraction analysis showed the successful formation of HA, which showed thermal decomposition to &#946;-tricalcium phosphate after high temperature processing, which is typical for calcium-deficient HA. Fourier transform infrared spectroscopy showed the presence of carbonate groups in the precipitated product. The nHA particles had a low aspect ratio with approximate dimensions of 50 x 30 nm, close to the dimensions of biological apatite. The material was also calcium deficient with a Ca:P molar ratio of 1.63, which like biological apatite is lower than the stoichiometric HA ratio of 1.67. This new method is therefore a reliable and far more convenient process for the manufacture of bioinspired nHA, overcoming the need for lengthy titrations and complex equipment. The resulting bioinspired HA product is suitable for use in a wide variety of medical and consumer health applications.

This paper describes a novel method for the rapid manufacture of high quality bioinspired nanoscale hydroxyapatite. This biomaterial is of great significance in the manufacture of a wide range of innovative medical devices for clinical applications in orthopedics, craniofacial surgery and dentistry.

Rapid Mix Preparazione di bioispirati Nanoscale idrossiapatite per applicazioni biomediche

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest ...

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology with great potential for biomedical applications. The technique facilitates the direct deposition of biocompatible polymer fibers to fabricate well-ordered scaffolds in the sub-micron to micro scale range. The establishment of a stable, viscoelastic, polymer jet between a spinneret and a collector is achieved using an applied voltage and can be direct-written. A significant benefit of a typical porous scaffold is a high surface-to-volume ratio which provides increased effective adhesion sites for cell attachment and growth. Controlling the printing process by fine-tuning the system parameters enables high reproducibility in the quality of the printed scaffolds. It also provides a flexible manufacturing platform for users to tailor the morphological structures of the scaffolds to their specific requirements. For this purpose, we present a protocol to obtain different fiber diameters using melt electrospinning writing (MEW) with a guided amendment of the parameters, including flow rate, voltage and collection speed. Furthermore, we demonstrate how to optimize the jet, discuss often experienced technical challenges, explain troubleshooting techniques and showcase a wide range of printable scaffold architectures.

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&amp;#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

This protocol serves as a comprehensive guideline to fabricate scaffolds via electrospinning with polymer melts in a direct writing mode. We systematically outline the process and define the appropriate parameter settings for achieving targeted scaffold architectures.

Sciogliere elettrofilatura scrittura di scaffold tridimensionale Poly(ε-caprolactone) con morfologie controllabile per applicazioni di ingegneria del tessuto

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...