Name: fabricating superhydrophobic polymeric materials for biomedical applications
Uploaded: 2015-08-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 22 s
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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><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>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>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>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>346000</td><td>Flammable. Dried through column of XXX</td></tr><tr><td>Dichloromethane</td><td>Pharmaco-Aaper</td><td>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>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>320331</td><td>Corrosive. Diluted to 2N in distilled water.</td></tr><tr><td>Ethyl chloroformate, 97%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>185892</td><td>Toxic, flammable, harmful to environment</td></tr><tr><td>Triethylamine (anhydrous)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>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>303143</td><td></td></tr><tr><td>Tin (II) ethylhexanoate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S3252</td><td>Toxic.</td></tr><tr><td>&amp;epsilon;-caprolactone (97%)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>704067</td><td></td></tr><tr><td>Toluene, anhydrous</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>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>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>22140</td><td></td></tr><tr><td>2H,2H,3H,3H-perflurononanoic acid</td><td>Oakwood Products, Inc.</td><td>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&amp;rsquo;-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>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>227056</td><td>Toxic, flammable.</td></tr><tr><td>Polycaprolactone, MW 70-90 kg/mol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>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>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 &amp;amp; power supply</td><td>Intelligent Motion Systems, Inc.</td><td>MDrive23 Plus</td><td>Optional</td></tr><tr><td>24V DC motor &amp;amp; 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>16072</td><td></td></tr><tr><td>Aluminum SEM stubs</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>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>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>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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19.1K 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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Microfabricated Platforms for Mechanically Dynamic Cell Culture

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or fundamental cell biology studies is limited by current bioreactor technologies, which cannot simultaneously apply a variety of mechanical stimuli to cultured cells. In order to address this issue, we have developed a series of microfabricated platforms designed to screen for the effects of mechanical stimuli in a high-throughput format. In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and further demonstrate how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

Piattaforme microfabbricazione per coltura cellulare meccanicamente dinamica

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or ...

Ricerca

Bioingegneria

Advanced Compositional Analysis of Nanoparticle-polymer Composites Using Direct Fluorescence Imaging

The fabrication of polymer-nanoparticle composites is extremely important in the development of many functional materials. Identifying the precise composition of these materials is essential, especially in the design of surface catalysts, where the surface concentration of the active component determines the activity of the material. Antimicrobial materials which utilize nanoparticles are a particular focus of this technology. Recently swell encapsulation has emerged as a technique for inserting antimicrobial nanoparticles into a host polymer matrix. Swell encapsulation provides the advantage of localizing the incorporation to the external surfaces of materials, which act as the active sites of these materials. However, quantification of this nanoparticle uptake is challenging. Previous studies explore the link between antimicrobial activity and surface concentration of the active component, but this is not directly visualized. Here we show a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of CdSe/ZnS nanoparticles can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging. Using this method, we can quantify the uptake of nanoparticles via swell encapsulation and measure the surface concentration of encapsulated particles, which is key in optimizing the activity of functional materials.

Here we present a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of cadmium selenide quantum dots can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging.

Avanzate analisi composizionale di Compositi nanoparticelle-polimero Uso diretto imaging di fluorescenza

The fabrication of polymer-nanoparticle composites is extremely important in the development of many functional materials. Identifying the precise ...

Ingegneria

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and used to dictate the shape as well as the diameter of a core stream.&#160;Grooves in the top and bottom of a microfluidic channel were designed to direct the sheath fluid and shape the core fluid.&#160;By matching the viscosity and hydrophilicity of the sheath and core fluids, the interfacial effects are minimized and complex fluid shapes can be formed.&#160;Controlling the relative flow rates of the sheath and core fluids determines the cross-sectional area of the core fluid.&#160;Fibers have been produced with sizes ranging from 300 nm to ~1 mm, and fiber cross-sections can be round, flat, square, or complex as in the case with double anchor fibers. Polymerization of the core fluid downstream from the shaping region solidifies the fibers.&#160;Photoinitiated click chemistries are well suited for rapid polymerization of the core fluid by irradiation with ultraviolet light.&#160;Fibers with a wide variety of shapes have been produced from a list of polymers including liquid crystals, poly(methylmethacrylate), thiol-ene and thiol-yne resins, polyethylene glycol, and hydrogel derivatives. Minimal shear during the shaping process and mild polymerization conditions also makes the fabrication process well suited for encapsulation of cells and other biological components.

Two adjacent fluids passing through a grooved microfluidic channel can be directed to form a sheath around a prepolymer core; thereby&#160;determining both shape and cross-section. Photoinitiated polymerization, such as thiol click chemistry, is well suited for rapidly solidifying the core fluid into a microfiber with predetermined size and shape.

Fabbricazione microfluidica di fibre polimeriche e bioibride con dimensioni e forma predesignate

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

Preparation and High-temperature Anti-adhesion Behavior of a Slippery Surface on Stainless Steel

Anti-adhesion surfaces with high-temperature resistance have a wide application potential in electrosurgical instruments, engines, and pipelines. A typical anti-wetting superhydrophobic surface easily fails when exposed to a high-temperature liquid. Recently, Nepenthes-inspired slippery surfaces demonstrated a new way to solve the adhesion problem. A lubricant layer on the slippery surface can act as a barrier between the repelled materials and the surface structure. However, the slippery surfaces in previous studies rarely showed high-temperature resistance. Here, we describe a protocol for the preparation of slippery surfaces with high-temperature resistance. A photolithography-assisted method was used to fabricate pillar structures on stainless steel. By functionalizing the surface with saline, a slippery surface was prepared by adding silicone oil. The prepared slippery surface maintained the anti-wetting property for water, even when the surface was heated to 300 &#176;C. Also, the slippery surface exhibited great anti-adhesion effects on soft tissues at high temperatures. This type of slippery surface on stainless steel has applications in medical devices, mechanical equipment, etc.

Slippery surfaces provide a new way to solve the adhesion problem. This protocol describes how to fabricate slippery surfaces at high temperatures. The results demonstrate that the slippery surfaces showed anti-wetting for liquids and a remarkable anti-adhesion effect on soft tissues at high temperatures.

Comportamento di anti-adesione preparazione e ad alta temperatura di una superficie scivolosa su acciaio inossidabile

Anti-adhesion surfaces with high-temperature resistance have a wide application potential in electrosurgical instruments, engines, and pipelines. A ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in industry. The wettability of the produced surface was analyzed by bouncing drop experiments and the topography was analyzed by confocal microscopy. In addition, we show various methodologies to measure its durability and anti-icing properties. Superhydrophobic surfaces hold a special texture that must be preserved to keep their water-repellency. To fabricate durable surfaces, we followed two strategies to incorporate a resistant texture. The first strategy is a direct incorporation of roughness to the metal substrate by acid etching. After this surface texturization, the surface energy was decreased by silanization or fluoropolymer deposition. The second strategy is the growth of a ceria layer (after surface texturization) that should enhance the surface hardness and corrosion resistance. The surface energy was decreased with a stearic acid film.
The durability of the superhydrophobic surfaces was examined by a particle impact test, mechanical wear by lateral abrasion, and UV-ozone resistance. The anti-icing properties were explored by studying the ability to repeal subcooled water, freezing delay, and ice adhesion.

We illustrate several methodologies to produce superhydrophobic metal surfaces and to explore their durability and anti-icing properties.

Fabbricazione di superfici superidrofobiche metalliche per applicazioni Anti-Icing

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

Thin Film Composite Silicon Elastomers for Cell Culture and Skin Applications: Manufacturing and Characterization

In this protocol, we present methods to fabricate thin elastomer composite films for advanced cell culture applications and for the development of skin adhesives. Two different poly-(dimethyl siloxanes) (PDMS and soft skin adhesive (SSA)), have been used for in depth investigation of biological effects and adhesive characteristics. The composite films consist of a flexible backing layer and an adhesive top coating. Both layers have been manufactured by doctor blade application technique. In the present investigation, the adhesive behavior of the composite films has been investigated as a function of the layer thickness or a variation of the Young&#39;s modulus of the top layer. The Young&#39;s modulus of PDMS has been changed by varying the base to crosslinker mixing ratio. In addition, the thickness of SSA films has been varied from approx. 16 &#181;m to approx. 320 &#181;m. Scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy have been used for thickness measurements. The adhesive properties of elastomer films depend strongly on the film thickness, the Young&#39;s modulus of the polymers and surface characteristics. Therefore, normal adhesion of these films on glass substrates exhibiting smooth and rough surfaces has been investigated. Pull-off stress and work of separation are dependent on the mixing ratio of silicone elastomers.
Additionally, the thickness of the soft skin adhesive placed on top of a supportive backing layer has been varied in order to produce patches for skin applications. Cytotoxicity, proliferation and cellular adhesion of L929 murine fibroblasts on PDMS films (mixing ratio 10:1) and SSA films (mixing ratio 50:50) have been conducted. We have shown here, for the first time, the side by side comparison of thin composite films manufactured of both polymers and present the investigation of their biological- and adhesive properties.

A protocol for the manufacturing process of polymeric thin film composite structures possessing either different Young&#39;s moduli or thicknesses is presented. Films are produced for advanced cell culture studies or as skin adhesives.

Thin Film composito silicone elastomeri per colture cellulari e applicazioni della pelle: produzione e caratterizzazione

In this protocol, we present methods to fabricate thin elastomer composite films for advanced cell culture applications and for the development of skin ...

Biologia dello sviluppo

Fabrication of Refractive-index-matched Devices for Biomedical Microfluidics

The use of microfluidic devices has emerged as a defining tool for biomedical applications. When combined with modern microscopy techniques, these devices can be implemented as part of a robust platform capable of making simultaneous complementary measurements. The primary challenge created by the combination of these two techniques is the mismatch in refractive index between the materials traditionally used to make microfluidic devices and the aqueous solutions typically used in biomedicine. This mismatch can create optical artifacts near the channel or device edges. One solution is to reduce the refractive index of the material used to fabricate the device by using a fluorinated polymer such as MY133-V2000 whose refractive index is similar to that of water (n = 1.33). Here, the construction of a microfluidic device made out of MY133-V2000 using soft lithography techniques is demonstrated, using O2 plasma in conjunction with an acrylic holder to increase the adhesion between the MY133-V2000 fabricated device and the polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. The device is then tested by incubating it filled with cell culture media for 24 h to demonstrate the ability of the device to maintain cell culture conditions during the course of a typical imaging experiment. Finally, quantitative phase microscopy (QPM) is used to measure the distribution of mass within the live adherent cells in the microchannel. This way, the increased precision, enabled by fabricating the device from a low index of refraction polymer such as MY133-V2000 in lieu of traditional soft lithography materials such as PDMS, is demonstrated. Overall, this approach for fabricating microfluidic devices can be readily integrated into existing soft lithography workflows in order to reduce optical artifacts and increase measurement precision.

This protocol describes the fabrication of microfluidic devices from MY133-V2000 to eliminate artifacts that often arise in microchannels due to the mismatching refractive indices between microchannel structures and an aqueous solution. This protocol uses an acrylic holder to compress the encapsulated device, improving adhesion both chemically and mechanically.

Fabbricazione di dispositivi rifrangenti-Indice-abbinati per biomedica microfluidica

The use of microfluidic devices has emerged as a defining tool for biomedical applications. When combined with modern microscopy techniques, these devices ...

Rendering SiO2/Si Surfaces Omniphobic by Carving Gas-Entrapping Microtextures Comprising Reentrant and Doubly Reentrant Cavities or Pillars

We present microfabrication protocols for rendering intrinsically wetting materials repellent to liquids (omniphobic) by creating gas-entrapping microtextures (GEMs) on them comprising cavities and pillars with reentrant and doubly reentrant features. Specifically, we use SiO2/Si as the model system and share protocols for two-dimensional (2D) designing, photolithography, isotropic/anisotropic etching techniques, thermal oxide growth, piranha cleaning, and storage towards achieving those microtextures. Even though the conventional wisdom indicates that roughening intrinsically wetting surfaces (&#952;o &#60; 90&#176;) renders them even more wetting (&#952;r &#60; &#952;o &#60; 90&#176;), GEMs demonstrate liquid repellence despite the intrinsic wettability of the substrate. For instance, despite the intrinsic wettability of silica &#952;o &#8776; 40&#176; for the water/air system, and &#952;o &#8776; 20&#176; for the hexadecane/air system, GEMs comprising cavities entrap air robustly on immersion in those liquids, and the apparent contact angles for the droplets are &#952;r &#62; 90&#176;. The reentrant and doubly reentrant features in the GEMs stabilize the intruding liquid meniscus thereby trapping the liquid-solid-vapor system in metastable air-filled states (Cassie states) and delaying wetting transitions to the thermodynamically-stable fully-filled state (Wenzel state) by, for instance, hours to months. Similarly, SiO2/Si surfaces with arrays of reentrant and doubly reentrant micropillars demonstrate extremely high contact angles (&#952;r &#8776; 150&#176;&#8211;160&#176;) and low contact angle hysteresis for the probe liquids, thus characterized as superomniphobic. However, on immersion in the same liquids, those surfaces dramatically lose their superomniphobicity and get fully-filled within &#60;1 s. To address this challenge, we present protocols for hybrid designs that comprise arrays of doubly reentrant pillars surrounded by walls with doubly reentrant profiles. Indeed, hybrid microtextures entrap air on immersion in the probe liquids. To summarize, the protocols described here should enable the investigation of GEMs in the context of achieving omniphobicity without chemical coatings, such as perfluorocarbons, which might unlock the scope of inexpensive common materials for applications as omniphobic materials. Silica microtextures could also serve as templates for soft materials.

Rendering SiO2/Si Surfaces Omniphobic by Carving Gas-Entrapping Microtextures Comprising Reentrant and Doubly Reentrant Cavities or Pillars

This work presents microfabrication protocols for achieving cavities and pillars with reentrant and doubly reentrant profiles on SiO2/Si wafers using photolithography and dry etching. Resulting microtextured surfaces demonstrate remarkable liquid repellence, characterized by robust long-term entrapment of air under wetting liquids, despite the intrinsic wettability of silica.

Rendering di siO2/Si Superfici omnifobiche da intaglio Gas-Entrapping Microtextures Comprising Reentrant e Doubly Reentrant Cavities or Pillars

We present microfabrication protocols for rendering intrinsically wetting materials repellent to liquids (omniphobic) by creating gas-entrapping ...

High-throughput Identification of Bacteria Repellent Polymers for Medical Devices

Medical devices are often associated with hospital-acquired infections, which place enormous strain on patients and the healthcare system as well as contributing to antimicrobial resistance. One possible avenue for the reduction of device-associated infections is the identification of bacteria-repellent polymer coatings for these devices, which would prevent bacterial binding at the initial attachment step. A method for the identification of such repellent polymers, based on the parallel screening of hundreds of polymers using a microarray, is described here. This high-throughput method resulted in the identification of a range of promising polymers that resisted binding of various clinically relevant bacterial species individually and also as multi-species communities. One polymer, PA13 (poly(methylmethacrylate-co-dimethylacrylamide)), demonstrated significant reduction in attachment of a number of hospital isolates when coated onto two commercially available central venous catheters. The method described could be applied to identify polymers for a wide range of applications in which modification of bacterial attachment is important.

A high-throughput microarray method for the identification of polymers which reduce bacterial surface binding on medical devices is described.

High-throughput identificazione di batteri Polimeri repellente per dispositivi medici

Medical devices are often associated with hospital-acquired infections, which place enormous strain on patients and the healthcare system as well as ...

Synthesis of Hydrogels with Antifouling Properties As Membranes for Water Purification

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and thus achieving stable water permeability through membranes over time. Here, we report a facile method to prepare hydrogels based on zwitterions for membrane applications. Freestanding films can be prepared from sulfobetaine methacrylate (SBMA) with a crosslinker of poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) via photopolymerization. The hydrogels can also be prepared by impregnation into hydrophobic porous supports to enhance the mechanical strength. These films can be characterized by attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) to determine the degree of conversion of the (meth)acrylate groups, using goniometers for hydrophilicity and differential scanning calorimetry (DSC) for polymer chain dynamics. We also report protocols to determine the water permeability in dead-end filtration systems and the effect of foulants (bovine serum albumin, BSA) on membrane performance.

This paper reports practical methods to prepare hydrogels in freestanding films and impregnated membranes and to characterize their physical properties, including water transport properties.

Sintesi di idrogel con proprietà antivegetative come membrane per la purificazione dell&#39;acqua

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and ...

Realizzazione superidrofobiche Materiali Polimerici per applicazioni biomediche

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