이 작품은 대만 과학 기술부 (MOST 104-2221-E-131-010, MOST 105-2622-E-131-001-CC2)의 재정 지원을 받았으며 부분적으로 원자력 및 분자 과학 연구소 (Institute of Atomic and Molecular Sciences) Academia Sinica.

1. 표면 개질 된 수분 산성 자성 나노 입자, Fe3O4 및 Fe3O4-NH2의 합성 <ol><li> 500 mL 비이커에 14.02 g의 FeCl3, 8.6 g의 FeCl2 · 4H2O 및 250 mL의 물을 첨가한다. </li><li> 로터와 컨트롤러를 연결하여 정비사를 저어 주십시오. 실온 (RT)에서 30 분 동안 300 rpm으로 용액을 섞는다. </li><li> 실온에서 용액에 수산화 암모늄 (33 %) 25 mL를 넣고 30 분 동안 저어 준다 (300 rpm). 비커를 열어 두십시오. 주의 : 수산화 암모늄은 흡입시 코 자극을 유발할 수 있습니다. 이 단계는 적절한 흄 후드 안에서 수행되어야합니다. </li><li> 자성 산화철 (Fe 3 O 4 )을 수집하려면 정비사를 꺼내십시오. 검은 입자를 수집하기 위해 비커 아래에 자석을 넣으십시오. <ol><li> Fe 3 O 4 나노 입자가 완전히 침전 된 후 조심스럽게 상층 액을 제거한다. b를 흔들지 마십시오.Fe 3 O 4의 손실을 피하기 위해 상층 액을 부은 동안. </li><li> 자석을 제거하고 비커에 담수 50 mL를 넣는다. </li><li> 비커를 흔들어 Fe 3 O 4 를 재 분산시킵니다. Fe 3 O 4 를 정제하기 위해 1.4에서 1.4.2 단계를 세 번 반복하십시오. </li></ol></li><li> 마지막 세척 후 모든 Fe 3 O 4 (10g)를 100mL 유리 병에 옮기십시오. 총 용액 부피가 100 mL가 될 때까지 물을 첨가한다. 덩어리가 보이지 않을 때까지 유리 병을 격렬하게 흔든다. 참고 : 여기서 프로토콜을 일시 중지 할 수 있습니다. Fe 3 O 4 나노 입자가 제조된다. </li><li> 아미노 실란 (Fe 3 O 4 -NH 2 )으로 Fe 3 O 4를 변경하십시오 . <ol><li> 1.5 단계에서 얻은 100-mL 용액을 취하여 1,000-mL 비이커에 옮긴다. 비커에 암모니아 용액 10 mL, 물 90 mL 및 에탄올 900 mL를 넣는다. </li><li> 자기 교반 막대를 사용하여 용액을300 rpm. RT에서 비커에 (3- 아미노 프로필) triethoxysilane (APTES) 500 μL를 적가하고 12 시간 더 저어 준다. </li></ol></li><li> 1.4 절에서 설명한대로 Fe 3 O 4 -NH 2 를 정제하고 수거하십시오. </li><li> 물 20 mL가 든 20 mL 유리 병에 Fe 3 O 4 -NH 2 (1.7 단계) 1 g을 재 분산시킨다. 참고 : 여기서 프로토콜을 일시 중지 할 수 있습니다. Fe 3 O 4 -NH 2 나노 입자가 준비된다. </li></ol> 2. 열 유도 유제에 의한 유기 - 무기 하이브리드 마이크로 젤의 합성 <ol><li> 용액 1-1 및 1-2의 제조. <ol><li> 용액 1-1의 경우, 0.25 mL의 PNIPAAm, 5 mL의 Fe 3 O 4 용액 (단계 1.5에서), 0.2 g의 PEI를 50 mL 유리 병에 넣으십시오. 물 20 mL를 넣고 자석 교반 막대를 사용하여 300 rpm으로 30 분간 저어 준다. </li><li> 용액 1-2의 경우 2.1.1 단계를 반복하되 Fe 3O 4 를 Fe3 O 4 -NH 2 용액 (단계 1.8로부터). </li></ol></li><li> 용액 2 를 준비하려면 PEI 0.8 g과 물 18.2 mL를 50 mL 유리 병에 넣으십시오. 용액을 70 ° C로 30 분간 가열하기 위해 수욕을 사용하십시오. 솔루션 2 의 두 번째 병을 준비하십시오. </li><li> PNIPAAm / Fe 3 O 4의 제조 . <ol><li> 초음파 세포 파괴 장치 (sonicate) (50 w), 교반 용 자석 교반 막대 (magnetic stirring bar) (300 rpm) 및 용액 2 (70 ° C) 가열 용 수 욕조를 사용하십시오. </li><li> 가열 된 용액 2에 용액 1을 1 mL / min의 속도로 3 mL 주사기를 사용하여 적가한다. </li><li> 70 ° C에서 30 분 동안 초음파 처리, 교반 및 가열을 계속하십시오. </li><li> 용액을 실온으로 식힌다. 세포 disruptor과 물 목욕에서 솔루션을 제거합니다. </li><li> 유리 병에 자석을 가까이 배치하여 microgels을 수집합니다. </li><li> 뜨는 제거 af그 마이크로 겔이 유리 병의 바닥으로 침전되었다. </li><li> 유리 병에 물 25 mL를 더 넣고 vortexing하여 microgels을 재 분산시킨다. 이 솔루션은 PNIPAAm / Fe 3 O 4 입니다. 참고 : 여기서 프로토콜을 일시 중지 할 수 있습니다. </li></ol></li><li> PNIPAAm / Fe3O4-NH2의 제조. <ol><li> 초음파 세포 파괴 장치 (sonicate) (50 w), 교반 용 자석 교반 막대 (magnetic stirring bar) (300 rpm) 및 용액 2 (70 ° C) 가열 용 수 욕조를 사용하십시오. </li><li> 1mL / min의 속도로 3mL 주사기를 사용하여 가열 된 용액 2에 용액 1-2 를 적가합니다. </li><li> 70 ° C에서 30 분 동안 초음파 처리, 교반 및 가열을 계속하십시오. </li><li> 용액을 실온으로 식힌다. 세포 disruptor과 물 목욕에서 솔루션을 제거합니다. </li><li> 유리 병에 자석을 가까이 배치하여 microgels을 수집합니다. </li><li> 마이크로 젤이 침전되면,상층 액. </li><li> 유리 병에 물 25 mL를 더 넣고 vortexing하여 microgels을 재 분산시킨다. 이 용액은 PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 입니다. 참고 : 여기서 프로토콜을 일시 중지 할 수 있습니다. </li></ol></li></ol> Curcumin-loaded Microgels (Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 ) 참고 :이 단계는 어두운 곳에서 수행해야합니다. <ol><li> 유리 병 20 mL에 Cur 100 mg과 에탄올 20 mL를 넣는다. </li><li> 2 mL의 Cur 용액을 취하여 PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 용액으로 옮긴다 (단계 2.4.7). 400 rpm 및 실온에서 밤새 교반하십시오. </li><li> 400 rpm과 RT에서 밤새 교반 한 후 자석을 사용하여 2.4.5 및 2.4.6 단계에서 설명한대로 PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 를 수집합니다. </li><li> 유리 병에 물 25 mL를 더 넣고 vortexing하여 microgels을 재 분산시킨다. 이 해법은 C<html> ur-PNIPAAm / Fe3O4-NH2. </li></ol> 4. 자기 적으로 유발 된 약물 방출 <ol><li> Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 용액 10 mL를 옮기고 15 mL 원심 분리 관에 물 2 mL를 넣는다. </li><li> HFMF 20 을 적용하기 위해 원심 분리 튜브를 코일의 중앙에 놓습니다. 15 kHz에서 20 분간 HFMF를 적용하십시오. </li><li> HFMF 용액 0.5 mL를 빼내고 HFMF를 적용하면서 2 분 간격으로 신선한 물 0.5 mL로 교체하십시오. </li><li> 철회 한 용액을 1mL 큐벳으로 옮긴다. </li><li> 482 nm에서 UV / Vis로 철회 용액의 흡수를 측정하십시오 21 . </li><li> 표준 검량선 22 의 흡수와 농도의 관계를 사용하여 방출 된 약물의 농도를 결정하십시오. 참고 : 표준 교정 관계는 다음과 같습니다. <html> s / ftp_upload / 55648 / 55648eq1.jpg &quot;/&gt; 여기서 상관 계수는 0.9993입니다. </li></ol> 5. 자석 Microgels의 특성 <ol><li> 열 중량 분석기 (TGA) 23 . <ol><li> PNPAAm / Fe 3 O 4 와 PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 의 체중 감 소를 TGA에 의한 대기 대기 온도를 측정하십시오. <ol><li> RT에서 100 ° C로 샘플을 가열하고 습도를 제거하기 위해이 온도에서 10 분간 유지합니다. 100 ° C에서 800 ° C로 10 ° C / 분의 속도로 시료를 가열합니다. 샘플의 무게를 잰다. </li><li> PNIPAAm / Fe 3 O 4 와 PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 의 체중 감량 대 온도를 플롯합니다. 참고 : 잔류 무게는 Fe 3 O 4 또는 Fe 3 O 4 -NH 2 이며, 분실 무게는 PNIPAAm입니다. </li></ol></li></ol></li><li> FT-IR&quot;&gt; 24. <ol><li> 100 mg의 KBr 1 g을 넣고 시료 10 mg을 밤새 건조시킨다. </li><li> 다음 단계 (5.2.2.1 - 5.2.2.5)에서 설명한대로 단계 5.2.1의 혼합물을 펠릿으로 누릅니다 : <ol><li> 박격포와 유봉을 사용하여 단계 5.2.1의 물질을 미세 분말로 분쇄한다. </li><li> 조립 된 장치 (모르타르 및 유봉)를 펠렛 프레스에 놓습니다. 프레스의 정확한 가운데에 장치를 정렬하십시오. </li><li> 20,000 psi의 압력에 도달 할 때까지 프레스를 펌핑하십시오. 펠렛이 5 분 동안 그 압력에 앉도록하십시오. 주의 : 프레스의 정확한 중간에 장치를 정렬하십시오. 그렇지 않으면 시료가 박격포에서 분산되어 노출로 인해 부상을 입을 수 있습니다. </li><li> 프레스에서 펠렛과 피스톤이 포함 된 다이를 제거합니다. </li><li> 그것을 뒤집어 놓고 피스톤을 펌핑하여 펠릿을 강제로 배출하십시오. </li></ol></li><li> 400 ~ 4,000 cm -1 범위의 주파수에서 FT-IR을 사용하여 시료의 FT-IR 흡수 스펙트럼을 기록합니다. </4 cm -1 해상도 24 . </li></ol></li><li> TEM에 의한 형태 학적 관찰 25 . <ol><li> 콜로 디온으로 코팅 된 구리 격자 위에 시료 용액을 떨어 뜨린 다음 RT 또는 70 ° C 오븐에서 밤새 건조시킵니다. </li><li> TEM 이미지를 찍습니다. 참고 : 강한 전자빔은 시료를 손상시킬 수 있습니다. 따라서 TEM 이미지는 가능한 한 신속하게 촬영해야합니다. </li></ol></li><li> 중합체 및 마이크로 겔의 수계 - 분산 능력. <ol><li> PNIPAAm 용액을 준비하려면 7 mL 유리 병에 7 mg의 PNIPAAm과 7 mL의 물을 넣으십시오. 응집체가 없을 때까지 용액을 섞을 때 와류를 사용하십시오. </li><li> PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 용액을 준비하려면 0.7 mL의 PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 용액 (단계 2.4.7)을 7 mL 유리 병에 옮기고 6.3 mL의 물을 넣으십시오. 침전이 없을 때까지 용액을 섞을 때 와동을 사용하십시오. </li><li> Cur-PNIPAA 준비하기m / Fe 3 O 4 -NH 2 용액을 넣고 7 mL 유리 병에 0.7 mL의 Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 용액 (단계 3.4)을 옮기고 6.3 mL의 물을 넣는다. 침전이 없을 때까지 용액을 섞을 때 와동을 사용하십시오. </li><li> 디지털 카메라를 사용하여 솔루션 사진 (5.4.1 - 5.4.3 단계)을 촬영하십시오. </li><li> 용액을 오븐에 넣고 온도를 70 ° C로 맞 춥니 다. 평형 상태가 될 때까지 2 시간 정도 기다리십시오. </li><li> 해결책에 대한 다른 사진을 찍으십시오. 온도를 유지하려면 1 분 안에 사진을 찍으십시오. 유리 병을 흔들면 침전물이 재 분산 될 수 있습니다. </li></ol></li><li> microgels의 자기 수집을 위해 Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 용액 (단계 5.4.3)에 강한 자석을 가깝게 놓습니다. 마이크로 젤이 완전히 수집 될 때까지 기다린 다음 사진을 찍으십시오. <ol><li> 완전히 분산 될 때까지 자석을 제거하고 마이크로 젤 용액을 볼텍스합니다. 다른 사진 찍기 &lt;/ li&gt; </ol></li></ol>

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준비의 가장 중요한 단계는 thermo-induced emulsions에 의한 자기 microgels의 합성에 대한 프로토콜 섹션 2에 있습니다. 그림 2 (TEM 이미지)에서 볼 수 있듯이, 마이크로 겔의 구형 구조는 PNIPAAm (아미드 그룹), PEI (아민 그룹) 사이의 강한 H- 결합으로 인한 물리적 가교로 인해 RT (LCST보다 낮음) 및 Fe3O4-NH2 (아민 기)를 포함한다. 그림 4 의 비교에 따르면, 자성 마이?...

하이드로 젤은 용해가 불가능하지만 수용액에서 팽창 할 수있는 3 차원 (3D) 고분자 네트워크입니다. 중합체 네트워크는 친수성 도메인 (하이드로 겔 구조를 제공하기 위해 수화 될 수 있음) 및 가교 결합 (네트워크의 붕괴를 방지 할 수 있음)을 갖는다. 유제 중합, 음이온 공중합, 인접한 고분자 사슬의 가교 결합 및 역 마이크로 유제 중합과 같은 하이드로 겔 제조를위한 다양한 방법이 연구되어왔다. 구조적으로 안정한 하이드로 겔 1 , 3 을 얻기 위해 물리적 및 화학적 가교 결합이 이러한 방법을 통해 도입됩니다. 화학적 가교는 일반적으로 중합체의 주쇄 또는 측쇄를 연결하는 가교 결합제의 참여를 필요로한다. 화학 가교 결합에 비해, 물리적 가교 결합은 fabr에 더 ​​나은 선택입니다<html> 가교제의 사용을 피하기 때문에 하이드로 젤을 사용한다. 이온 상호 작용, 결정화, 양친 매성 블록들 사이의 결합 또는 고분자 사슬상의 그 래프팅 및 수소 결합 4,5,6,7과 같은 가교 결합과 같은 물리적으로 가교 결합 된 하이드로 겔을 합성하기위한 몇 가지 접근법이 연구되었다. 다양한 환경 조건 ( 즉 , 온도, pH, 빛, 이온 세기 및 자기장)에 반응하여 구조적, 화학적 또는 물리적 특성 변화를 겪을 수있는 자극에 민감한 중합체는 최근 제어 방출 시스템의 잠재적 플랫폼으로 주목을 받았다 , 약물 전달 및 항암 치료 8 , 9 ,PNIPAAm은 친수성 아미드 기와 소수성 이소 프로필 기 모두를 함유하고 열적으로 민감한 중합체로 낮은 임계 용액 온도를가집니다. (xref &quot;&gt; 10 , 11 , 12) 연구원들은 고유 온도가 쉽게 조절 될 수있는 열 민감성 중합체에 초점을 맞추고 있습니다. (LCST) 13. 아미드 기와 물 분자 사이의 수소 결합은 저온 (LCST 이하)에서 수용액에서의 PNIPAAm의 분산을 제공하는 반면 고분자 사슬 사이의 수소 결합은 고온 (LCST 이상)에서 일어나며 물을 배제 함 이러한 독특한 성질과 관련하여, 공중 합체, 그래프트 또는 측쇄와 같은 중합체 사슬 길이의 소수성 및 친수성 비를 조절함으로써 온도 - 촉발되고 자기 - 조립 된 하이드로 겔을 제조하기위한 많은보고가 발표되었다 의약품 용 사슬 수정칼 플랫폼 ( 14 , 15 , 16 , 17)을 포함한다 . 철, 코발트 및 니켈과 같은 자성 재료는 지난 수십 년 동안 생화학 분야에서 주목을 받아 왔습니다 18 . 이러한 후보 물질 중 산화철은 안정성과 독성이 낮기 때문에 가장 널리 사용됩니다. 나노 크기의 산화철은 자기장에 즉각적으로 반응하고 초 상자성 원자처럼 행동합니다. 그러나, 그러한 작은 입자는 쉽게 집합한다. 이는 표면 에너지를 감소 시키므로 분산을 잃게됩니다. 수분 - 분산 성을 향상시키기 위해, 층을 보호하기위한 그라프 팅 또는 코팅은 안정성을 위해 각각의 개별 입자를 분리하는 것뿐만 아니라 반응 부위를 더 기능화하는 데에도 일반적으로 적용됩니다. 여기에서는 자기 PNIPAAm 기반 마이크로젤은 방출 제어 시스템을위한 약물 운반체 역할을합니다. 합성 과정은 그림 1 에 설명되어 있습니다. 복잡한 공중합 및 화학적 가교 결합 대신에, PNIPAAm의 새로운 온도 - 유도 에멀젼과 물리적 가교가 추가의 계면 활성제 또는 가교제없이 마이크로 젤을 얻기 위해 사용되었다. 이것은 합성을 단순화시키고 원하지 않는 독성을 방지한다. 이러한 간단한 준비 프로토콜 내에서, 합성 된 미크로 겔은 자성 산화철 나노 입자 및 소수성 항암제 인 커큐민 모두에 수분 산성을 제공했다. FT-IR, TEM 및 영상은 분산 및 캡슐화의 증거를 제공했습니다. 내포 된 Fe 3 O 4 -NH 2 때문에, 자기 마이크로 겔은 HFMF 하에서 제어 방출을위한 마이크로 장치로서의 역할을했다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="773">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Poly(N-isopropylacrylamide)</td>
			<td style="width:139px;">Polyscience, Inc</td>
			<td style="width:119px;">21458-10</td>
			<td style="width:205px;">Mw~40000</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">(3-aminopropyl)trimethoxysilane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>440140</td>
			<td>&#62; 99 %</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Iron(II) chloride tetrahydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>44939</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Iron(III) chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>157740</td>
			<td>97%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Curcumin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>00280590</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ammonia hydroxide</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>A/3240/PB15</td>
			<td>35%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Phosphate Buffered Saline</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>806552</td>
			<td>pH 7.4, liquid, sterile-filtered</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Polyethylenimine (PEI)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P3143</td>
			<td>50 % (w/v) in water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">High-frequency magnetic field (HFMF)</td>
			<td>Lantech Industrial Co., Ltd.,Taiwan</td>
			<td>LT-15-80</td>
			<td>15 kV, 50&#8211;100 kHz</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ultraviolet-Visible Spectrophotometry</td>
			<td>Thermo Scientific Co.</td>
			<td>Genesys</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Transmission electron microscopy (TEM)</td>
			<td>JEM-2100</td>
			<td>JEOL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)</td>
			<td>PerkinElmer</td>
			<td>Spectrum 100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Thermogravimetric analyzer</td>
			<td>PerkinElmer</td>
			<td>Pyris 1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ultrasonic cell disruptor</td>
			<td>Hielscher Ultrasonics</td>
			<td>UP50H</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

magnetic and thermal-sensitive poly(n-isopropylacrylamide)-based microgels for magnetically triggered controlled release

캡슐화 된 항암제 인 curcumin (Cur)이 함유 된 자기 및 열에 민감한 폴리 ( N- isopropylacrylamide) (PNIPAAm) / Fe 3 O 4 -NH 2 마이크로 겔을 자력으로 방출되는 방출을 위해 설계하고 제작했습니다. PNIPAAm, PEI (polyethylenimine) 및 Fe 3 O 4 -NH 2 자성 나노 입자를 혼합하여 물리적 가교 결합시킨 온도 유도 유제를 통해 구형 구조의 PNIPAAm 기반 자성 마이크로 젤을 제조했습니다. 그들의 분산 때문에, Fe 3 O 4 -NH 2 나노 입자는 중합체 매트릭스 내부에 매립되었다. Fe 3 O 4 -NH 2 및 PEI 표면에 노출 된 아민 기는 PNIPAAm의 아미드 기와 물리적으로 가교 결합하여 구형 구조를지지했다. 소수성 항암제 인 curcumin은 microgels에 캡슐화 한 후 물에 분산시킬 수 있습니다. 마이크로 겔의 특징을 규명투과 전자 현미경 (TEM), 푸리에 변환 적외 분광법 (FT-IR) 및 UV-Vis 스펙트럼 분석에 의해 분석 하였다. 또한, 외부에서 고주파 자기장 (HFMF) 하에서 자기 적으로 방출되는 방출이 연구되었다. 자기 유도 가열 (고열) 효과로 인해 HFMF를 마이크로 겔에 적용한 후에 커큐민의 현저한 &quot;폭발 방출&quot;이 관찰되었습니다. 이 원고는 잠재적으로 종양 치료에 적용될 수있는 Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 캡슐화 된 curcumin의 자기 적으로 제어 된 방출을 설명합니다.

PNIPAAm / PEI / Fe 3 O 4 -NH 2 microgels의 합성을위한 도식은 그림 1에 나와 있습니다. TGA는 전체 마이크로 겔에 대한 유기 화합물의 상대적 조성을 평가하기 위해 적용되었다. 유기 화합물 PNIPAAm만이 연소 될 수 있기 때문에, PNIPAAm과 Fe3O4 (또는 Fe3O4-NH2)의 상대적 조성을 결정하였고 표 1 에 나타내었다 . 왜 PNI...

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Magnetic and Thermal-sensitive PolyN-isopropylacrylamide-based Microgels for Magnetically Triggered Controlled Release

이 원고는 화학 반응이없는 온도 유도 유제를 통한 자성 및 열에 민감한 마이크로 젤의 제조를 설명합니다. 이 민감한 마이크로 젤은 자기 적 및 열적으로 유발 된 약물 방출에 잠재적 인 용도로 폴리 ( N- 이소 프로필 아크릴 아미드 ) (PNIPAAm), 폴리에틸렌 이민 (PEI) 및 Fe 3 O 4 -NH 2 나노 입자를 혼합하여 합성되었습니다.

자기 및 열에 민감한 폴리 (<em&gt; N</em&gt; - 이소 프로필 아크릴 아미드) 기반의 마그네틱 트리거 리간드 용 젤

Magnetically and thermally sensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm)/Fe3O4-NH2 microgels with the encapsulated anti-cancer drug curcumin (Cur) were ...

magnetic-thermal-sensitive-poly-n-isopropylacrylamide-based-microgels

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Magnetic and Thermal-sensitive Poly(N-isopropylacrylamide)-based Microgels for Magnetically Triggered Controlled Release

8.8K 조회수.  National Taiwan University.  이 원고는 화학 반응이없는 온도 유도 유제를 통한 자성 및 열에 민감한 마이크로 젤의 제조를 설명합니다. 이 민감한 마이크로 젤은 자기 적 및 열적으로 유발 된 약물 방출에 잠재적 인 용도로 폴리 ( N- 이소 프로필 아크릴 아미드 ) (PNIPAAm), 폴리에틸렌 이민 (PEI) 및 Fe 3 O 4 -NH 2 나노 입자를 혼합하여 합성되었습니다. 

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Magnetically-Assisted Remote Controlled Microcatheter Tip Deflection under Magnetic Resonance Imaging

X-ray fluoroscopy-guided endovascular procedures have several significant limitations, including difficult catheter navigation and use of ionizing radiation, which can potentially be overcome using a magnetically steerable catheter under MR guidance.
	The main goal of this work is to develop a microcatheter whose tip can be remotely controlled using the magnetic field of the MR scanner. This protocol aims to describe the procedures for applying current to the microcoil-tipped microcatheter to produce consistent and controllable deflections.
	A microcoil was fabricated using laser lathe lithography onto a polyimide-tipped endovascular catheter. In vitro testing was performed in a waterbath and vessel phantom under the guidance of a 1.5-T MR system using steady-state free precession (SSFP) sequencing. Various amounts of current were applied to the coils of the microcatheter to produce measureable tip deflections and navigate in vascular phantoms.
	The development of this device provides a platform for future testing and opportunity to revolutionize the endovascular interventional MRI environment.

Current applied to an endovascular microcatheter with microcoil tip made by laser lathe lithography can achieve controllable deflections under magnetic resonance (MR) guidance, which may improve speed and efficacy of navigation of vasculature during various endovascular procedures.

자기 공명 영상 아래에 자기 (磁 气)를 이용한 원격 제어 Microcatheter 팁 편향

X-ray fluoroscopy-guided  endovascular procedures have several significant limitations, including  difficult catheter navigation and use of ionizing ...

연구

생체공학

Characteristics of Precipitation-formed Polyethylene Glycol Microgels Are Controlled by Molecular Weight of Reactants

This work describes the formation of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels via a photopolymerized precipitation reaction. Precipitation reactions offer several advantages over traditional microsphere fabrication techniques. Contrary to emulsion, suspension, and dispersion techniques, microgels formed by precipitation are of uniform shape and size, i.e.&#160;low polydispersity index, without the use of organic solvents or stabilizers. The mild conditions of the precipitation reaction, customizable properties of the microgels, and low viscosity for injections make them applicable for in vivo purposes. Unlike other fabrication techniques, microgel characteristics can be modified by changing the starting polymer molecular weight. Increasing the starting PEG molecular weight increased microgel diameter and swelling ratio. Further modifications are suggested such as encapsulating molecules during microgel crosslinking. Simple adaptations to the PEG microgel building blocks are explored for future applications of microgels as drug delivery vehicles and tissue engineering scaffolds.

This work describes the formation of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels via a photopolymerized precipitation reaction. Increasing the PEG molecular weight increased microgel diameter and swelling ratio. Simple adaptations to the PEG microgel precipitation reaction are explored for future applications of microgels as drug delivery vehicles and tissue engineering scaffolds.

This work describes the formation of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels via a photopolymerized precipitation reaction. Precipitation reactions offer ...

Imaging Denatured Collagen Strands In vivo and Ex vivo via Photo-triggered Hybridization of Caged Collagen Mimetic Peptides

Collagen is a major structural component of the extracellular matrix that supports tissue formation and maintenance. Although collagen remodeling is an integral part of normal tissue renewal, excessive amount of remodeling activity is involved in tumors, arthritis, and many other pathological conditions. During collagen remodeling, the triple helical structure of collagen molecules is disrupted by proteases in the extracellular environment. In addition, collagens present in many histological tissue samples are partially denatured by the fixation and preservation processes. Therefore, these denatured collagen strands can serve as effective targets for biological imaging. We previously developed a caged collagen mimetic peptide (CMP) that can be photo-triggered to hybridize with denatured collagen strands by forming triple helical structure, which is unique to collagens. The overall goals of this procedure are i)&#160;to image denatured collagen strands resulting from normal remodeling activities in vivo, and ii) to visualize collagens in ex vivo tissue sections using the photo-triggered caged CMPs. To achieve effective hybridization and successful in vivo and ex vivo imaging, fluorescently labeled caged CMPs are either photo-activated immediately before intravenous injection, or are directly activated on tissue sections. Normal skeletal collagen remolding in nude mice and collagens in prefixed mouse cornea tissue sections are imaged in this procedure. The imaging method based on the CMP-collagen hybridization technology presented here could lead to deeper understanding of the tissue remodeling process, as well as allow development of new diagnostics for diseases associated with high collagen remodeling activity.

Imaging Denatured Collagen Strands In vivo and Ex vivo via Photo-triggered Hybridization of Caged Collagen Mimetic Peptides

This procedure demonstrates in vivo near IR fluorescence imaging of collagen remodeling activities in mice as well as ex vivo staining of collagens in tissue sections using caged collagen mimetic peptides that can be photo-triggered to hybridize with denatured collagen strands.

변성 콜라겐 물가 이미징<em&gt; 생체 내</em&gt;와<em&gt; 예 생체 내</em&gt; 리테이너 타입 콜라겐 미메시스 펩티드의 사진 트리거 하이브리드를 통해

Collagen is a major structural component of the extracellular matrix that supports tissue formation and maintenance. Although collagen remodeling is an ...

Magnetic Tweezers for the Measurement of Twist and Torque

Single-molecule techniques make it possible to investigate the behavior of individual biological molecules in solution in real time. These techniques include so-called force spectroscopy approaches such as atomic force microscopy, optical tweezers, flow stretching, and magnetic tweezers. Amongst these approaches, magnetic tweezers have distinguished themselves by their ability to apply torque while maintaining a constant stretching force. Here, it is illustrated how such a &#8220;conventional&#8221; magnetic tweezers experimental configuration can, through a straightforward modification of its field configuration to minimize the magnitude of the transverse field, be adapted to measure the degree of twist in a biological molecule. The resulting configuration is termed the freely-orbiting magnetic tweezers. Additionally, it is shown how further modification of the field configuration can yield a transverse field with a magnitude intermediate between that of the &#8220;conventional&#8221; magnetic tweezers and the freely-orbiting magnetic tweezers, which makes it possible to directly measure the torque stored in a biological molecule. This configuration is termed the magnetic torque tweezers. The accompanying video explains in detail how the conversion of conventional magnetic tweezers into freely-orbiting magnetic tweezers and magnetic torque tweezers can be accomplished, and demonstrates the use of these techniques. These adaptations maintain all the strengths of conventional magnetic tweezers while greatly expanding the versatility of this powerful instrument.

Magnetic tweezers, a powerful single-molecule manipulation technique, can be adapted for the direct measurements of the twist (using a configuration called freely-orbiting magnetic tweezers) and torque (using a configuration termed magnetic torque tweezers) in biological macromolecules. Guidelines for performing such measurements are given, including applications to the study of DNA and associated nucleo-protein filaments.

트위스트와 토크의 측정을위한 자석 집게

Single-molecule techniques make it possible to investigate the behavior of individual biological molecules in solution in real time. These techniques ...

Custom-designed Laser-based Heating Apparatus for Triggered Release of Cisplatin from Thermosensitive Liposomes with Magnetic Resonance Image Guidance

Liposomes have been employed as drug delivery systems to target solid tumors through exploitation of the enhanced permeability and retention (EPR) effect resulting in significant reductions in systemic toxicity. Nonetheless, insufficient release of encapsulated drug from liposomes has limited their clinical efficacy. Temperature-sensitive liposomes have been engineered to provide site-specific release of drug in order to overcome the problem of limited tumor drug bioavailability. Our lab has designed and developed a heat-activated thermosensitive liposome formulation of cisplatin (CDDP), known as HTLC, to provide triggered release of CDDP at solid tumors. Heat-activated delivery in vivo was achieved in murine models using a custom-built laser-based heating apparatus that provides a conformal heating pattern at the tumor site as confirmed by MR thermometry (MRT). A fiber optic temperature monitoring device was used to measure the temperature in real-time during the entire heating period with online adjustment of heat delivery by alternating the laser power. Drug delivery was optimized under magnetic resonance (MR) image guidance by co-encapsulation of an MR contrast agent (i.e.,&#160;gadoteridol) along with CDDP into the thermosensitive liposomes as a means to validate the heating protocol and to assess tumor accumulation. The heating protocol consisted of a preheating period of 5 min prior to administration of HTLC and 20 min heating post-injection. This heating protocol resulted in effective release of the encapsulated agents with the highest MR signal change observed in the heated tumor in comparison to the unheated tumor and muscle. This study demonstrated the successful application of the laser-based heating apparatus for preclinical thermosensitive liposome development and the importance of MR-guided validation of the heating protocol for optimization of drug delivery.

AN MRI-compatible&#160;custom-designed laser-based heating apparatus has been developed to provide local heating of subcutaneous tumors in order to activate release of agents from thermosensitive liposomes specifically at the tumor region.

자기 공명 이미지 지침에 열성 리포좀에서 시스플라틴의 트리거 된 릴리스를위한 맞춤 설계 레이저 기반의 가열 장치

Liposomes have been employed as drug delivery systems to target solid tumors through exploitation of the enhanced permeability and retention (EPR) effect ...

Composite Scaffolds of Interfacial Polyelectrolyte Fibers for Temporally Controlled Release of Biomolecules

Various scaffolds used in tissue engineering require a controlled biochemical environment to mimic the physiological cell niche. Interfacial polyelectrolyte complexation (IPC) fibers can be used for controlled delivery of various biological agents such as small molecule drugs, cells, proteins and growth factors. The simplicity of the methodology in making IPC fibers gives flexibility in its application for controlled biomolecule delivery. Here, we describe a method of incorporating IPC fibers into two different polymeric scaffolds, hydrophilic polysaccharide and hydrophobic polycaprolactone, to create a multi-component composite scaffold. We showed that IPC fibers can be easily embedded into these polymeric structures, enhancing the capability for sustained release and improved preservation of biomolecules. We also created a composite polymeric scaffold with topographical cues and sustained biochemical release that can have synergistic effects on cell behavior. Composite polymeric scaffolds with IPC fibers represent a novel and simple method of recreating the cellular niche.

Scaffolds for tissue engineering need to recapitulate the complex biochemical and biophysical microenvironment of the cellular niche. Here, we show the use of interfacial polyelectrolyte complexation fibers as a platform to create composite, multi-component polymeric scaffolds with sustained biochemical release.

생체 분자 시간적으로 방출 제어용 고분자 전해질 계면 섬유의 복합 공사장 공중 발판

Various scaffolds used in tissue engineering require a controlled biochemical environment to mimic the physiological cell niche. Interfacial ...

Alternating Magnetic Field-Responsive Hybrid Gelatin Microgels for Controlled Drug Release

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of smart soft devices for biomedical applications. Although a number of magnetically-responsive drug delivery systems have demonstrated efficacies through either in vitro proof of concept studies or in vivo preclinical applications, their use in clinical settings is still limited by their insufficient biocompatibility or biodegradability. Additionally, many of the existing platforms rely on sophisticated techniques for their fabrications. We recently demonstrated the fabrication of biodegradable, gelatin-based thermo-responsive microgel by physically entrapping poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) chains as a minor component within a three-dimensional gelatin network. In this study, we present a facile method to fabricate a biodegradable drug release platform that enables a magneto-thermally triggered drug release. This was achieved by incorporating superparamagnetic iron oxide nanoparticles and thermo-responsive polymers within gelatin-based colloidal microgels, in conjunction with an alternating magnetic field application system.

We present a facile method to fabricate a biodegradable gelatin-based drug release platform that is magneto-thermally responsive. This was achieved by incorporating superparamagnetic iron oxide nanoparticles and poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) within a spherical gelatin micro-network crosslinked by genipin, in conjunction with an alternating magnetic field application system.

제어 약물 릴리스에 대한 자기장 응답 하이브리드 젤라틴 마이크로 겔을 교류

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of ...

An Additive Manufacturing Technique for the Facile and Rapid Fabrication of Hydrogel-based Micromachines with Magnetically Responsive Components

Polyethylene glycol (PEG)-based hydrogels are biocompatible hydrogels that have been approved for use in humans by the FDA. Typical PEG-based hydrogels have simple monolithic architectures and often function as scaffolding materials for tissue engineering applications. More sophisticated structures typically take a long time to fabricate and do not contain moving components. This protocol describes a photolithography method that allows for facile and rapid microfabrication of PEG structures and devices. This strategy involves an in-house developed fabrication stage that allows for the rapid fabrication of 3D structures by building upwards in a layer-by-layer fashion. Independent moving components can also be aligned and assembled onto support structures to form integrated devices. These independent components are doped with superparamagnetic iron oxide nanoparticles that are sensitive to magnetic actuation. In this manner, the fabricated devices can be actuated using external magnets to yield movement of the components within. Hence, this technique allows for the fabrication of sophisticated MEMS-like devices (micromachines) that are composed entirely out of a biocompatible hydrogel, able to function without an onboard power source, and respond to a contact-less method of actuation. This manuscript describes the fabrication of both the fabrication set-up as well as the step-by-step method for the microfabrication of these hydrogels-based MEMS-like devices.

An additive manufacturing strategy for processing UV-crosslinkable hydrogels has been developed. This strategy allows for the layer-by-layer assembly of microfabricated hydrogel structures as well as the assembly of independent components, yielding integrated devices containing moving components that are responsive to magnetic actuation.

첨가제 제조 기술은 자석으로 응답 구성 요소와 히드로 기반 Micromachines의 손쉬운 고 빠른 제작을 위해

Polyethylene glycol (PEG)-based hydrogels are biocompatible hydrogels that have been approved for use in humans by the FDA. Typical PEG-based hydrogels ...

Magnetic-, Acoustic-, and Optical-Triple-Responsive Microbubbles for Magnetic Hyperthermia and Pothotothermal Combination Cancer Therapy

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has been challenged. Here, we fabricate iron oxide nanoparticle shelled microbubbles (NSMs) through self-assembly, synergizing magnetic, acoustic, and optical responsiveness in one nanotherapeutic platform. Iron oxide nanoparticles serve as both magnetic and photothermal agents. Once intravenously injected, NSMs can be magnetically guided to the tumor site. Ultrasound triggers the release of iron oxide nanoparticles, facilitating the penetration of nanoparticles deep into the tumor due to the cavitation effect of microbubbles. Thereafter, magnetic hyperthermia and photothermal therapy can be performed on the tumor for combinational cancer therapy, a solution for cancer resistance due to the tumor heterogeneity. In this protocol, the synthesis and characterization of NSMs including structural, chemical, magnetic and acoustic properties were performed. In addition, the anti-cancer efficacy by thermal therapy was investigated using in vitro cell cultures. The proposed delivery strategy and combination therapy holds great promise in cancer treatment to improve both delivery and anticancer efficacies.

Presented here is a protocol for the fabrication of iron oxide nanoparticle-shelled microbubbles (NSMs) through self-assembly, synergizing magnetic, acoustic, and optical responsiveness in one nanotherapeutic platform for magnetic hyperthermia and photothermal combination cancer therapy.

자기 고열증 및 포토열 조합 암 치료를 위한 자기, 음향 및 광학 삼중 반응 마이크로 버블

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has ...

Low-Cost, Volume-Controlled Dipstick Urinalysis for Home-Testing

Dipstick urinalysis provides quick and affordable estimations of multiple physiological conditions but requires good technique and training to use accurately. Manual performance of dipstick urinalysis relies on good human color vision, proper lighting control, and error-prone, time-sensitive comparisons to chart colors. By automating the key steps in the dipstick urinalysis test, potential sources of error can be eliminated, allowing self-testing at home. We describe the steps necessary to create a customizable device to perform automated urinalysis testing in any environment. The device is cheap to manufacture and simple to assemble. We describe the key steps involved in customizing it for the dipstick of choice and for customizing a mobile phone app to analyze the results. We demonstrate its use to perform urinalysis and discuss the critical measurements and fabrication steps necessary to ensure robust operation. We then compare the proposed method to the dip-and-wipe method, the gold standard technique for dipstick urinalysis.

Dipstick urinalysis is a quick and affordable method of assessing one&#8217;s personal state of health. We present a method to perform accurate, low-cost dipstick urinalysis that removes the primary sources of error associated with traditional dip-and-wipe protocols and is simple enough to be performed by lay users at home.