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. sentezleme fonksiyonalitesine sahip poli (1,3-gliserol karbonat- ko-kaprolakton) 29 ve poli (1,3-gliserol karbonat- ko -lactide) 27,28. <ol><li> Monomer sentezi. <ol><li> 500 ml kuru tetrahidrofuran (THF) (50 g, 0.28 mol, 1 eq.), Cis-2-fenil-1,3-dioksan-5-ol çözülür ve azot altında, buz üzerinde karıştırılmıştır. Ince bir havan ve tokmak ile ezildi potasyum hidroksit (33.5 g, 0.84 mol, 3 eşi.) Ilave edin. Buz banyosu içinde şişeyi yerleştirin. </li><li> Ekle 49,6 mi benzil bromür (71.32 g, 0.42 mol, 1.5 eq.), Damla damla, buz üzerinde karıştırılarak. Reaksiyon, nitrojen altında, 24 saat süre ile karıştırma ile oda sıcaklığına ısınmaya bırakın. </li><li> Potasyum hidroksit çözülür ve döner buharlaştırma ile, THF&#39;nin çıkması için damıtılmış su 150 ml ilave edilir. </li><li> Bir 1-L&#39;lik bir ayırma hunisi içinde 200 ml diklorometan (DCM) ile geri kalan malzeme ekstrakte edin. İki kez ekstraksiyon tekrarlayın. </li><li> Sodyum sulfat üzerinde Organik fazı kurutulur. </li><li> Billurlaştırmakçözeltiye 600 ml mutlak etanol eklenerek, iyi karıştırma ve -20 ° C&#39;de gece boyunca depolayarak bir ürün. Ürün daha sonra adımlar gerçekleştirilmeden önce birkaç gün süreyle -20 ° C&#39;de saklanabilir. </li><li> Buchner hunisinden vakumla süzme ile ürünü izole etmek ve yüksek vakum altında kurutulur. Ürün daha sonra adımlar gerçekleştirilmeden önce birkaç gün süreyle saklanabilir. Bu aşama için tipik bir verim% 80 ~ olmalıdır. </li><li> Bir 1-L yuvarlak dipli bir reaksiyon kabına, adım 1.1.7 &#39;de elde edilen ürün askıya. metanol (300 ml) &#39;de. 2 N hidroklorik asit, 150 ml ilave edilir. 2 saat boyunca 80 ° C&#39;de geri akışa. </li><li> Çözücü buharlaştırılmakta ve 24 saat boyunca yüksek vakum altında yerleştirin. Bu aşama için verimi tipik haliyle&gt;% 98 oranındadır. </li><li> 2-L, yuvarlak tabanlı şişeye THF içinde 1.1.9 in ürünü (650 mi) ve transfer çözündürülür. Buz banyosu üzerinde içine yerleştirilir ve azot altında karıştırın. Nitrojen altında şişe içinde 22.4 ml etil kloroformat (25.6 g, 0.29 mol, 2 eşd.) Eklenir. </li><li> 32,8 ml Trietilamin (0.29 mol, 2 eşd.) Tbir ekleme hunisi o. THF &#39;nin eşit hacmi ile karıştırılır. Yuvarlak dipli bir reaksiyon ile bir ek huni ve nitrojen altında tutun. </li><li> Kuvvetli karıştırma ile, dikkatli bir şekilde trietiamin / THF kanşımı damla damla buz üzerinde yuvarlak dipli bir şişeye dağıtın. DİKKAT: eksotermik bir reaksiyondur. Hızlı sıcaklık artışını önlemek için, hiçbir hızlı saniyede 1 damla daha / THF trietilamin ekleyin. Hacmini ilave edildikten sonra, oda sıcaklığına kadar ısıtıldıktan veya 24 saat süre ile, 4 saat süre ile reaksiyon karıştırın. </li><li> Büchner&#39;de trietilamin hidroklorür tuzu filtreleyin. Bir döner buharlaştırıcı üzerinde çözücünün buharlaştınn. </li><li> Şişeye diklorometan (200 mi) ilave edilir ve kalıntı çözünene kadar hafifçe ısıtılır. Karıştırılırken dietil eter 120 ml ilave edilir. -20 ° C gece boyunca mağaza ürünü kristalize etmek. </li><li> Filtre monomer kristalleri ve polimerize önce yeniden kristalize. Monomer Ürün 2 hafta ya da -20 ° C&#39;de, oda sıcaklığında sızdırmaz belleğe kaydedilebilir6, süresiz Cı. 1H NMR ile ürünün, kütle spektrometrisi ve elementel analiz teyit edin. Monomer sentezindeki bu son adım için tipik bir verim% 40-60 arasındadır. </li></ol></li><li> D Kopolimerizasyon, L-laktit / kaprolakton ε-5-benziloksi-1,3-dioksan-2-on ile birlikte. <ol><li> 140 ° C ısı, silikon yağı banyosu. </li><li> (1.1 hazırlandı) 5-benziloksi-1,3-dioksan-2-on 2.1 g ölçülür ve kuru bir 100-mL yuvarlak dipli bir şişeye ekleyin. D, L -lactide kopolimerleştirilmesiyle Eğer dışarı 5.7 g ölçmek ve şimdi balona ekleyin. Manyetik bir karıştırma çubuğu ilave edin ve lastik bir tıpa ile şişesi mühür. <ol><li> Ayrıca küçük armut şeklinde bir şişe içinde kalay (II) etilheksanoat, 240 mg (aşırı) ölçün. Bu polimerizasyon, bir% 20 mol, gliserol karbonat monomer bileşiminin neden olur. Farklı monomer bileşimleri elde etmek için monomerlerin kitleleri ayarlayın. </li></ol></li><li> 5 dakika boyunca, bir Schlenk manifold üzerinde azot ile iki şişeler yıkayın ve 4,24 mi ε-caprolac eklemeazot altında tonu. Iz suyu çıkarmak için 15 dakika boyunca yüksek vakum (300 mTorr) uygulayarak matara &#39;atmosfer boşaltın. </li><li> Azot ile matara &#39;atmosferi şarj; iki kere daha bu döngüyü tekrarlayın. </li><li> Nitrojen altında kalay katalizörü ile 500 ul kuru tolüen karıştırın. </li><li> 140 ° C yağ banyosu içinde monomer içine yerleştirilir ve bir kez bütün katılar eridikten katalizörü ilave edin. Verilen katalizör karışımının toplam hacmi ~ 100 ul olmalıdır. Sonra oda sıcaklığına soğumasına erimiş polimerin, en fazla 24 saat boyunca 140 ° C &#39;de muhafaza edin. Derhal veya en az 24 saat sonra bir sonraki adımları gerçekleştirin. </li><li> Diklorometan içinde polimerin (50 mi) içinde çözülür ve soğuk metanol (200 mi) içine çökme olmamıştır. Yüksek vakum altında boşaltın süpernatan ve kurutulur. Bundan sonraki aşamalar, hemen ya da herhangi bir noktada gerçekleştirilebilir. Sonraki kullanıma kadar dondurucuda muhafaza edin polimerler yer alır. Tipik polimerizasyon verimi / dönüşüm% 80-95 arasındadır. </li><li> 1 gerçekleştirin&#39;H NMR analizi ko-monomer mol oranlarını belirlemek için. Döteryumlanmış kloroform içinde polimer (CDCI3) çözülür ve 4,58-4,68 ppm karbonat monomerin benzilik proton kaymasına entegre; 5.2 ppm (PLGA) 2.3 ppm (PCL) ve methyne zirvesinde metilen tepe olduğu bu pik alanı karşılaştırın. </li></ol></li><li> Polimer modifikasyon: korumanın kaldırılması ve aşılama. <ol><li> Yüksek basınçlı bir hidrojenasyon kabı içinde, 120 ml tetrahidrofuran (THF) içinde polimer (~ 7 g) içinde çözülür. Tartılır ve paladyum-karbon katalizörünün (~ 2 g) ekleyin. </li><li> Bir hidrojenasyon aparatı kullanılarak kabına hidrojen ekleyin. 4 saat süre ile 50 psi&#39;de hidrojene. DİKKAT: Hidrojen gazı son derece yanıcıdır. Bu prosedür aşina kişilerden yardım isteyin ve her zaman bu deneyi yapmadan önce olası sızıntılara karşı ikmal hatlarını inceleyin. </li><li> Silisli toprak paketlenmiş bir yatak kullanılarak palladyum-karbon katalizörünü filtreleyin. ~ Polimerin Konsantre döner buharlaştırma ve taşlı altında 50 misoğuk metanol içine pitate. DİKKAT: Kuru paladyum partiküller kendiliğinden tutuşabilir. Alevleri boğuyor için flare-up durumunda yakın bir ıslak havlu tutun. O clumped ve ateşlemeyi önlemek için tutmak için paladyum / karbon filtre keki su ekleyin. Bu prosedür aşina kişilerden yardım isteyin. </li><li> Yüksek vakum altında süpernatant ve kuru süzün. 4.65 ppm (CDCI3 içinde 1H NMR) pik kaybolması belirterek serbest hidroksil toplam dönüşüm onaylayın. Bu polimerler hemen kullanılabilir veya daha sonra kullanmak üzere kaydedilebilir. Bu aşama için Verim&gt;% 90 bulunmaktadır. </li><li> 500 ml kuru diklorometan (DKM) polimeri ve stearik asit (1.5 eq.) Içinde çözülür. N, N&#39;-disikloheksilkarbodiimid (DCC, 2.0 eşi.) Ve 4-dimetilaminopiridin 3 pul ekleyin. 24 st için oda sıcaklığında azot altında kanştınn. </li><li> Tekrar filtrasyon ve konsantrasyon bir dizi çözünmeyen N, N&#39;-dicyclohexylcarbourea çıkarın. Sonunda, konsantre50 ml çözelti. </li><li> Soğuk metanol (~ 175 mi) içine polimeri çökeltmek ve süpernatantı süzün. Yüksek vakumlu gecede altında polimer kurutun. Bu polimerlerin sonradan kullanımı herhangi bir zamanda gerçekleştirilen, ancak uzun süreli depolama için dondurucuda polimerler tutmak olabilir. Bu son modifikasyon aşamanın verimi% 85-90 arasında değişir. </li></ol></li></ol> 2. Sentezlenen kopolimerlerin karakterize <ol><li> Daha sonra hava geçirmez mühür, ~ 10 mg polimer (kayıt gerçek kütle) tartılır ve alüminyum numune tavaya ekleyin. Yük örnek tava ve diferansiyel taramalı kalorimetre içine boşaltılır (referans) tava. </li><li> Program, bir sıcaklık rampası ve soğutma (&quot;sıcak / soğuk / sıcak&quot;) döngüsü: 225 ° C, 20 ° C ile 1) Isı 10 ° C / dakika, 2) 5 ° C / dk&#39;da -75 ° C&#39;ye soğutun, 10 ° C / dk&#39;da 225 ° C&#39;ye kadar 3), ısı. </li><li> &lt;(Erime noktası (Tm), kristalizasyonu belirlemekem&gt; termal izlerinden T c) ve cam geçiş sıcaklıkları (T g) ve füzyon (AH f ısı) (varsa). </li><li> THF, her sentez kopolimeri (1 mg / ml) içinde çözülür ve 0,02 mikron PTFE filtresinden geçirerek filtre et. Bir jel nüfuziyet kromatografi sistemi içine enjekte edilir ve çözelti polistiren standartlarına bir dizi karşı tutma süresini karşılaştırır. </li></ol> Elektrospinning / 27,31 electrospraying 3. hazırlanması Polimer Çözümleri <ol><li> Bu, kloroform / metanol gibi uygun bir çözücü içinde 10-40 ila ağırlıkça% polimer (ler) içinde çözündürülür (5: 1) PCL veya tetrahidrofuran / N, N-dimetilformamid (7: 3) PLGA için, gece boyunca karıştırılmıştır. Bu aşama için gerekli olan polimer kütlesi istenen örgü boyutlarına bağlı olacaktır. Not: Örneğin, yaklaşık 300 mikron kalınlığında bir 10 cm x 10 cm örgü üretmek için, tipik olarak 1 gram gerekli olacaktır. O maddi kaybının fazlalaştıes gibi (özellikle viskoz çözeltiler için) şırınga çözüm transferi sırasında olduğu gibi, ve elektro işleminin verimi azaltacak isteğe bağlayıcı boru ve iğne mahfazasının kendisi mevcut olan ölü hacimleri bu protokolün takip eden adımlar oluşabilir . Verim bu düşüşler malzemenin% 20&#39;ye varan kaybına neden olabilir ve aynı zamanda ilk kez bu yordamı çalışırken elektro parametrelerini optimize ile ilişkili kayıpları, bu kayıpları tahmin 1,5 kat büyütmek için tavsiye edilir ve. <ol><li> Daha konsantre solüsyonlar beklenen büyük lifler ile, toplam polimer konsantrasyonu değiştirilerek lif boyutunu kontrol edin. Hidrofobiklik mütevazı artırılması için süperhidrofobik takviye (toplam polimerin kütlece) 10% kullanın. Son derece hidrofobik / süperhidrofobik malzemeler için,% 30-50 takviye kullanabilir ve / veya toplam polimer konsantrasyonunu azaltmak (örn., Lif boyutunu azaltmak). Bu çözümler sonraki çalışma perfo olabilironaylanmamis Ertesi gün veya bundan sonra bir hafta içinde. </li><li> Electrospraying için, kloroform gibi uygun bir çözücü içinde düşük konsantrasyonlarda (örneğin, 2-10%) solüsyonların hazırlanması. Elektrospinning gibi, polimer konsantrasyonunun değiştirilmesiyle parçacık boyutuna modüle eder. </li></ol></li><li> Vortex Polimer çözeltisi iyice karıştırın. Büyük hava kabarcıkları çökmek (5 dk) bekleyin. </li><li> Cam şırınga içine yükleyin çözümü. Çözelti viskozitesi bağlı olarak, piston kaldırmak ve enjektör içine, doğrudan solüsyonu dökmek için kolay olabilir. Atıl, esnek boru parçası elektrospinning kurulum içinde manevra yardımcı olabilir. Hortum / iğne düzeneği havayı yerini almaya şırıngayı ters çevirin. </li></ol> 4. Elektrospinning / electrospraying Polimer Çözümleri <ol><li> Yük şırınga pompası üzerine şırınga, set toplam hacmi (örneğin, 4.5 mi), bu çözelti tevzi etmek üzere hızı (örneğin, 5 ml / saat). </li><li> Bir ile kolektör plakası Kapakluminum folyo sonraki çıkarılmasını ve ulaşım kolaylığı. Dış kenarları boyunca maskeleme bandı ile folyo sabitleyin. </li><li> İğne ucu yüksek voltaj DC (HVDC) besleme kablosunu takın. Koleksiyoncu bu iğne ucu mesafesi yalnızca 1) Belirli bir gerilimde elektrik alanını etkiler, çünkü göz önünde önemli bir değişkendir ve 2) kendi koleksiyonu sırasında etkileri liflerin çözücü ve bunun sonucunda kurutma buharlaşmasını. <ol><li> İlk girişim olarak, 15 cm&#39;lik bir uç-koleksiyoncu mesafesini kullanın. DİKKAT: Yüksek voltaj ve yanıcı solventler Elektrospinning / electrospraying katılmaktadırlar. Dış egzoz yeterli havalandırma sağlayınız ve şırınga / iğne dokunmayın veya kesinlikle emin HVDC kaynağı kapalı kadar muhafaza açmak asla. </li></ol></li><li> Elektrospinning Eğer / kapsama geniş bir alanı electrospraying, döndürme ve kolektör davul tercüme açın. Aksi takdirde, bir sonraki adıma geçin. </li><li> Şırınga pompası başlatın. </li><li> Açın ve yüksek volt ayarlamakYaş kaynağı kabul edilebilir bir Taylor koni elde etmek. İğne ucunda çözüm sarkma varsa, gerilimi artırmak. Birden jetleri oluşturan yapıyorsanız, gerilimi azaltır. Lifler / parçacıklar ıslak veya yeterince iğne ucunda sürükleyerek damlacık çözmez gerilimi ayarlayarak eğer ortaya çıkarsa bu ayarlamaları ek olarak, bu uç-to-toplayıcıya mesafeyi ayarlamak için gerekli olabilir. Not: Ayrıntılı sorun giderme için Leach ve işçiler 47 kapsamlı elektrospinning optimizasyon işlemi bakın. Electrospraying genellikle daha yüksek gerilim ve elektrospinning daha düşük çözüm konsantrasyonlarını içerecektir. </li><li> Yüksek gerilim kaynağı ve sonra şırınga pompası ve motorlu tamburu (varsa) kapatın. Elektrospinning muhafazası 30 dakika boyunca havalandırma devam etmesine izin. </li><li> Kolektöründen kafesleri / kaplamalar çıkarın. Iz çözücüler gecede kaputu buharlaşmasına izin verin. Malzemeler en az iki hafta (PLGA) ya da iki, oda sıcaklığında saklanabiliray (PCL). Adım 4,5-4,8 herhangi bir sıraya göre gerçekleştirilebilir. </li></ol> 5. karakterizasyon Lif ve Parçacık Boyut Işık tarafından ve Taramalı Elektron Mikroskobu <ol><li> Işık mikroskobu <ol><li> Bir electrospun örgü üretiminde ise, kesilmiş ve bir bardak slayt bunun ince kısımlarını monte edin. </li><li> Lif çapı, düğüm özelliklerinin (lekeler veya ayrık), ve fiber şekli (yani, boncuklu, düz, düz / dalgalı) dikkat edin. İdeal electrospun örgü lifler üniforma, düz veya dalgalı ve boncuk ücretsizdir. </li></ol></li><li> Taramalı elektron mikroskobu (SEM) <ol><li> Kes ve iletken bakır bant kullanarak alüminyum SEM taslakları üzerinde kafes veya kaplanmış yüzeylere monte edin. Electrospun elyaflar ve electrosprayed kaplamalar ayrıca önceden doğrudan bant üzerine elyaf / tanecikleri biriktirilmesiyle SEM ile gözlenebilir. </li><li> Coat kafesleri / püskürtmeli kaplama sayesinde Au / Pd ince (~ 4 nm) tabaka ile kaplama. </li><li> Ve SEM odasına Yük taslakları 1-2 keV de gözlemleyin. Bir 250X Magnificayüksek büyütme, parçacık kaplamalar için çok süperhidrofobik elyaflar ve bağlanmasına yönelik hiyerarşik modeller gibi ek lif ve partikül özellikleri daha belirgindir tion, malzemenin genel bir topografik değerlendirilmesini sağlar. </li></ol></li></ol> 6. Sigara ıslatma Özelliklerinin Belirlenmesi <ol><li> İlerleyen ve hacim varyasyon yöntemi kullanılarak su temas açısı ölçümleri basık <ol><li> Bir temas açısı goniometre aşamasında ağ veya kaplanmış malzemenin (eğer mümkünse) ve yer ince (0.5 cm x 5 cm) şerit kes. </li><li> Malzeme yüzeyinde (24 AWG şırınga iğnesi itibaren) onu dağıtım sırasında su damlası profili yakalayın. <ol><li> Bunu yapmak için, yaklaşık 5-ul damla ile başlar, ve malzeme yüzeyi ile temas. Yavaş yavaş ilerleyen su temas açısıdır damlacık görüntü, ses seviyesini (20-25 ul) ekleyin ve yakalamak için devam edin. İğne ucu damlacık karşılaştırıldığında küçük ve inci gerekire kılcal uzunluğu damlacık şeklinin bozulmasını en aza indirmek için damlacık daha büyük olmalıdır. </li></ol></li><li> Eşzamanlı olarak açılan profili çekerken aynı damla çekin. Ortalama değer, tipik olarak, her ikisi de ilerleyen ve gerileyen kontakt açılarının ölçümleri 10, bu malzemelerin özelliklerini belirlemek için yeterli olan bildirmek için birkaç numuneye ayrı yüzey yerle tekrarlayın. </li></ol></li><li> Sondalama sıvıları değiştirerek malzemelerin kritik yüzey gerilimini belirleyin. <ol><li> Bu karışımlar yüzey gerilimlerini 99-101 bilinen şekilde, etanol, propilen glikol veya etilen glikol içeriği farklı çözümler hazırlayın. <ol><li> Seçenek olarak ise, 1,4-, yüzey gerilimlerini örneğin, su (72 mN / m), gliserol (64 mN / m), dimetil sülfoksit (44 mN / m), benzil alkol (39 mN / m) değişen çözücülerin kullanılması dioksan (33 mN / m), 1-oktanol (28 mN / m) ve aseton (25 mN / m). Bu gibi, polimerler çözündürmez çözücülerin kullanılması önemlidirSonuçları şaşırtmak. Buna ek olarak, yüzey gerilimi ek olarak, bu sıvılar, temas açısı ölçümleri etkileyebilecek bu tekniğin bir sınırlama olabilir, farklı viskozitelere sahip, dikkat etmek önemlidir. </li><li> Malzeme yüzeyinde tanınacak bu çözümlerin temas açısını ölçün. Yüzey geriliminin bir fonksiyonu olarak, Konu temas açısı. </li></ol></li></ol></li></ol> 7. Ağlar 31 Toplu Islatıcı algılama <ol><li> 3D mikro-bilgisayarlı tomografi (uCT) kullanarak kafesleri içine su sızmasını gözlemleyin. <ol><li> Su içinde iyoksaglat bir 80 mg / ml solüsyon (iyotlu kontrast maddesi) hazırlayın. </li><li> Bu çözeltilerde kafesleri daldırın ve 37 ° C&#39;de inkübe edin; periyodik olarak 70 KVP tüp gerilimi, 114 uA akımı kullanılarak uCT (18 mikron 3 voksel çözünürlük) kontrast madde (su) infiltrasyon ölçmek ve 300 milisaniye entegrasyon süresi. </li><li> Piksel INTENS ölçmek, görüntü işleme yazılımı kullanarakparlak pikseller su sızıntısını temsil örgü, kalınlığı boyunca Sığ. Yüksek yoğunluklu su sızıntısını temsil ettiği için bir piksel eşik değerini (~ 1500) seçin. </li></ol></li></ol> 8. Test Ağlar Mekanik Özellikleri <ol><li> Kesme çekme test cihazının kulpları arasında 1 cm x 7 cm ve yer için kafesleri. Tam genişlik, uzunluk ve kalınlık ölçün. </li><li> Üç örnekler üzerinde uzantısı bir rampa testi yapın. Elastik modülü, nihai çekme mukavemeti, ve uzama-at-arası belirlemek için bu verileri kullanarak bir gerilme-deformasyon eğrisi çizilir. </li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Biyomedikal polimerlerden süperhidrofobik malzemelerin inşa yaklaşımımız electrospinning ve electrospraying polimer işleme teknikleri ile sentetik polimer kimyası birleştirir. Bu teknikler, sırasıyla, ya elyaflar ya da parçacıkları sağlar. Spesifik olarak, polikaprolakton ve poli (lactide- ko -glycolide) göre süperhidrofobik malzemeler bu strateji kullanılarak hazırlanır. Hidrofobik kopolimer bileşiminin değiştirilmesiyle, nihai polimer harmanında oranında kopolimeri, elyaf / partikül ...

Süperhidrofobik yüzeyler genellikle belirgin su teması sergileyen olarak kategorize edilir düşük temas açısı histerisi ile daha büyük, 150 ° açıları. Bu yüzeyler 1-6 ıslatma direnir bir sonuçlanan hava-sıvı-katı bir arayüz oluşturmak için düşük yüzey enerjili malzemelerde yüksek yüzey sertliğine getirerek üretilmektedir. , Imalat yöntemi üzerinde ince veya çok katlı süperhidrofobik yüzeyleri, çok katmanlı süperhidrofobik substrat kılıfları, hatta dökme süperhidrofobik yapılar olarak hazırlanabilir. Bu kalıcı ya da yarı-kalıcı su geçirmezlik kendi kendini temizleyen yüzeyler 7, mikroakışkan cihazlar 8, hücre / protein yüzeyleri 9,10, sürükle-azaltıcı yüzeyler 11 ve ilaç verme cihazları, anti-kirlenme hazırlamak için kullanılan yararlı bir özelliktir 12- 15. Son zamanlarda, uyaranlara yanıt veren süperhidrofobik maddeler ıslatılmış duruma ıslanmayan kimyasal tetiklenir burada tarif edilmiştir, fizikiVeya çevresel ipuçları 14,16-20 (örneğin, ışık, pH, sıcaklık, ultrason ve mevcut elektrik potansiyeli / uygulamalı) ve bu malzemelerin ek uygulamalar 21-25 için kullanılmasını buluyorlar. Kullanılan malzemeler, in vivo kullanım için uygun olmayan ilk sentetik süperhidrofobik yüzeyler methyldihalogenosilanes 26 malzeme yüzeylerin muamele edilmesi ile hazırlanabilir, ve biyomedikal uygulamalar için sınırlı bir değere edildi. Bu olgu biyo-uyumlu polimerlerden yüzey ve kütle süperhidrofobik maddelerin hazırlanmasını tarif etmektedir. Yaklaşımımız elektrospinning veya polyester ve bir stearat ile modifiye edilmiş poli (gliserol karbonat) 27-30 oluşan bir hidrofobik kopolimer ile katkılı ana bileşen olarak biyolojik olarak parçalanabilir, biyolojik olarak uyumlu, alifatik polyester, içeren bir polimer karışımı electrospraying gerektirir. Fabrikasyon teknikleri ve fibe içinde gelişmiş yüzey pürüzlülüğü ve gözeneklilik teminsırasıyla, rs veya partiküller, bir kopolimerdir takviye kullanılması polyester karışımları ve dengeli bir şekilde electrospun ya 27,31,32 electrosprayed edilebilir düşük bir yüzey enerjisine sahip bir polimer sağlarken. Poli (laktik asit) ve biyo-bozunabilir polyesterler Alifatik (PLA), poli (glikolik asit) (PGA), poli (laktik asit-co -glycolic asit) (PLGA) ve polikaprolakton (PCL), klinik olarak onaylı cihazlarda kullanılan polimerlerdir çünkü sentez 33 onların olmayan toksisite, biyolojik olarak parçalanma ve kolaylığı biyomedikal malzeme araştırmalarında belirgin. PGA ve PLGA sırasıyla 34-37 1960&#39;lı yıllarda sütürler ve erken 1970&#39;lerin olarak klinikte girmiştir. O zamandan beri, bu poli (hidroksi asitler), 27,43 kafesleri, 44 köpükler gibi mikro 38,39 ve 40,41, gofret / diskleri 42 nano-tanecikleri, diğer uygulamaya özgü bir şekilde çeşitli faktörlere içine işlenmiş olan ve filmler 45 </sup&gt;. Alifatik poliesterler, hem de biyomedikal ilgi diğer polimerler, gerilme mukavemeti gibi, yüksek bir yüzey alanı ve gözenekliliğe sahip nano- veya mikrofiber ağlar yapıların üretilmesi için electrospun edilebilir. Tablo 1, sentetik polimerler electrospun çeşitli biyomedikal uygulamalarda ve bunların karşılık gelen referanslar. Elektrospinning ve electrospraying hızlı ticari olarak büyütülebilir tekniklerdir. Bu topraklı hedefe 46,47 yöneliktir gibi bu iki benzer teknikler, bir polimer çözeltisinin yüzey gerilimini üstesinden gelmek için yüksek gerilim (elektrostatik iteleme) katsayıları itimat / bir enjektör pompası kurulum eritebilir. Bu teknik, düşük yüzey enerjili polimerleri ile bağlantılı olarak kullanıldığı zaman ((örneğin, poli hidrofobik polimerlerin caprolactone- CO-gliserol monostearat)), elde edilen maddelerin, superhydrophobicity. Bu genel sentetik ve malzeme işleme yaklaşım göstermek içinBiyomedikal polimerlerden süperhidrofobik inşa malzemeleri, biz süperhidrofobik polycaprolactone- ve poli (lactide- ko -glycolide) temsili örnekleri olarak merkezli maddelerin sentezini tarif eder. Ilgili kopolimer dopants poli (caprolactone- CO-gliserol monostearat) ve poli (lactide- CO-gliserol monostearat), ilk polikaprolakton ve poli (lactide- ko -glycolide) ile karıştırılır, sentezlendiği zaman, sırası ile, ve son olarak electrospun ya electrosprayed. Elde edilen malzeme SEM görüntüleme ve temas açısı Goniometry ile karakterize edilir ve in vitro ve in vivo biyolojik uyumluluk için test edilir. Son olarak, üç boyutlu süperhidrofobik kafesleri sayesinde toplu ıslatma kontrastlı microcomputed tomografi kullanılarak incelenmiştir.

<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

Sürekli ya da yarı dengeli ıslanmayan durumları sahip yüzeyler ile Süperhidrofobik maddeler, biyomedikal ve endüstriyel uygulamalarda, bir dizi için ilgi konusu oluşturmaktadır. Burada polyester ve stearate- oluşan bir hidrofobik kopolimer ile takviyeli, ana bileşen olarak, electrospinning veya biyolojik olarak parçalanabilen, biyo uyumlu, alifatik polyester (örneğin, polikaprolakton ve poli (lactide- ko -glycolide)) ihtiva eden bir polimer karışımının electrospraying açıklanmıştır modifiye edilmiş poli (gliserol karbonat), bir süperhidrofobik biyo materyal elde edilir. Elektrospinning veya electrospraying imalatı teknikleri sırasıyla ve elyaf veya parçacıkların içinde geliştirilmiş yüzey pürüzlülüğü ve gözeneklilik sağlar. Polyester karışımları ve dengeli bir şekilde electrospun ya electrosprayed edilebilir düşük bir yüzey enerjisine sahip kopolimer takviye kullanılması, bu süperhidrofobik malzeme elde edilir. Bu tür fiber ebadı, kopolimer takviyenin bileşimin ve / veya eş olarak önemli parametrelerncentration ve ıslanabilirlik üzerindeki etkileri tartışılmıştır. Polimer kimyası ve proses mühendisliği Bu kombinasyon muhtemel çeşitli uygulamalar için polimerlerin daha geniş bir sınıfa genelleştirilebilir ölçeklenebilir teknikleri kullanılarak uygulamaya özgü malzemeler geliştirmek için çok yönlü bir yaklaşım tanıyor.

Kimyasal değişim bir dizi ile fonksiyonel karbonat monomer 5-benziloksi-1,3-dioksan-2-on beyaz bir kristal halinde bir katı (Şekil 1A) olarak sentezlenir. 1 H-NMR yapı (Şekil 1B) ve kütle spektrometresi ve teyit elemental analiz bileşimi teyit etmektedir. Bu katı madde daha sonra D, L -lactide veya 140 ° C &#39;de bir kalay ile katalize edilen bir halka açma reaksiyonu kullanılarak ε-kaprolakton ya da kopolimerize edilir. Çökeltme ile saflaştırmadan ...

Watch this Scientific Journal Video about Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications at JoVE.com

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.

Biyomedikal Uygulamalar için Süperhidrofobik Polimer Malzemeler imalatı

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

fabricating-superhydrophobic-polymeric-materials-for-biomedical

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Organic Chemistry

Bioengineering

Unit 1

Synthetic Polymers

SCIENTISTS IN ACTION

19.0K Görüntüleme.  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. 

Video: Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

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.

Polimerik Gen Taşıyıcı Değerlendirilmesi Nanoparçacık İzleme Analizi ve Yüksek throughput Flow Sitometri tarafından Nanopartiküller

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

Biyomühendislik

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.

Biyomedikal implantlar için Grafen Kaplamalar

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.

Biyomedikal Uygulamalar için İpek-ipek Protein Alaşım Materyalleri Tasarlama

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.

Biyomedikal Uygulamalar için Mekanik ayarlanabilir ve Biyoaktif Metal iskelelerinin Fabrikasyon

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.

Pamuk Analitik Cihazlar imalatı

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.

Tedavi Uygulamaları için bir alet olarak RGD-fonksiyonelleştirilmiş Hidrojeller Sentezi

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.

Hücre Kültürü Uygulamaları için Hidrojeller Işık aracılı Oluşumu ve Desenlendirme

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.

Mikroenkapsülasyon Uygulamaları için Ekstraksiyon Tesisi tabanlı Kapsüller

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.

Biyomedikal Uygulamalar için Biyolojik Tabanlı Akıllı Nano Hidroksiapatit Rapid Mix Hazırlanması

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.

Üç boyutlu Poly(ε-caprolactone) İskele kontrol edilebilir türleri morfoloji ile Electrospinning yazma doku mühendisliği uygulamaları için erime

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