Name: fabricating superhydrophobic polymeric materials for biomedical applications
Uploaded: 2015-08-28T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications at JoVE.com

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.官能化ポリ（1,3-グリセロールcarbonate- コカプロラクトン）29およびポリ（1,3-グリセロールcarbonate- 共同ラクチド ）27,28の合成 。 <ol><li>モノマー合成。 <ol><li> 500 mlの乾燥テトラヒドロフラン（THF）中の（50グラム、0.28モル、1当量） のシス -2-フェニル-1,3-ジオキサン-5-オールを溶解させ、窒素下、氷上で攪拌しました。細かく乳鉢と乳棒で粉砕、水酸化?...

生物医学ポリマーから超疎水性材料を構築するための我々のアプローチは、エレクトロスピニングおよびエレクトロスプレーのポリマー加工技術を用いて合成高分子化学を組み合わせたものです。これらの技術はそれぞれ、いずれかの繊維または粒子を提供します。具体的には、ポリカプロラクトン及びポリ（ラクチド- コ -glycolide）系超疎水性材料は、この方法を用いて調製されます...

超疎水性表面は、一般的に明白な水との接触が低い接触角ヒステリシスと150°よりも大きい角度示すものとして分類されます。これらの表面は、1-6湿潤レジスト得られた空気-液体-固体界面を確立するために、低表面エネルギー材料で高い表面粗さを導入することによって作製されます。製造方法、薄膜または多層超疎水性表面に応じて、多層超疎水性基材コーティング、あるいはバルク超疎水性構造を製造することができます。この永久的または半永久的な撥水性は、セルフクリーニング表面7を調製するために使用される有用な特性であり、防汚マイクロ流体デバイス8細胞/タンパク質表面9,10、抗力低減面11、及び薬物送達デバイス12- 15。最近では、刺激応答性超疎水性材料が濡れる状態に非接液を化学によってトリガーされた場合について説明されている、物理的、あるいは環境手がかり（ 例えば 、光、pH、温度、超音波、および現在の電位を/適用）14,16-20、およびこれらの材料は、追加のアプリケーション21-25のための使用を見つけています。 第1の合成超疎水性表面をmethyldihalogenosilanes 26の材料の表面を処理することによって調製され、使用される材料は、 インビボでの使用に適していなかったように、生物医学的用途のために限られた価値ありました。ここで我々は、生体適合性ポリマーからの表面およびバルク超疎水性材料の製造が記載されています。我々のアプローチは、エレクトロスピニングまたはポリエステルとステアリン酸で修飾されたポリ（グリセロールカーボネート）27-30から成る疎水性の共重合体でドープされた主要な成分とする生分解性、生体適合性の脂肪族ポリエステルを含むポリマー混合物をエレクトロスプレーを伴います。製造技術が上とfibe以内強化表面粗さと気孔率を提供それぞれRSまたは粒子、共重合体のドーパントの使用は、ポリエステルとブレンドし、安定27,31,32を電界紡糸またはエレクトロスプレーすることができる低表面エネルギーポリマーを提供します。 ポリ（乳酸）などの脂肪族生分解性ポリエステル（PLA）、ポリ（グリコール酸）（PGA）、ポリ（乳酸- コ -glycolic酸）（PLGA）、ポリカプロラクトン（PCL）は、臨床的に承認されたデバイスで使用されるポリマーでありますおよび生物医学材料研究において顕著なため、それらの非毒性、生分解性、および合成33の容易さ。 PGAおよびPLGAは34〜37、それぞれ、1960年代と1970年代初期における生体吸収性縫合糸としてクリニックにデビュー。それ以来、これらのポリ（ヒドロキシ酸）は、このようなマイクロ38,39およびナノ粒子40,41、ウェハ/ディスク42などの他のアプリケーション固有のフォームファクタ、さまざまなに加工された、27,43メッシュ、44を発泡し、フィルム45 </sup&gt;。 脂肪族ポリエステル、並びに生物医学的関心のある他のポリマー、高表面積および空隙率ならびに引張強度を有するナノまたはマイクロファイバー網状構造を生成するために電界紡糸することができる。 表1は 、様々な生物医学的用途のために合成ポリマーのエレクトロスピニングおよびそれらの対応します参照。エレクトロスピニングおよびエレクトロスプレーは、迅速かつ商業的にスケーラブルな技術です。これらの2つの類似の技術は、それが接地ターゲット46,47に向けられるように、シリンジポンプ設定で溶融/ポリマー溶液の表面張力を克服するために、高電圧（静電反発力）を適用することに依存しています。この技術は、低表面エネルギーのポリマー（例えば、ポリ疎水性ポリマー（カプロラクトンコ -グリセロールモノステアレート））、得られた材料展示超疎水性と関連して使用される場合。 この一般的な合成や材料の処理方法を説明するために、生物医学ポリマーから超疎水性材料を構築するために、我々は、超疎水性polycaprolactone-およびポリ（ラクチド- コ -glycolide）代表例として系材料の合成が記載されています。それぞれの共重合体ドーパントポリ（カプロラクトンコ -グリセロールモノステアレート）およびポリ（ラクチド- コ -グリセロールモノステアレート）は、第1ポリカプロラクトン及びポリ（ラクチド- コ -glycolide）とブレンド、合成され、それぞれ、最終的に電界紡糸またはエレクトロ。得られた材料は、SEMイメージングと接触角の角度測定によって特徴付けられ、 インビトロおよびインビボでの生体適合性について試験されます。最後に、三次元の超疎水性メッシュスルーバルク濡れが造影microcomputed断層撮影法を用いて検討されています。

<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

永久的または準安定非接液状態を有する表面を有する超撥水材料は、生物医学および産業用アプリケーションの数について興味深いものです。ここでは、ポリエステルから成る疎水性の共重合体でドープされた主要なコンポーネント、およびstearate-として、生分解性、生体適合性脂肪族ポリエステル（例えば、ポリカプロラクトン及びポリ（ラクチド- コ -glycolide））を含むポリマー混合物をエレクトロスピニングまたはエレクトロスプレー方法を説明します変性ポリ（グリセロールカーボネート）は超疎水性生体材料を提供します。エレクトロスピニングまたはエレクトロスプレーの製造技術は、それぞれ、上および繊維や粒子内に強化された表面粗さと気孔率を提供しています。ポリエステルとのブレンド及び安定エレクトロスピニングまたはエレクトロスプレーすることができる低表面エネルギーコポリマードーパントの使用は、これらの超疎水性物質が得られます。そのような繊維サイズ、コポリマードーパント組成物および/またはCOなどの重要なパラメータncentration、濡れ性への影響が議論されています。ポリマー化学およびプロセス工学のこの組み合わせは、おそらく、様々な用途のためのポリマーのより広いクラスに一般化されているスケーラブルな技法を使用して、アプリケーション固有の材料を開発するための多目的なアプローチを提供します。

化学変換の一連の官能カーボネートモノマー、5-ベンジルオキシ-1,3-ジオキサン-2-オンを白色の結晶性固体（ 図1A）として合成される。1 H NMRは、構造（ 図1B）および質量分析法を確認し元素分析は、組成物を確認してください。この固体を、次いで140℃の錫触媒開環反応を使用してD、Lラクチドまたはεカプロラクトンのいずれかと共重合されます。沈?...

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.

バイオメディカル応用のための超疎水性高分子材料を製造します

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

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Organic Chemistry

Bioengineering

Unit 1

Synthetic Polymers

SCIENTISTS IN ACTION

Graphene Coatings for Biomedical Implants

メディカルインプラントのグラフェンコーティング

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

バイオメディカル応用のためのシルクシルクプロテイン合金材料設計

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

バイオメディカル応用のための機械的に調整可能な生物活性金属スキャフォールドの作製

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

コットン分析デバイスを製造します

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

治療用途のためのツールとしてのRGD官能ヒドロゲルの合成

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

細胞培養アプリケーションのためのヒドロゲルの光媒介形成とパターニング

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

マイクロカプセル化アプリケーション用の抽出プラントベースのカプセル

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

バイオメディカル応用のためのバイオインスパイアードナノハイドロキシアパタイトの急速なミックス準備

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

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional PolyÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Âµ-caprolactone Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

組織工学的応用の制御可能な形態の三次元 Poly(ε-caprolactone) 足場のエレクトロスピニング記述を溶かす

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

Three-dimensional Printing of Thermoplastic Materials to Create Automated Syringe Pumps with Feedback Control for Microfluidic Applications

印刷作成する熱可塑性材料の三次元マイクロ流体用フィードバック制御を用いたシリンジ ポンプを自動

Microfluidics has become a critical tool in research across the biological, chemical, and physical sciences. One important component of microfluidic ...