Name: fabricating degradable thermoresponsive hydrogels on multiple length scales via reactive extrusion, microfluidics, self-assembly, and electrospinning
Uploaded: 2018-04-16T13:00:00
Duration: 12 min 7 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning at JoVE.

מימון מדעי הטבע, הנדסה מחקר המועצה של קנדה (NSERC), צור NSERC-IDEM (משולב עיצוב של חוץ-תאית מטריצות) תכנית, 20/20: NSERC Biomaterials אופטלמולוגיות מחקר ברשת, משרד אונטריו של המחקר, חדשנות פרסים חוקר בתחילת התוכנית הוא הודה.

<ol>
	<li>Heskins, M., Guillet, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solution+Properties+of+Poly(N-isopropylacrylamide).">Solution Properties of Poly(N-isopropylacrylamide).</a> J. Macromol. Sci. A. 2 (8), 1441-1455 (1968).</li><li>Lutz, J. -. F., Akdemir, &. #. 2. 1. 4. ;., Hoth, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Point+by+Point+Comparison+of+Two+Thermosensitive+Polymers+Exhibiting+a+Similar+LCST:+Is+the+Age+of+Poly(NIPAM)+Over.">Point by Point Comparison of Two Thermosensitive Polymers Exhibiting a Similar LCST: Is the Age of Poly(NIPAM) Over.</a> J. Am. Chem. Soc. 128 (40), 13046-13047 (2006).</li><li>Pelton, R. H., Chibante, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+Aqueous+Lattices+with+N-Isopropylacrylamide.">Preparation of Aqueous Lattices with N-Isopropylacrylamide.</a> Colloids Surf. 20 (3), 247-256 (1986).</li><li>Palasis, M., Gehrke, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Permeability+of+Responsive+Poly(N-Isopropylacrylamide)+Gel+to+Solutes.">Permeability of Responsive Poly(N-Isopropylacrylamide) Gel to Solutes.</a> J. Controlled Release. 18 (1), 1-11 (1992).</li><li>Kawaguchi, H., Fujimoto, K., Mizuhara, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogel+Microspheres+.3.+Temperature-Dependent+Adsorption+of+Proteins+on+Poly-N-Isopropylacrylamide+Hydrogel+Microspheres.">Hydrogel Microspheres .3. Temperature-Dependent Adsorption of Proteins on Poly-N-Isopropylacrylamide Hydrogel Microspheres.</a> Colloid Polym. Sci. 270 (1), 53-57 (1992).</li><li>Okuyama, Y., Yoshida, R., Sakai, K., Okano, T., Sakurai, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Swelling+Controlled+Zero-Order+and+Sigmoidal+Drug-Release+from+Thermoresponsive+Poly(N-Isopropylacrylamide-Co-Butyl+Methacrylate)+Hydrogel.">Swelling Controlled Zero-Order and Sigmoidal Drug-Release from Thermoresponsive Poly(N-Isopropylacrylamide-Co-Butyl Methacrylate) Hydrogel.</a> J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 4 (5), 545-556 (1993).</li><li>Snowden, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Use+of+Poly(N-Isopropylacrylamide)+Lattices+as+Novel+Release+Systems.">The Use of Poly(N-Isopropylacrylamide) Lattices as Novel Release Systems.</a> J. Chem. Soc. - Chem. Comm. (11), 803-804 (1992).</li><li>Haraguchi, K., Takehisa, T., Ebato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+cell+cultivation+and+cell+sheet+detachment+on+the+surface+of+polymer/clay+nanocomposite+hydrogels.">Control of cell cultivation and cell sheet detachment on the surface of polymer/clay nanocomposite hydrogels.</a> Biomacromolecules. 7 (11), 3267-3275 (2006).</li><li>Lee, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Initiated+chemical+vapor+deposition+of+thermoresponsive+poly(N-vinylcaprolactam)+thin+films+for+cell+sheet+engineering.">Initiated chemical vapor deposition of thermoresponsive poly(N-vinylcaprolactam) thin films for cell sheet engineering.</a> Acta Biomater. 9 (8), 7691-7698 (2013).</li><li>Cole, M. A., Voelcker, N. H., Thissen, H., Griesser, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-responsive+interfaces+and+systems+for+the+control+of+protein-surface+and+cell-surface+interactions.">Stimuli-responsive interfaces and systems for the control of protein-surface and cell-surface interactions.</a> Biomaterials. 30 (9), 1827-1850 (2009).</li><li>Feil, H., Bae, Y. H., Feijen, J., Kim, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Separation+by+Thermosensitive+Hydrogel+Membranes.">Molecular Separation by Thermosensitive Hydrogel Membranes.</a> J. Membrane Sci. 64 (3), 283-294 (1991).</li><li>Kim, J., Park, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Smart+hydrogels+for+bioseparation.">Smart hydrogels for bioseparation.</a> Bioseparation. 7 (4-5), 177-184 (1998).</li><li>Yamashita, K., Nishimura, T., Nango, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+IPN-type+stimuli+responsive+heavy-metal-ion+adsorbent+gel.">Preparation of IPN-type stimuli responsive heavy-metal-ion adsorbent gel.</a> Polym. Adv. Tech. 14 (3-5), 189-194 (2003).</li><li>Ziolkowski, B., Czugala, M., Diamond, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrating+stimulus+responsive+materials+and+microfluidics:+The+key+to+next-generation+chemical+sensors.">Integrating stimulus responsive materials and microfluidics: The key to next-generation chemical sensors.</a> J. Intelligent Mater. Syst. Struct. 24 (18), 2221-2238 (2013).</li><li>Zhang, Y., Kato, S., Anazawa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+flap-type+hydrogel+actuator+with+fast+responses+to+temperature.">A flap-type hydrogel actuator with fast responses to temperature.</a> Smart Mater. Struct. 16 (6), 2175-2182 (2007).</li><li>Suzuki, D., Taniguchi, H., Yoshida, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autonomously+Oscillating+Viscosity+in+Microgel+Dispersions.">Autonomously Oscillating Viscosity in Microgel Dispersions.</a> J. Am. Chem. Soc. 131 (34), 12058-12059 (2009).</li><li>Schild, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(N-isopropylacrylamide):+Experiment,+Theory+and+Application.">Poly(N-isopropylacrylamide): Experiment, Theory and Application.</a> Prog. Polym. Sci. 17, 163-249 (1992).</li><li>Oh, J. K., Min, K., Matyjaszewski, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+poly+(oligo+(ethylene+glycol)+monomethyl+ether+methacrylate)+by+homogeneous+aqueous+AGET+ATRP.">Preparation of poly (oligo (ethylene glycol) monomethyl ether methacrylate) by homogeneous aqueous AGET ATRP.</a> Macromolecules. 39 (9), 3161-3167 (2006).</li><li>Vihola, H., Laukkanen, A., Tenhu, H., Hirvonen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drug+Release+Characteristics+of+Physically+Cross-Linked+Thermosensitive+Poly(N-vinylcaprolactam)+Hydrogel+Particles.">Drug Release Characteristics of Physically Cross-Linked Thermosensitive Poly(N-vinylcaprolactam) Hydrogel Particles.</a> J. Pharm. Sci. 97 (11), 4783-4793 (2008).</li><li>Zhang, L. F., Liang, Y., Meng, L. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermo-sensitive+amphiphilic+poly(N-vinylcaprolactam)+copolymers:+synthesis+and+solution+properties.">Thermo-sensitive amphiphilic poly(N-vinylcaprolactam) copolymers: synthesis and solution properties.</a> Polym. Adv. Tech. 21 (10), 720-725 (2010).</li><li>Smeets, N. M. B., Bakaic, E., Patenaude, M., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injectable+and+tunable+poly(ethylene+glycol)+analogue+hydrogels+based+on+poly(oligoethylene+glycol+methacrylate).">Injectable and tunable poly(ethylene glycol) analogue hydrogels based on poly(oligoethylene glycol methacrylate).</a> Chem. Comm. 50 (25), 3306-3309 (2014).</li><li>Lutz, J. -. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymerization+of+oligo+(ethylene+glycol)(meth)+acrylates:+toward+new+generations+of+smart+biocompatible+materials.">Polymerization of oligo (ethylene glycol)(meth) acrylates: toward new generations of smart biocompatible materials.</a> J. Polym. Sci. A. 46 (11), 3459-3470 (2008).</li><li>Lutz, J. -. F., Hoth, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+Ideal+PEG+Analogues+with+a+Tunable+Thermosensitivity+by+Controlled+Radical+Copolymerization+of+2-(2-Methoxyethoxy)ethyl+Methacrylate+and+Oligo(ethylene+glycol)+Methacrylate.">Preparation of Ideal PEG Analogues with a Tunable Thermosensitivity by Controlled Radical Copolymerization of 2-(2-Methoxyethoxy)ethyl Methacrylate and Oligo(ethylene glycol) Methacrylate.</a> Macromolecules. 39 (2), 893-896 (2006).</li><li>Patenaude, M., Campbell, S., Kinio, D., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+Gelation+Time+and+Morphology+of+Injectable+Hydrogels+Using+Ketone-Hydrazide+Cross-Linking.">Tuning Gelation Time and Morphology of Injectable Hydrogels Using Ketone-Hydrazide Cross-Linking.</a> Biomacromolecules. 15 (3), 781-790 (2014).</li><li>Patenaude, M., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injectable,+Degradable+Thermoresponsive+Poly(N-isopropylacrylamide)+Hydrogels.">Injectable, Degradable Thermoresponsive Poly(N-isopropylacrylamide) Hydrogels.</a> ACS Macro Lett. 1 (3), 409-413 (2012).</li><li>Patenaude, M., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injectable,+Mixed+Natural-Synthetic+Polymer+Hydrogels+with+Modular+Properties.">Injectable, Mixed Natural-Synthetic Polymer Hydrogels with Modular Properties.</a> Biomacromolecules. 13 (2), 369-378 (2012).</li><li>Smeets, N. M. B., Bakaic, E., Patenaude, M., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injectable+poly(oligoethylene+glycol+methacrylate)-based+hydrogels+with+tunable+phase+transition+behaviours:+Physicochemical+and+biological+responses.">Injectable poly(oligoethylene glycol methacrylate)-based hydrogels with tunable phase transition behaviours: Physicochemical and biological responses.</a> Acta Biomater. 10 (10), 4143-4155 (2014).</li><li>Sivakumaran, D., Mueller, E., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature-Induced+Assembly+of+Monodisperse,+Covalently+Cross-Linked,+and+Degradable+Poly(N-isopropylacrylamide)+Microgels+Based+on+Oligomeric+Precursors.">Temperature-Induced Assembly of Monodisperse, Covalently Cross-Linked, and Degradable Poly(N-isopropylacrylamide) Microgels Based on Oligomeric Precursors.</a> Langmuir. 31, 5767-5778 (2015).</li><li>Bakaic, E., Smeets, N. M. B., Dorrington, H., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term="Off-the-shelf"+thermoresponsive+hydrogel+design:+tuning+hydrogel+properties+by+mixing+precursor+polymers+with+different+lower-critical+solution+temperatures.">"Off-the-shelf" thermoresponsive hydrogel design: tuning hydrogel properties by mixing precursor polymers with different lower-critical solution temperatures.</a> RSC Adv. 5 (42), 33364-33376 (2015).</li><li>Bulpitt, P., Aeschlimann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+strategy+for+chemical+modification+of+hyaluronic+acid:+Preparation+of+functionalized+derivatives+and+their+use+in+the+formation+of+novel+biocompatible+hydrogels.">New strategy for chemical modification of hyaluronic acid: Preparation of functionalized derivatives and their use in the formation of novel biocompatible hydrogels.</a> J. Biomed. Mater. Res. 47 (2), 152-169 (1999).</li><li>Kesselman, L. R. B., Shinwary, S., Selvaganapathy, P. R., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+Monodisperse,+Covalently+Cross-Linked,+Degradable+"Smart"+Microgels+Using+Microfluidics.">Synthesis of Monodisperse, Covalently Cross-Linked, Degradable "Smart" Microgels Using Microfluidics.</a> Small. 8 (7), 1092-1098 (2012).</li><li>Sivakumaran, D., Mueller, E., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+production+of+degradable+thermoresponsive+microgels+based+on+poly(N-isopropylacrylamide).">Microfluidic production of degradable thermoresponsive microgels based on poly(N-isopropylacrylamide).</a> Soft Matter. , (2016).</li><li>Xu, F., Sheardown, H., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+Electrospinning+of+Degradable+Poly(oligoethylene+glycol+methacrylate)-Based+Nanofibrous+Hydrogel+Networks.">Reactive Electrospinning of Degradable Poly(oligoethylene glycol methacrylate)-Based Nanofibrous Hydrogel Networks.</a> Chem. Comm. 52 (7), 1451-1454 (2016).</li><li>Troll, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+collapse+transition+of+poly(styrene-b-(N-isopropyl+acrylamide))+diblock+copolymers+in+aqueous+solution+and+in+thin+films.">The collapse transition of poly(styrene-b-(N-isopropyl acrylamide)) diblock copolymers in aqueous solution and in thin films.</a> Colloid Polym. Sci. 286 (8), 1079-1092 (2008).</li><li>Patenaude, M., Campbell, S., Kinio, D., Hoare, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+Gelation+Time+and+Morphology+of+Injectable+Hydrogels+Using+Ketone-Hydrazide+Cross-Linking.">Tuning Gelation Time and Morphology of Injectable Hydrogels Using Ketone-Hydrazide Cross-Linking.</a> Biomacromolecules. 15 (3), 781-790 (2014).</li><li>Kelly, T. A., Felder, M. S., Ollar, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inducing+Apoptosis+in+a+Mammalian+Cell+by+Contacting+with+Paraffin+or+Agar.">Inducing Apoptosis in a Mammalian Cell by Contacting with Paraffin or Agar.</a> US Patent. , (2001).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

חומרים חכמים משכו תשומת לב משמעותית בשל הפוטנציאל שלהם "על פי דרישה" הפיכה, התגובות אותות חיצוניים ו/או איכות הסביבה. חומרים טמפרטורה מגיב משכו עניין מיוחד בשל התנהגותם טמפרטורה (LCST) פתרון קריטיות נמוכה יותר, וכתוצאה מכך משקעים מונחה-חום בטמפרטורה T >1,LCST2. בהקשר של thermoresponsive hydrogels, ההתנהגות בטמפרטורה נמוכה זו פתרון קריטי מתבטאת על-ידי הפיכה נפיחות/ביטול-swelling אירועים כתוצאה בגדלים בצובר טמפרטורה-tunable (גדול יותר ב- T < LCST)3, נקבובית בגודלי (ב- T < LCST)4ומאפיינים פנים (יותר הידרופילית-T < LCST)5. מעברים כאלה יושמו באופן נרחב משלוח סמים (עבור סמים חיצוני או לסביבה triggerable מהדורה4,6,7), הנדסת רקמות ותרבות תא (thermoreversible תא הדבקה / delamination8,9,10), הפרדות (עבור ממברנה להחלפה porosities, permeabilities או תומך אבחון תרמית למחזור11,12, 13), microfluidic תהליכים (עבור-שסתומי ויסות זרימת14,15), סימני פיסוק rheological (עבור צמיגויות טמפרטורה-tunable16). חקר הנפוץ ביותר thermoresponsive hydrogels מבוססים על poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM)17, למרות משמעותית (הגדלת) ועבודה ניצח גם על פולי (oligoethylene methacrylate גליקול) (POEGMA)2 ,18 ו- poly(vinylcaprolactam) (PVCL)19,20. POEGMA משכה עניין האחרונות מסוים נתון אילו תערובות צפוי באופן ליניארי של מונומרים עם מספר שונה של21,הצפויה הביו משופרת22וההתנהגות שלה LCST נתיישב-כדי-מנגינה, אתילן אוקסיד יחידות אני חוזר בשרשראות הצד שלהם יכול לשנות את LCST מ ~ 20 ° C עד > 90 ° C2,23. עם זאת, כל אחד פולימרים אלה מוכן על ידי רדיקלים חופשיים פלמור, ובכך מכיל עמוד השדרה פחמן-פחמן, להגביל באופן משמעותי את פוטנציאל השירות ואת translatability של פולימרים כאלה בהקשר של ביו יישומים שבהם השפלה (או לפחות הקיבולת לאישור באמצעות סינון כליות) הוא בדרך כלל דרישה.
בתגובה על מגבלה זו, לאחרונה דיווחנו בהרחבה על היישום של הכימיה hydrazone (כלומר., התגובה בין hydrazide לבין functionalized-אלדהיד פולימרים מראש) כדי להכין מתכלה מקבילים של thermoresponsive hydrogels24,25,26,27,28,29. התגובה המהירה והפיך בין קבוצות hydrazide, אלדהיד על ערבוב של פולימרים קודמן functionalized30 מאפשר הן בחיי עיר gelation (הפיכת נתיישב הזרקה של חומרים אלה ללא הצורך כירורגי ההשרשה או כל סוג של גירוי חיצוני הפילמור בשחרור הקרנה או כימי UV) כמו גם השפלה hydrolytic של הרשת בקצב מבוקר על ידי כימיה צפיפות של האתרים crosslinking. יתר על כן, על ידי שמירה על משקל מולקולרי פולימרים קדם השתמשו כדי להכין את hydrogels מתחת לגבול סינון כליות, hydrogels עשה שימוש בגישה זו לבזות בחזרה לתוך פולימרים קודמן oligomeric ניתן לפנות מהגוף25 27, ,28. יחד עם cytotoxicity נמוך והתגובה נמוכה רקמות דלקתיות המושרה על ידי אלה26,25,חומרים27, גישה זו מציעה שיטה לתרגום פוטנציאל לשימוש של thermoresponsive hydrogels חכם ברפואה, במיוחד אם יכול להיות מפוברק ומבוקרות היטב מתכלה מקבילים של כזה hydrogels על כל פיסיקליות (בתפזורת, מיקרו וננו).
ב פרוטוקול זה, אנו מתארים שיטות להכנת thermoresponsive סינתטי פולימרים טרום functionalized עם מספר מבוקר של hydrazide, אלדהיד קבוצות כמו גם שיטות כדי להחיל פולימרים אלה ליצירת hydrogels עם ממדים מוגדרים היטב על פיסיקליות שונות. בפרט, כתב יד זה מתאר ארבע גישות שונות פיתחו כדי לשלוט ערבוב של מגיב hydrazide, פולימרים טרום functionalized-אלדהיד ואנו ובכך ליצור thermoresponsive הידרוג רשתות עם גיאומטריות מוגדרים היטב, מורפולוגיות:
כדי ליצור בצובר מתכלה hydrogels עם גדלים מוגדרים, אסטרטגיה תבניות מתואר שלפיו פולימרים מראש תגובתי מוטענים לתוך חביות נפרדים של מזרק כפול-חבית מצויד ב- outlet שלה במערבל סטטי, לאחר מכן משותפת extruded לתוך תבנית סיליקון עם הידרוג הרצוי צורה וממדים21,27 (איור 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig1.jpg"> איור 1 : סכימטי של היווצרות הידרוג בצובר. Hydrazide תמיסות פולימר functionalized-אלדהיד (בתוך מים או מאגר מימית) מוטענים לתוך חביות נפרדים של מזרק חבית כפול, ואז שיתוף extruded דרך במערבל סטטי לתוך תבנית סיליקון גלילי. מהירה בחיי עיר gelation על ערבוב טפסים של הידרוג תפור hydrazone, וזה חינם עומד (פעם העובש יוסר) תוך שניות עד דקות בהתאם צפיפות ריכוז לבין קבוצה פונקציונלית פולימרים קודמן. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
ליצירת ג'ל מתכלה חלקיקים בסולם מיקרון, מתוארת שיטה מיקרופלואידיקה תגובתי תמיסות פולימר קודמן אשר נמצאים בו זמנית מעורב, emulsified באמצעות עיצוב שבב microfluidic תבניות הדפס אבן רכה, המאפשרת היווצרות של פולימר תגובתי מעורב טיפות ג'ל זה לאחר מכן בחיי עיר טופס microparticles ג'ל עם גדלים בתבניות על ידי31,אמולסיה (איור 2)32.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig2.jpg"> איור 2 : סכימטי היווצרות microparticle ג'ל באמצעות מיקרופלואידיקה תגובתי. (A, B) Hydrazide ופתרונות פולימר functionalized-אלדהיד (בתוך מים או מאגר מימית) ניזונים על ידי משאבת מזרק לתוך מאגרים נפרדים המחוברים במורד הזרם לרוחב זיג-זג סדרת ערוצים שנועדה ליצור מעבר הדרגתי לחץ מניעת זרם אחורי. פולימרים הם מעורב לפני כשנקודת על ידי שמן פראפין זורם משני הצדדים (גם מונע על ידי מזרק משאבה) ואז בכוח דרך זרבובית, וכתוצאה מכך מיקוד זרימת הייצור של מימית (פתרון פולימר) טיפות בשלב שמן פרפין רציפה (ראה (B) לאיור של האזור זרבובית, תהליך יצירת droplet). נוספת שני פרפין שמן אינלטס ממוקמות אחרי הצינור כדי נוספת נפרדת טיפות בערוץ אוסף כדי לאפשר gelation מלאה לפני הסרת חלקיקים של זרימה שכבתית, אחרי אשר microparticulate וכתוצאה מכך ג ' לים? אסף בתוך דיסקות מנוער; (ג) תמונה של תהליך יצירת droplet על הצינור (שים לב כי פולימר hydrazide מסומן בכחול כדי להמחיש ערבוב)
כדי ליצור חלקיקים מתכלה ג'ל על ננו, תרמית מונחה תגובתי הרכבה עצמית בשיטה המתוארת בו פתרון של אחד פולימרים קודמן תגובתי (הפולימר "זרע") מחומם מעל שלו LCST כדי ליצור nanoaggregate יציב זה לאחר מכן תפור על ידי התוספת של הפולימר קודמן תגובתי משלימים (הפולימר "crosslinking"); nanogel תפור hydrazone וכתוצאה מכך יש גודל בתבניות ישירות על-ידי nanoaggregate (איור 3)28.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig3v2.jpg"> איור 3 : סכימטי של היווצרות nanogel ויה מונחה תרמית תגובתי הרכבה עצמית- פתרון מימית המכילה הפולימר hydrazide-functionalized (thermoresponsive) הוא מחומם מעל לטמפרטורה פתרון קריטי התחתון שלה כדי ליצור nanoaggregate uncrosslinked יציב. הבא, פולימר functionalized-אלדהיד מתווסף crosslink את nanoaggregate דרך היווצרות הקשר hydrazone, ובכך לייצב את החלקיקים nanogel לאחר הקירור מתחת LCST. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig3v2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
כדי ליצור nanofibers מתכלה, טכניקה electrospinning תגובתי מתואר בו מזרק חבית כפול המצויד במערבל סטטי ב outlet שלה (כפי משמש להכנת בצובר hydrogels) קשורה פלטפורמה electrospinning רגיל (איור 4 )33.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig4.jpg"> איור 4 : סכימטי של הידרוג היווצרות nanofiber ויה electrospinning תגובתי. מזרק חבית כפול במערבל סטטי (טעון כמתואר בצובר hydrogels אך גם כולל שבריר של משקל מולקולרי גבוה poly(ethylene oxide) כעזר electrospinning) הוא רכוב על מזרק משאבה, עם המחט בסוף המזרק מחובר כדי ספק כח בעל מתח גבוה. Hydrazone crosslinking מתרחשת במהלך סיבים מסתובב תהליך כך כאשר הזרם פוגע האספן (רדיד אלומיניום או דיסק אלומיניום מסתובב) המורפולוגיה nanofibrous נשמרת. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
היישום של שיטות כאלה ליצירת רשתות הידרוג חכם מתכלה הוא הפגינו לפרוטוקול זה באמצעות PNIPAM או POEGMA כמו הפולימר עניין; עם זאת, הגישות הבסיסיות שתוארו יכול לתרגם את כל פולימרים מסיסים במים, אמנם עם התאמות מתאימים עבור צמיגות, (במקרה של שיטת הרכבה עצמית של ייצור nanogel) היציבות של הפולימר קדם ביצירת הזרע nanoaggregate.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1525px;" width="1525">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Chemicals</td>
			<td style="width:268px;"></td>
			<td style="width:287px;"></td>
			<td style="width:477px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">2,2 - azobisisobutryic acid dimethyl ester</td>
			<td style="width:268px;">Wako Chemicals</td>
			<td style="width:287px;">101138</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Di(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (M(EO)2MA)</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">447927</td>
			<td>188.2 g/mol, n=2 ethylene oxide repeat units</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA475)</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">447943</td>
			<td>475 g/mol, n=8-9 ethylene oxide repeat units</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Acrylic acid (AA), 99%</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">147230</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Thioglycolic acid (TGA), 98%</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">T3758</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Dioxane, 99%</td>
			<td style="width:268px;">Caledon Labs</td>
			<td style="width:287px;">360481</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Nitrogen, UHP grade</td>
			<td style="width:268px;">Air Liquide</td>
			<td style="width:287px;">Alphagaz1 765A-44</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Adipic acid dihydrazide (ADH), 98%</td>
			<td style="width:268px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:287px;">A15119</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">N&#39;-ethyl-N-(3- dimethylaminopropyl)-carbodiimide (EDC, x%)</td>
			<td style="width:268px;">Carbosynth</td>
			<td style="width:287px;">FD05800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Hydrochloric acid (HCl), 37%</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">320331</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Sodium hydroxide (NaOH), 97%</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">221465</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Aminoacetyl aldehyde dimethyl acetal, 99%</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">121967</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">4-Hydroxy-TEMPO, 97%</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">176141</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Methacryloyl chloride,97x%</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">523216</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Petroleum ether, 95%</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">32047</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Magnesium sulfate, 99.5%</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">M7506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">tert-Butyl methyl ether, &#62;99.0%</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">443808</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Phosphate buffered saline</td>
			<td style="width:268px;">BioShop</td>
			<td style="width:287px;">PBS405.1</td>
			<td>1x, pH 7.3-7.5</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">N-isopropylacrylamide, 99%</td>
			<td style="width:268px;">J&#38;K Scientific</td>
			<td style="width:287px;">258717</td>
			<td>Recrystallized from 60% hexanes/40% toluene</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Ethanol, anhydrous</td>
			<td style="width:268px;">Commerical Alchols</td>
			<td style="width:287px;">P016EAAN</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Span 80</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">S6760</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Heavy paraffin oil</td>
			<td style="width:268px;">Caledon Labs</td>
			<td style="width:287px;">1326197</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Pentane, reagent grade</td>
			<td style="width:268px;">Caledon Labs</td>
			<td style="width:287px;">1/10/7800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Poly (ethylene oxide) average Mv 600,000</td>
			<td style="width:268px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:287px;">182028</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Supplies essential for synthesis and hydrogel fabrication</td>
			<td style="width:268px;"></td>
			<td style="width:287px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Rotary evaporator</td>
			<td>Heidolph</td>
			<td style="width:287px;">G3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Dialysis tubing (3500 Da molecular weight cut-off)</td>
			<td>Spectrum Labs</td>
			<td style="width:287px;">28170-166</td>
			<td>Vol/length= 6.4mL/cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Double barrel syringe</td>
			<td style="width:268px;">Medmix</td>
			<td style="width:287px;">L series</td>
			<td>L series, 2.5 mL, 1:1 volume ratio</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Static mixer</td>
			<td style="width:268px;">Medmix</td>
			<td style="width:287px;">L series</td>
			<td>L series, 2.5 mL, 1:1 volume ratio, 1.5&#34; length</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Silicone rubber sheet, 1/16&#34; thickness</td>
			<td style="width:268px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:287px;">9010K12, 30A Durometer (Super Soft)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Syringe pump</td>
			<td style="width:268px;">KD Scientific</td>
			<td>KDS Legato 200</td>
			<td>Infuse Only Dual Syringe Pump</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">High voltage power supply</td>
			<td style="width:268px;">Spellman</td>
			<td style="width:287px;">230-20R</td>
			<td>0 to 20 kV</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Microfluidic Chip Fabrication</td>
			<td style="width:268px;"></td>
			<td style="width:287px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Silicon wafer</td>
			<td style="width:268px;">University Wafer</td>
			<td style="width:287px;">2080</td>
			<td>D = 76.2 mm; 380 &#181;m thickness; P-doped; &#60;100&#62; orientation&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">SU-8 100</td>
			<td style="width:268px;">MicroChem</td>
			<td style="width:287px;">Y131273</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">SU-8 Developer</td>
			<td style="width:268px;">MicroChem</td>
			<td style="width:287px;">Y020100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Custom 2.5&#34; spincoater</td>
			<td style="width:268px;">Built in-house</td>
			<td style="width:287px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Mask Aligner</td>
			<td style="width:268px;">KARL SUSS</td>
			<td style="width:287px;">MJB3 UV400 (with a 276 W lamp)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Masterflex L/S 13 Silicone Tubing</td>
			<td style="width:268px;">Cole Parmer</td>
			<td>OF-96400-13</td>
			<td>Peroxide-cured</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dow Corning Sygard 184 Silicone Elastomer Base&#160;</td>
			<td>Ellsworth Adhesives</td>
			<td style="width:287px;">4019862</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dow Corning Sygard 184 Silicone Elastomer Curing Agent&#160;</td>
			<td>Ellsworth Adhesives</td>
			<td style="width:287px;">4019862</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">High Power Plasma Cleaner&#160;</td>
			<td style="width:268px;">Harrick</td>
			<td style="width:287px;">PDC-002-HP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Characterization Instruments</td>
			<td style="width:268px;"></td>
			<td style="width:287px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Mach 1 micromechanical tester</td>
			<td style="width:268px;">Biomomentum</td>
			<td style="width:287px;">LB007-EN</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Cellstar tissue culture 12 well plate</td>
			<td style="width:268px;">Greiner Bio-one</td>
			<td style="width:287px;">665 180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Cell culture insert for 12 well plate</td>
			<td style="width:268px;">Corning</td>
			<td style="width:287px;">08-771-12</td>
			<td>8 &#181;m pore size</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Optical microscope</td>
			<td>Olympus BX51 optical microscope</td>
			<td style="width:287px;">BX51</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Temperature-controlled microscope stage</td>
			<td>Linkam Scientific</td>
			<td style="width:287px;">THMS600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Gel permeation chromatograph (GPC)</td>
			<td style="width:268px;">Waters</td>
			<td style="width:287px;">590 HPLC Pump</td>
			<td>Waters Styragel columns (HR2, HR3, HR4; 30 cm x 7.8 mm (ID); 5 mm particles), Waters 410 refractive index detector</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Dynamic light scattering (DLS)</td>
			<td>Brookhaven</td>
			<td style="width:287px;">90Plus Particle Size Analyzer</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Transmission electron microscopy (TEM)</td>
			<td>TEMSCAN</td>
			<td style="width:287px;">JEOL 1200EX</td>
			<td>Accelerating voltage 100 kV</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Scanning electron microscopy (SEM)</td>
			<td style="width:268px;">Tescan</td>
			<td style="width:287px;">Vega II LSU</td>
			<td>Accelerating voltage 10 kV</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Microsquisher</td>
			<td style="width:268px;">CellScale Biomaterials Testing</td>
			<td style="width:287px;">MS-50M-01</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabricating degradable thermoresponsive hydrogels on multiple length scales via reactive extrusion, microfluidics, self-assembly, and electrospinning

בעוד חומרים חכמים שונים נחקרו למגוון רחב של יישומים ביו-רפואי (למשל, תרופות, הנדסת רקמות, bioimaging, וכו '.), שימוש קליני האולטימטיבי שלהם יש כבר הקשו על ידי חוסר רלוונטיות ביולוגית השפלה שנצפו חומרים הכי חכם. זה נכון במיוחד עבור טמפרטורה מגיב hydrogels, אשר כמעט אחיד מבוססים על פולימרים הן מבחינה תפקודית שאינו מתכלה (למשל, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) או פולי (oligoethylene methacrylate גליקול) (POEGMA) ). בתור שכזה, כדי ביעילות לתרגם את הפוטנציאל של thermoresponsive hydrogels לאתגרים של שלט רחוק או מוסדר מטבוליזם לתרופות משלוח, התא פיגומים עם אינטראקציות סלולרי-חומר tunable, theranostic חומרים עם פוטנציאל עבור הדמיה, משלוח סמים, וגם כזה יישומים אחרים, שיטה נדרש כדי להבהיר את hydrogels (אם לא מתכלה באופן מלא) לפחות יכולת הכליה סיווג בעקבות משך החומר הנדרש. לשם כך, פרוטוקול זה מתאר את הכנת hydrogels hydrazone hydrolytically-מתכלים-תפור על מרובים פיסיקליות התגובה בין hydrazide לבין functionalized-אלדהיד oligomers PNIPAM או POEGMA עם מולקולרית משקולות מתחת לגבול סינון כליות. באופן ספציפי, שיטות כדי לפברק hydrogels בתפזורת thermoresponsive מתכלה (באמצעות טכניקה מזרק חבית כפול), חלקיקים הידרוג (על שתי microscale באמצעות פלטפורמה מיקרופלואידיקה הקלת ערבוב בו זמנית, תחליב של קודמן פולימרים של ננו באמצעות שימוש תרמית מונחה הרכבה עצמית ו- cross-linking שיטה), ומתוארות הידרוג nanofibers (באמצעות אסטרטגיה הריאקטיבי electrospinning). בכל מקרה, hydrogels עם טמפרטורה מגיב תכונות דומות מושגת באמצעות רדיקלים חופשיים קונבנציונאלי cross-linking תהליכים יכולה להיות מושגת, אבל יכול להיות מושפל hydrazone צולבים הרשת לאורך זמן להקים מחדש את oligomeric קודמן פולימרים ואישור לזמין. ככזה, אנו צופים בשיטות אלה (אשר עשוי להיות כללי שהוחל על סינתטי בכל פולימרים מסיסים במים, ולא רק חכם חומרים) יאפשר תרגום קל יותר של חומרים סינתטיים חכמים ליישומים קליניים.

Hydrogels בתפזורת extruded של מזרק חבית כפול לתוך תבנית סיליקון לממדים של העובש והופכים שעמד חופשי על הסרת עובש; gelation מתרחשת בדרך כלל שניות עד דקות הבאות ההבלטה שיתוף בהתאם מבשרי פולימר המשמש. אפיון טיפוסי דרך נפיחות (נמדד gravimetrically באמצעות הוספה התרבות של תאים בקלות להסיר את הידרוג מהפתרון נפיחות), thermoresponsivity (נמדד באותה שיטה, אבל רכיבה על אופניים הטמפרטורה הדגירה לעיל, להלן שלב טמפרטורת המעבר), השפלה (נמדד באמצעות באותה שיטה, אבל מעל פרקי זמן ארוכים יותר), ו הטיה או compressive מודולוס (נמדד באמצעות דגימות בעובי 2 מ מ קוטר יצוק 7 מ מ) מדגים את tunability של הידרוג תגובות בהתאם הכימיה של הפולימר קודמן (במיוחד, עבור POEGMA, היחס של קצר שרשרת ארוכה OEGMA מונומרים נהגה להכין את הידרוג), השבר השומה של קבוצות פונקציונליות של פולימרים קודמן ולאחר את הריכוז של אלה קודמן פולימרים (איור 5)27.
מיקרופלואידיקה שמוביל היווצרות של microparticles ג'ל מוגדרים היטב בסולם בגודל של 25-100 מיקרומטר, עם גודל לשליטה בהתבסס על שיעור זרימת השמן ו/או בשילוב פולימר מימית שלבים (איור 6A)31. מיקרוסקופ אופטי הבמה חם מאשרת microparticles ג'ל לשמור על האופי thermoresponsive של hydrogels בתפזורת, מציג הפיכה תלוית טמפרטורה נפיחות-deswelling עם רק היסטרזיס קלה על מחזור 1 (המיוחס היווצרות קשר מימן בלתי הפיך בין קבוצות אמיד השכן מצבו המצומצם34) עקבי עם זה נצפתה בצובר PNIPAM hydrogels (איור 6B)32. יתר על כן, microparticles ג'ל לבזות לחזור מבשרי oligomeric שלהם לאורך זמן, המאפשרת סיווג הכליה (איור 6C)32.
הרכבה עצמית מונעת על ידי nanoaggregation של פולימר PNIPAM hydrazide functionalized בפתרון מחוממת ואחריו crosslinking עם PNIPAM functionalized-אלדהיד פולימר תוצאות מאוד monodisperse nanogels (polydispersity < 0.1)- טווח בגודל של 180-300 ננומטר, בהתאם לתנאי התהליך משמש (איור 7א)28. Nanogels שומרים על ההתנהגות thermoresponsive אופייני של nanogels PNIPAM המקובלת תפור חינם-רדיקלי, עם דרגות נמוכות של deswelling התרמית שנמדדו כמו פולימר יותר cross-linking נוספה (איור 7ב'). Nanogels ניתן lyophilized, רדיספריות ללא שינוי גודל החלקיקים (איור 7C) ולבזות לאורך זמן באמצעות הידרוליזה לעיצוב מחדש של פולימרים קודמן oligomeric בשימוש על מנת לגבש את nanogels (איור 7D).
Electrospinning ריאקטיבי יוצר nanofibrous של הידרוג מבנה (איור 8א), עם nanofiber קטרים הסדר ~ 300 ננומטר השגה בלי חלקיקים electrosprayed גלוי להציג33. לספוג את nanofibers מבוססי POEGMA במים יוצרת הידרציה מהירה (בערך שני סדרי גודל מהר יותר ממה שהושג עם ג'ל בצובר של הרכב אותו, איור 8ב') אך שומר המורפולוגיה nanofibrous מעל 8-10 שבועות לפני hydrolytic השפלה-בתנאים פיזיולוגיים; השפלה מהר יותר הוא ציין בסביבות מזורז-חומצה, כצפוי בשל פוטנציאל מזורז-חומצה hydrazone בונד השפלה (איור 8ג). המבנים nanofibrous הסתיימו גם מכנית חזקים בארה ב הן יבש ונפוח מחזורי מרובים, המאפשר טיפול קל חוזרות התאמץ (איור 8יח)
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig5v2.jpg"> איור 5 : מאפייני באתרובג'לי פרירים מתכלה thermoresponsive hydrogels. (א) נציג POEGMA ג'ל רשת מזערים ותמונות הידרוג בתפזורת עם המקביל gelation פעמים כפונקציה של שיתוף % השומה OEGMA475 בפולימרים קודמן; (בג) מודולוס אחסון של פו hydrogels100 על ידי ריכוז בדרגות שונות של פולימר קודמן (B) (ג) שומה % קבוצה פונקציונלית התאגדות לכל קודמן פולימר; (D-F) המאפיינים Physiochemical של POEGMA hydrogels כפונקציה של OEGMA475 השומה % התאגדות: (ד) אחסון מודולוס (E) השפלה פרופיל 1 M HCl, טמפרטורת המעבר של שלב האחסון (נ) בתגובה טמפרטורה משתנה על פני הטווח 20-60 ° C. כל קווי השגיאה לייצג סטיית התקן של n = 4 מידות שכפל. חיבור מקורי הפניה27 באישור Elsevier. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig5v2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig6.jpg"> איור 6 : מאפיינים של ג'ל מתכלה microparticles מ מיקרופלואידיקה תגובתי. (א) ההשפעה של קצב הזרימה שמן פרפין על ג'ל (מטוהרים) גודל microparticle במים; (ב) Thermoresponsivity של ג'ל מטוהרים microparticles במים בעקבות מחזור תרמי יחיד מעל ומתחת את טמפרטורת המעבר שלב האחסון; (ג) Visual הערכה (תמונות) ועקבות ג'ל הסתננות כרומטוגרפיה (גרף) המאשר השפלה של ג'ל microparticles בחזרה אל ומרכיביהם פולימר קודמן (כאן, ב- HCl M 1 כדי להקל על השפלה מואצת על ציר הזמן של הדמיה); סרגל קנה מידה = 100 מיקרומטר. Adapted אסמכתא32. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig7v2.jpg"> איור 7 : מאפייני nanogels מתכלה של תגובתי הרכבה עצמית- (א) חלקיקים בגודל הפצות nanogels המוכנים אלדהיד שונים: hydrazide פולימר באמצעות יחסי המסות של פיזור אור דינאמי (שיבוץ: שידור אלקטרון micrograph המאשרת את מהות nanogels כדורית); (ב) Thermosensitivity של חלקיקים מורכבים עצמית כפונקציה של היחס המונית בין פולימר אלדהיד: hydrazide נהגו להכין את nanogels (מתוך פיזור אור דינאמי), עם קווי שגיאה המייצג את סטיית התקן של n = 4 משכפל; (ג) Visual אישור היעדר nanogel צבירת טרום וגם פוסט-lyophilization; (ד) אימות חזותי השפלה מזורז-חומצה של nanogels (כאן ב- HCl M 1 לשם עקביות עם מחקרים אחרים לעיל); (ה) ג'ל הסתננות עקבות של כרומטוגרפיה של מוצרים השפלה nanogel המציין את הדמיון שלהם hydrazide ו- functionalized-אלדהיד קודמן פולימרים. הותאם באישור הפניה28. זכויות יוצרים 2015, האגודה האמריקנית לכימיה. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig7v2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54502/54502fig8v2.jpg"> איור 8 : מאפייני nanofibers מתכלה של תגובתי electrospinning. (א) סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים, תמונות של nanofibers היבשה המדינה (משמאל), חצי טבולים במים (סרט, האמצעי, רזה), מלא ספוגה במים למשך הלילה (נכון, עבה לגרדום); (ב) נפיחות של הידרוג nanofibrous (אדום) ביחס הידרוג בתפזורת (כחול) של הרכב אותו, עם קווי שגיאה המייצג את סטיית התקן של n = 4 משכפל; (ג) סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים של (הבלעה) דימויים ויזואליים מעקב השפלה מזורז-חומצה של nanofibers ב- 1 M HCl; (ד) רכיבה על אופניים מתיחה של יבש (מחזורים 80, 20% התארכות/מחזור), נפוחות (325 מחזורים, 10% התארכות/מחזור 10 מ ל- PBS) electrospun nanofibrous hydrogels. דמות שונה הפניה33 , לשכפל, ברשות החברה המלכותית לכימיה. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54502/54502fig8v2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning at JoVE.

Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning

פרוטוקולים מתוארים להרכבת מתכלה thermoresponsive hydrogels מבוסס על hydrazone cross-linking של oligomers פולימריים על הסולם בתפזורת, microscale, ו ננו, והשני עבור הכנת ג'ל חלקיקים והן nanofibers.

בדיית Thermoresponsive Hydrogels מתכלה-פיסיקליות מרובים באמצעות שחול תגובתי, מיקרופלואידיקה, הרכבה עצמית, Electrospinning

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Electrospinning Fundamentals: Optimizing Solution and Apparatus Parameters

יסודות Electrospinning: פתרון אופטימיזציה פרמטרים Apparatus

Electrospun nanofiber scaffolds have been shown to accelerate the maturation, improve the growth, and direct the migration of cells in vitro. ...

Directed Cellular Self-Assembly to Fabricate Cell-Derived Tissue Rings for Biomechanical Analysis and Tissue Engineering

בימוי נייד הרכבה עצמית לפברק Cell-נגזר טבעות רקמות לניתוח biomechanical הנדסת רקמות

Each year, hundreds of thousands of patients undergo coronary artery bypass surgery in the United States.1 Approximately one third of these patients do ...

Solid-phase Submonomer Synthesis of Peptoid Polymers and their Self-Assembly into Highly-Ordered Nanosheets

מוצק שלב Submonomer סינתזה של פולימרים Peptoid שלהם ואת הרכבה עצמית לתוך מאוד מסודרים Nanosheets

Peptoids are a novel class of biomimetic, non-natural, sequence-specific heteropolymers that resist proteolysis, exhibit potent biological activity, and ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

בודה חומרים פולימריים עבור יישומים ביו-הידרופובי

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

Preparation of Thermoresponsive Nanostructured Surfaces for Tissue Engineering

הכנת Thermoresponsive Nanostructured משטחי הנדסת רקמות

Thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm)-immobilized surfaces for controlling cell adhesion and detachment were fabricated by the ...

Fabricating Cotton Analytical Devices

בודה כותנה התקנים אנליטית

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 ...

Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

סרטים שחול של<em&gt; Crambe abyssinica</em&gt; / חיטה גלוטן תערובות

Crambe abyssinica is a plant with potential for use in industrial (non-food) plant oil production. The side stream from this oil production is a ...

Synthesis of Cationized Magnetoferritin for Ultra-fast Magnetization of Cells

סינתזה של Cationized Magnetoferritin עבור המגנטיזציה אולטרה-מהירה של תאים

Many important biomedical applications, such as cell imaging and remote manipulation, can be achieved by labeling cells with superparamagnetic iron oxide ...

Fabrication of Custom Agarose Wells for Cell Seeding and Tissue Ring Self-assembly Using 3D-Printed Molds

ייצור של בארות Agarose מותאם אישית עבור תא זריעה וטבעת רקמות הרכבה עצמית תוך שימוש בתבניות מודפס 3D

Engineered tissues are being used clinically for tissue repair and replacement, and are being developed as tools for drug screening and human disease ...

High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning

ברזולוציה גבוהה תכנים באמצעות שני מצבים של Electrohydrodynamic סילון: ירידה על הביקוש, שדה-Electrospinning

Electrohydrodynamic (EHD) jet printing has drawn attention in various fields because it can be used as a high-resolution and low-cost direct patterning ...