pH-responsive P(MAA-co-EGMA) hydrogel microparticles were synthesized via dispersion photo polymerization and the feasibility of the particles as the cosmetic formulation was investigated. Rh-B and the functional materials for the cosmetic application such as ascorbic acid, adenosine, EGCG, and arbutin were loaded in the P (MAA-co-EGMA) hydrogel microparticles in order to examine the interaction between the hydrogel and the loaded materials. In the loading experiments, Rh-B showed the highest loading efficiency to the P(MAA-co-EGMA) hydrogels due to the electrostatic attraction between the negative charge of the hydrogels and the positive charge of Rh-B at the ionized states. However, the functional materials showed relatively low loading efficiencies because of the electrostatic repulsions between the negative charges of both the hydrogels and the materials at the ionized states. In addition, P(MAA-co-EGMA) hydrogel microparticles showed pH-responsive release behavior of Rh-B according to the external pH changes.
This study reports a microfluidic approach to produce monodisperse hydrogel microparticles in a simple and highly efficient manner. Specifically, we produce double emulsion drops with a thin oil shell surrounding an aqueous prepolymer solution, which is solidified via UV-induced free radical polymerization. When they are dispersed in an aqueous solution, the oil shell is dewetted due to the absence of surfactants, resulting in production of highly uniform hydrogel microparticles (C.V.=1%). Results show that production of monodisperse hydrogel microparticles with controllable size and composition can be achieved with minimal use of oil unlike water-in-oil (w/o) single emulsion-based approach. Furthermore, in-depth study of flow patterns in microfluidic device using a phase diagram exhibits a crucial relationship among relative flow rates while providing windows of readily controllable parameters for reliable manufacturing of hydrogel microparticles.
Two types of injectable system using thermosensitive chitosan (chitosan-g-NIPAAm), hydrogel and microparticles (MPs)-embedded hydrogel were developed as drug carriers for controlled release and their pharmaceutical potentials were investigated. 5-Fluorouracil (5-FU)-loaded, biodegradable PLGA MPs were prepared by a double emulsion method and then simply mixed with an aqueous solution of thermosensitive chitosan at room temperature. All 5-FU release rates from the hydrogel matrix were faster than bovine serum albumin (BSA), possibly due to the difference in the molecular weight of the drugs. The 5-FU release profile from MPs-embedded hydrogel was shown to reduce the burst effect and exhibit nearly zero-order release behavior from the beginning of each initial stage. Thus, these MPs-embedded hydrogels, as well as thermosensitive chitosan hydrogel, have promising potential as an injectable drug carrier for pharmaceutical applications.
Coburn, Jeannine;Gibson, Matt;Bandalini, Pierre Alain;Laird, Christopher;Mao, Hai-Quan;Moroni, Lorenzo;Seliktar, Dror;Elisseeff, Jennifer
Smart Structures and Systems
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v.7
no.3
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pp.213-222
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2011
The native extracellular matrix (ECM) consists of an integrated fibrous protein network and proteoglycan-based ground (hydrogel) substance. We designed a novel electrospinning technique to engineer a three dimensional fiber-hydrogel composite that mimics the native ECM structure, is injectable, and has practical macroscale dimensions for clinically relevant tissue defects. In a model system of articular cartilage tissue engineering, the fiber-hydrogel composites enhanced the biological response of adult stem cells, with dynamic mechanical stimulation resulting in near native levels of extracellular matrix. This technology platform was expanded through structural and biochemical modification of the fibers including hydrophilic fibers containing chondroitin sulfate, a significant component of endogenous tissues, and hydrophobic fibers containing ECM microparticles.
Three different, polymer-platinum conjugates (hydrogels, microparticles, and nanoparticles) were synthesized by complexation of cis-dichlorodiammineplatinum(II) (cisplatin) with partially succinylated glycol chitbsan (PSGC). Succinic anhydride was used as a linker to introduce cisplatin to glycol chitosan (GC). Succinylation of GC was investigated systematically as a function of the molar ratio of succinic anhydride to glucosamine, the methanol content in the reaction media, and the reaction temperature. By controlling the reaction conditions, water-soluble, partially water-soluble, and hydrogel-forming PSGCs were synthesized, and then conjugated with cisplatin. The complexation of cisplatin with water-soluble PSGC via a ligand exchange reaction of platinum from chloride to the carboxylates induced the formation of nano-sized aggregates in aqueous media. The hydrodynamic diameters of PSGC/cisplatin complex nano-aggregates, as determined by light scattering, were 180-300 nm and the critical aggregation concentrations (CACs), as determined by a fluorescence technique using pyrene as a probe, were $20-30{\mu}g/mL$. The conjugation of cisplatin with partially water-soluble PSGC, i.e., borderline between water-soluble and water-insoluble PSGC, produced micro-sized particles $<500{\mu}m$. Cisplatin-complexed PSGC hydrogels were prepared from water-insoluble PSGCs. All of the cisplatin-incorporated, polymer matrices released platinum in a sustained manner without any significant initial burst, suggesting that they may all be useful as slow release systems for cisplatin. The release rate of platinum increased with the morphology changes from hydrogel through microparticle to nanoparticle systems.
Microfluidic reactors have been made to achieve significant development for the generation of new functional materials to apply in a variety of fields. Over the last decade, microfluidic reactors have attracted attention as a user-friendly approach that is enabled to control physicochemical parameters such as size, shape, composition, and surface property. Here, we develop a centrifugal microfluidic reactor that can control the flow of fluid based on centrifugal force and generate multifunctional particles of various sizes and compositions. A centrifugal microfluidic reactor is fabricated by combining microneedles, micro- centrifuge tubes, and conical tubes, which are easily obtained in the laboratory. Depending on the experimental control param- eters, including centrifuge rotation speed, alginate concentration, calcium ion concentration, and distance from the needle to the calcium aqueous solution, this strategy not only enables the generation of size-controlled microparticles in a simple and reproducible manner but also achieves scalable production without the use of complicated skills or advanced equipment. Therefore, we believe that this simple strategy could serve as an on-demand platform for a wide range of industrial and academic applications, particularly for the development of advanced smart materials with new functionalities in biomedical engineering.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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