PNIPAM/CNCヒドロゲルの温度での調整可能な2段階の形状と寸法変化

よく研究された熱応答性ポリマーであるPnipam（Poly（n-イソプロピルアクリルアミド））は、32°C付近で立体構造の移行を受けます。一方、セルロースナノクリスタル（CNC）は、有望で生体適合性のある材料として、Pnipamベースの繊維状ヒドロゲルシステムに導入されることはめったにありません。単一層または二重層ヒドロゲルシステムのいずれかで、ヒドロゲルの温度応答性挙動に対するCNCの影響はまだ調査されていません。この作業では、安定したよく分散したPNIPAM/CNC懸濁液（さまざまなCNCの割合を含む）が準備され、ナノファイバー膜にエレクトロスピングされます。次に、対応するヒドロゲルは、UV誘導架橋を介して得られます。CNCは、5重量％を超えたときにヒドロゲルの腫れに有意な制約効果を発揮するが、収縮には無視できる効果を発揮することがわかっています。温度応答性の挙動に関するさまざまなCNCの割合を持つヒドロゲルの違いは、二重層のヒドロゲルを製造するために利用されます。これらの二重層のサンプルは、2つの層の間の異方性の腫れを介して初めて水と接触し、次の膨張と収縮で寸法を可逆的に変化させると、3D形状を生成することができます。さらに、これらのジオメトリは、2つの層間の細かく調整された厚さ比を介して非常に調整可能であることがわかります。この有望な特徴は、培養基板の制御可能なジオメトリが非常に重要である組織工学にこれらの材料の適用を大幅に拡張します。

PNIPAM (poly(N-isopropylacrylamide)), a well-studied thermo-responsive polymer, undergoes conformational transition around 32 °C. On the other hand, cellulose nanocrystals (CNCs), as a promising and biocompatible material, has rarely been introduced to the PNIPAM-based fibrous hydrogel system. CNCs' impact on the temperature responsive behaviors of hydrogels, either in single layer or bilayer hydrogel systems, is yet to be investigated. In this work, stable well dispersed PNIPAM/CNC suspensions (with various CNC proportions) are prepared and electrospun into nanofiber membranes. The corresponding hydrogels are then obtained via UV-induced crosslinking. CNCs are found to exert a significant constraint effect on hydrogel swelling when it exceeded 5 wt% but a negligible effect on contraction. The difference between hydrogels with various CNC proportions regarding their temperature responsive behaviors is utilized to fabricate bilayer hydrogels. These bilayer samples are capable of generating 3D geometries when they come into contact with water for the first time via anisotropic swelling between the two layers and changing their dimension reversibly in the following swelling and contraction. In addition, these geometries are found to be highly tunable via the finely tuned thickness ratio between the two layers. This promising feature would significantly extend the application of these materials in tissue engineering where a controllable geometry of the culture substrate is of great importance.