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Título: Design and application of combinatorial polyelectrolyte multilayer coatings for the study of cell-material interactions
Autores: Sailer, Miloslav
Fecha: 2013
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Chemistry - Physical
Descripción: The knowledge of how cells interact with man-made materials is crucial for the design of specialized biomaterials. These interactions are mainly based on the physical properties of that material. In order to study the effect of these properties, polyelectrolyte multilayers were used: these are coatings able to mask any material, which are carefully built from the bottom up using the layer-by-layer technique. The biologically relevant physical properties of these coatings are tuneable by altering conditions of their build up, such as the pH and/or salt concentration. Initially, multilayers of PDADMAC (poly(diallyl dimethyl ammonium chloride)) and PSS (poly(styrene-4-sulfonate), PAA (poly(acrylic acid)) and PDADMAC, PAH (poly(allylamine hydrochloride)) and PAA, and PSS and PAH were prepared under a variety of pH conditions. The physical properties of these films were measured and it was discovered that PAA/PAH multilayers exhibited the largest variations in surface energy (Δ30 mJ/m2) and rigidity (Δ8 GPa). Investigating cell response to different coatings is time consuming, expensive, and prone to error. Therefore, a device was designed that slowly varied the fabrication pH of PAA and PAH orthogonally to each other, providing a technique that enabled the construction of large 2-dimensional films with all possible pH fabrication conditions. Physical property maps were made, and it was discovered that film rigidity was the most crucial determinant for cell survival, and that the neural cells prefer films with a moderate modulus (~500-800 kPa). The ability to reversibly and non-invasively control the physical properties important for bio-activity enables interesting engineering opportunities. By functionalizing PAA with (poly(disperse red 2)) to make pDR2A, and layering it with PDADMAC, the surface energy was reversibly altered by 3 mJ/m2 using linearly polarized light. These changes were stable for days and were attributed to chromophore alignment inside of the film, as measured by birefringence. These results provide some insight on cell-material interactions; however, more importantly, they provide new tools for the investigation of such a complex problem.
La connaissance des interactions entre les cellules et les matériaux synthétiques est cruciale pour la conception de biomatériaux spécialisés. Ces interactions sont principalement basées sur les propriétés physiques des matériaux. Afin d'étudier ces effets, des polyélectrolytes multicouches ont été utilisés. Ces polymères sont capables de couvrir des matériaux en étant soigneusement construit du bas en haut en utilisant une technique couche par couche. Les propriétés physiques d'intérêt biologique de ces revêtements sont possible en modifiant les conditions de leur accumulation, tels que le pH et/ou la concentration de sel. Initialement, des couches de PDADMAC (poly (chlorure de diallyldiméthylammonium)) et PSS (poly (styrène-4-sulfonate), PAA (poly (acide acrylique)) et PDADMAC, PAH (poly (chlorhydrate allyamine)) et AAP, et PSS et les HAP ont été construite sous une variété de conditions de pH. Les propriétés physiques de ces films ont été mesurées et nous avons trouvé que les multicouches HAP/AAP présentaient les plus grandes variations de l'énergie de surface (Δ30 mJ/m2) et la rigidité (Δ8 GPa). Les enquêtes sur les réponses cellulaires aux différents revêtements sont longues et couteuse en plus d'être sujet à l'erreur. Par conséquence, un dispositif a été conçu qui a changé le pH de fabrication de l'AAP et les HAP orthogonalement un à l'autre, cette technique a permis la construction de filmes deux dimensionnelles sur grandes dimensions avec toutes les conditions de fabrication possibles selon la variation du pH. Des cartes des propriétés physiques ont été faites, et il a été découvert que la rigidité des films est le facteur le plus crucial pour la survie des cellules et que les cellules neurales préfère les films avec un module modérée (~ 500-800 kPa). La capacité de contrôler les propriétés physiques importantes de façon réversible et non invasive pour la bio-activité permet des possibilités techniques intéressantes. En fonctionnalisant l'AAP avec du Disperse Red 2 acrylate pour faire pDR2A, des couches construites avec du PDADMAC démontrent une énergie de surface qui peut être modifiée réversiblement de 3 mJ/m2 utilisant de la lumière polarisée linéairement. Ces changements sont stables pendant des jours et sont attribuable à l'alignement intérieur des chromophores du film telle que mesurée par la biréfringence.Ces résultats donnent une de d'information sur les interactions entre les cellules et les matériaux, mais plus important encore, fournissent des nouveaux outils pour l'étude d'un tel problème complexe.
Idioma: en