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A Shapable Alginate Hydrogel Resolving the Conflicts between Multifunctionality and Fabrication Simplicity
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2022-10-04 , DOI: 10.1021/acsami.2c13165 Kaixuan Teng 1 , Linan Xu 2 , Yao Chen 1 , Xiantong Hu 3 , Ruzhe Zhao 3 , Yi Zhang 4 , Qi An 1 , Yantao Zhao 3, 5
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2022-10-04 , DOI: 10.1021/acsami.2c13165 Kaixuan Teng 1 , Linan Xu 2 , Yao Chen 1 , Xiantong Hu 3 , Ruzhe Zhao 3 , Yi Zhang 4 , Qi An 1 , Yantao Zhao 3, 5
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Alginate is a naturally derived biocompatible polymer widely used as a drug or food adjuvant. However, its usage as a biofunctional material has been confounded by the lack of shapable strategies. In this study, we report an easily applied ionic cross-linking strategy for fabricating shapable multifunctional SA-Ca(II) hydrogels employing the process of regulated diffusion. The fabrication proceeds in neutral solutions under ambient conditions. The obtained SA-Ca(II) hydrogel presents tunable moduli ranging from 4 to 30 kPa, resembling a series of human tissues. The tunable mechanical strength provides differentiation signals for stem cell polarization. The hydrogel film can lift a weight of 10 kg. The hydrogel can be prepared into various shapes and remains stable over one year upon rinsing in deionized water, but rapidly degrades in alginate lyase solutions. Subcutaneously embedded SA-Ca(II) hydrogels in mice show high biocompatibility and degrade over 4 weeks accompanied by hair follicle regeneration. Wearable protections as well as stimuli-responsive electronic circuits are then achieved, which not only protect the model body against high-temperature environments but also show warning signals when the protection loses effectiveness because of high temperatures. Overall, these results demonstrate that our SA-Ca(II) hydrogel offers appealing comprehensive functionalities from multifaceted perspectives, including mechanical strength, economic and environmental considerations, transparency, forming capability, biocompatibility, and conductivity.
中文翻译：
解决多功能性与制造简单性之间冲突的可塑性海藻酸盐水凝胶
海藻酸盐是一种天然衍生的生物相容性聚合物，广泛用作药物或食品佐剂。然而，由于缺乏可成形的策略，它作为一种生物功能材料的使用受到了混淆。在这项研究中，我们报告了一种易于应用的离子交联策略，用于制造采用调节扩散过程的可成型多功能 SA-Ca(II) 水凝胶。制造在环境条件下在中性溶液中进行。获得的 SA-Ca(II) 水凝胶具有 4 到 30 kPa 的可调模量，类似于一系列人体组织。可调机械强度为干细胞极化提供分化信号。水凝胶薄膜可以举起 10 公斤的重量。水凝胶可以制备成各种形状，并在去离子水中漂洗后保持稳定一年以上，但在藻酸盐裂解酶溶液中迅速降解。小鼠皮下嵌入的 SA-Ca(II) 水凝胶表现出高生物相容性，并在 4 周内降解并伴随毛囊再生。然后实现了可穿戴保护以及刺激响应电子电路，这不仅可以保护模型主体免受高温环境的影响，而且当保护因高温而失效时会显示警告信号。总体而言，这些结果表明，我们的 SA-Ca(II) 水凝胶从多方面的角度提供了吸引人的综合功能，包括机械强度、经济和环境因素、透明度、成型能力、生物相容性和导电性。小鼠皮下嵌入的 SA-Ca(II) 水凝胶表现出高生物相容性，并在 4 周内降解并伴随毛囊再生。然后实现了可穿戴保护以及刺激响应电子电路，这不仅可以保护模型主体免受高温环境的影响，而且当保护因高温而失效时会显示警告信号。总体而言，这些结果表明，我们的 SA-Ca(II) 水凝胶从多方面的角度提供了吸引人的综合功能，包括机械强度、经济和环境因素、透明度、成型能力、生物相容性和导电性。小鼠皮下嵌入的 SA-Ca(II) 水凝胶表现出高生物相容性，并在 4 周内降解并伴随毛囊再生。然后实现了可穿戴保护以及刺激响应电子电路，这不仅可以保护模型主体免受高温环境的影响，而且当保护因高温而失效时会显示警告信号。总体而言，这些结果表明，我们的 SA-Ca(II) 水凝胶从多方面的角度提供了吸引人的综合功能，包括机械强度、经济和环境因素、透明度、成型能力、生物相容性和导电性。不仅可以保护模型主体免受高温环境的影响，而且当保护因高温而失效时，还会显示警告信号。总体而言，这些结果表明，我们的 SA-Ca(II) 水凝胶从多方面的角度提供了吸引人的综合功能，包括机械强度、经济和环境因素、透明度、成型能力、生物相容性和导电性。不仅可以保护模型主体免受高温环境的影响，而且当保护因高温而失效时，还会显示警告信号。总体而言，这些结果表明，我们的 SA-Ca(II) 水凝胶从多方面的角度提供了吸引人的综合功能，包括机械强度、经济和环境因素、透明度、成型能力、生物相容性和导电性。
更新日期：2022-10-04
中文翻译：
解决多功能性与制造简单性之间冲突的可塑性海藻酸盐水凝胶
海藻酸盐是一种天然衍生的生物相容性聚合物，广泛用作药物或食品佐剂。然而，由于缺乏可成形的策略，它作为一种生物功能材料的使用受到了混淆。在这项研究中，我们报告了一种易于应用的离子交联策略，用于制造采用调节扩散过程的可成型多功能 SA-Ca(II) 水凝胶。制造在环境条件下在中性溶液中进行。获得的 SA-Ca(II) 水凝胶具有 4 到 30 kPa 的可调模量，类似于一系列人体组织。可调机械强度为干细胞极化提供分化信号。水凝胶薄膜可以举起 10 公斤的重量。水凝胶可以制备成各种形状，并在去离子水中漂洗后保持稳定一年以上，但在藻酸盐裂解酶溶液中迅速降解。小鼠皮下嵌入的 SA-Ca(II) 水凝胶表现出高生物相容性，并在 4 周内降解并伴随毛囊再生。然后实现了可穿戴保护以及刺激响应电子电路，这不仅可以保护模型主体免受高温环境的影响，而且当保护因高温而失效时会显示警告信号。总体而言，这些结果表明，我们的 SA-Ca(II) 水凝胶从多方面的角度提供了吸引人的综合功能，包括机械强度、经济和环境因素、透明度、成型能力、生物相容性和导电性。小鼠皮下嵌入的 SA-Ca(II) 水凝胶表现出高生物相容性，并在 4 周内降解并伴随毛囊再生。然后实现了可穿戴保护以及刺激响应电子电路，这不仅可以保护模型主体免受高温环境的影响，而且当保护因高温而失效时会显示警告信号。总体而言，这些结果表明，我们的 SA-Ca(II) 水凝胶从多方面的角度提供了吸引人的综合功能，包括机械强度、经济和环境因素、透明度、成型能力、生物相容性和导电性。小鼠皮下嵌入的 SA-Ca(II) 水凝胶表现出高生物相容性，并在 4 周内降解并伴随毛囊再生。然后实现了可穿戴保护以及刺激响应电子电路，这不仅可以保护模型主体免受高温环境的影响，而且当保护因高温而失效时会显示警告信号。总体而言，这些结果表明，我们的 SA-Ca(II) 水凝胶从多方面的角度提供了吸引人的综合功能，包括机械强度、经济和环境因素、透明度、成型能力、生物相容性和导电性。不仅可以保护模型主体免受高温环境的影响，而且当保护因高温而失效时，还会显示警告信号。总体而言，这些结果表明，我们的 SA-Ca(II) 水凝胶从多方面的角度提供了吸引人的综合功能，包括机械强度、经济和环境因素、透明度、成型能力、生物相容性和导电性。不仅可以保护模型主体免受高温环境的影响，而且当保护因高温而失效时，还会显示警告信号。总体而言，这些结果表明，我们的 SA-Ca(II) 水凝胶从多方面的角度提供了吸引人的综合功能，包括机械强度、经济和环境因素、透明度、成型能力、生物相容性和导电性。
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