EXPLOITING OXYGEN INHIBITED PHOTOPOLYMERIZATION WITHIN EMULSION DROPLETS FOR THE FABRICATION OF MICROPARTICLES WITH CUSTOMIZABLE PROPERTIES

• Main Authors: DEBROY, Daniel, OAKEY, John, FRICK, Carl, SHAHA, Rajib, LI-OAKEY, Katie Dongmei
• Format: Patent
• Language: English; French
• Published: 25.04.2019
• Subjects: CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOIDCHEMISTRY; HUMAN NECESSITIES; HYGIENE; MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; PERFORMING OPERATIONS; PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL; PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL, OR TOILET PURPOSES; THEIR RELEVANT APPARATUS; TRANSPORTING

Described are methods and devices for the generation of hydrogel particles with micrometer and submicrometer dimensions using oxygen-inhibited partial polymerization, and the particles generated therefrom. The described methods generate particles with dimensions independent of the starting polymerizable solution dimension, for example, a microdroplet. Further, microfluidic flow parameters (e.g. viscosity, flow rate) and photopolymerization process parameters (e.g. optical exposure intensity and duration) are controlled to generate particles with tunable crosslinking density-determined properties including elasticity, diffusivity, and biomolecular display for diverse applications such as drug delivery, tissue engineering cell scaffolds, and single- and multiple- cell therapeutics. Similarly, gradients of crosslinking density-determined properties can be created within single particles through the selection of optical exposure intensity and duration. In addition to conventional spherical shapes, a suite of non-spherical shapes may be generated by manipulating the dimensions of the microfluidic channels and other related physical and process parameters. L'invention concerne des procédés et des dispositifs pour la génération de particules d'hydrogel ayant des dimensions micrométriques et sous-micrométriques à l'aide d'une polymérisation partielle inhibée par l'oxygène, et les particules générées à partir de ceux-ci. Les procédés décrits génèrent des particules ayant des dimensions indépendantes de la dimension de solution polymérisable de départ, par exemple, une micro-gouttelette. En outre, des paramètres de flux microfluidique (par exemple, la viscosité, le débit) et des paramètres de processus de photopolymérisation (par exemple, l'intensité et la durée d'exposition optique) sont commandés pour générer des particules ayant des propriétés déterminées par la densité de réticulation ajustables comprenant l'élasticité, la diffusivité et l'affichage biomoléculaire pour diverses applications, telles que l'administration de médicament, des échafaudages cellulaires d'ingénierie tissulaire, et des agents thérapeutiques à cellules uniques et multiples. De la même façon, des gradients de propriétés déterminées par la densité de réticulation peuvent être créés à l'intérieur de particules uniques par la sélection de l'intensité et de la durée d'exposition optique. En plus des formes sphériques classiques, une suite de formes non sphériques peut être générée par manipulation des dimensions des canaux microfluidiques et d'autres paramètres physiques et de processus associés.