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Electroconductive Gelatin Methacryloyl-PEDOT:PSS Composite Hydrogels: Design, Synthesis, and Properties
ACS Biomaterials Science & Engineering ( IF 5.4 ) Pub Date : 2018-03-05 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsbiomaterials.8b00135 Andrew R Spencer , Asel Primbetova , Abigail N Koppes , Ryan A Koppes , Hicham Fenniri , Nasim Annabi 1, 2
ACS Biomaterials Science & Engineering ( IF 5.4 ) Pub Date : 2018-03-05 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsbiomaterials.8b00135 Andrew R Spencer , Asel Primbetova , Abigail N Koppes , Ryan A Koppes , Hicham Fenniri , Nasim Annabi 1, 2
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Electroconductive hydrogels are used in a wide range of biomedical applications, including electrodes for patient monitoring and electrotherapy, or as biosensors and electrochemical actuators. Approaches to design electroconductive hydrogels are often met with low biocompatibility and biodegradability, limiting their potential applications as biomaterials. In this study, composite hydrogels were prepared from a conducting polymer complex, poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate (PEDOT:PSS) dispersed within a photo-crosslinkable naturally derived hydrogel, gelatin methacryloyl (GelMA). To determine the impact of PEDOT:PSS loading on physical and microstructural properties and cellular responses, the electrical and mechanical properties, electrical properties, and biocompatibility of hydrogels loaded with 0–0.3% (w/v) PEDOT:PSS were evaluated and compared to GelMA control. Our results indicated that the properties of the hydrogels, such as mechanics, degradation, and swelling, could be tuned by changing the concentration of PEDOT:PSS. In particular, the impedance of hydrogels decreased from 449.0 kOhm for control GelMA to 281.2 and 261.0 kOhm for hydrogels containing 0.1% (w/v) and 0.3% (w/v) PEDOT:PSS at 1 Hz frequency, respectively. In addition, an ex vivo experiment demonstrated that the threshold voltage to stimulate contraction in explanted abdominal tissue connected by the composite hydrogels decreased from 9.3 ± 1.2 V for GelMA to 6.7 ± 1.5 V and 4.0 ± 1.0 V for hydrogels containing 0.1% (w/v) and 0.3% (w/v) PEDOT:PSS, respectively. In vitro studies showed that composite hydrogels containing 0.1% (w/v) PEDOT:PSS supported the viability and spreading of C2C12 myoblasts, comparable to GelMA controls. These results indicate the potential of our composite hydrogel as an electroconductive biomaterial.
中文翻译：
导电明胶甲基丙烯酰-PEDOT:PSS 复合水凝胶：设计、合成和性能
导电水凝胶广泛用于生物医学应用，包括用于患者监测和电疗的电极，或作为生物传感器和电化学执行器。设计导电水凝胶的方法通常会遇到生物相容性和生物降解性较低的问题，限制了其作为生物材料的潜在应用。在这项研究中，复合水凝胶是由分散在可光交联的天然水凝胶甲基丙烯酰明胶（GelMA）中的导电聚合物复合物聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）制备的。为了确定 PEDOT:PSS 负载对物理和微观结构特性以及细胞反应的影响，评估了负载 0–0.3% (w/v) PEDOT:PSS 的水凝胶的电气和机械特性、电特性和生物相容性，并将其与GelMA 控制。我们的结果表明，可以通过改变 PEDOT:PSS 的浓度来调节水凝胶的性能，例如力学、降解和膨胀。特别是，在 1 Hz 频率下，水凝胶的阻抗从对照 GelMA 的 449.0 kOhm 分别降至含有 0.1% (w/v) 和 0.3% (w/v) PEDOT:PSS 的水凝胶的 281.2 和 261.0 kOhm。此外，体外实验表明，刺激由复合水凝胶连接的外植腹部组织收缩的阈值电压从 GelMA 的 9.3 ± 1.2 V 降至 6.7 ± 1.5 V 和含有 0.1%（w/）水凝胶的 4.0 ± 1.0 V。 v) 和 0.3% (w/v) PEDOT:PSS，分别。体外研究表明，与 GelMA 对照相比，含有 0.1%（w/v）PEDOT:PSS 的复合水凝胶支持 C2C12 成肌细胞的活力和扩散。 这些结果表明我们的复合水凝胶作为导电生物材料的潜力。
更新日期：2018-03-05
中文翻译：
导电明胶甲基丙烯酰-PEDOT:PSS 复合水凝胶：设计、合成和性能
导电水凝胶广泛用于生物医学应用，包括用于患者监测和电疗的电极，或作为生物传感器和电化学执行器。设计导电水凝胶的方法通常会遇到生物相容性和生物降解性较低的问题，限制了其作为生物材料的潜在应用。在这项研究中，复合水凝胶是由分散在可光交联的天然水凝胶甲基丙烯酰明胶（GelMA）中的导电聚合物复合物聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）制备的。为了确定 PEDOT:PSS 负载对物理和微观结构特性以及细胞反应的影响，评估了负载 0–0.3% (w/v) PEDOT:PSS 的水凝胶的电气和机械特性、电特性和生物相容性，并将其与GelMA 控制。我们的结果表明，可以通过改变 PEDOT:PSS 的浓度来调节水凝胶的性能，例如力学、降解和膨胀。特别是，在 1 Hz 频率下，水凝胶的阻抗从对照 GelMA 的 449.0 kOhm 分别降至含有 0.1% (w/v) 和 0.3% (w/v) PEDOT:PSS 的水凝胶的 281.2 和 261.0 kOhm。此外，体外实验表明，刺激由复合水凝胶连接的外植腹部组织收缩的阈值电压从 GelMA 的 9.3 ± 1.2 V 降至 6.7 ± 1.5 V 和含有 0.1%（w/）水凝胶的 4.0 ± 1.0 V。 v) 和 0.3% (w/v) PEDOT:PSS，分别。体外研究表明，与 GelMA 对照相比，含有 0.1%（w/v）PEDOT:PSS 的复合水凝胶支持 C2C12 成肌细胞的活力和扩散。 这些结果表明我们的复合水凝胶作为导电生物材料的潜力。
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