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Gelatin-based hydrogels offer various biochemical cues that support encapsulated cells and are therefore suitable as cell delivery vehicles in regenerative medicine. However, besides the biochemical signals, biomechanical cues are crucial to ensure an optimal support of encapsulated cells. Hence, we aimed to correlate the cellular response of encapsulated cells to macroscopic and microscopic elastic properties of glycidylmethacrylate (GMA)-functionalized gelatin-based hydrogels. To ensure that different observations in cellular behavior could be attributed to differences in elastic properties, an identical concentration as well as degree of functionalization of biopolymers was utilized to form covalently crosslinked hydrogels. Elastic properties were merely altered by varying the average gelatin-chain length. Hydrogels exhibited an increased degree of swelling and a decreased bulk elastic modulus G with prolonged autoclaving of the starting solution. This was accompanied by an increase of hydrogel mesh size and thus by a reduction of crosslinking density. Tougher hydrogels retained the largest amount of cells; however, they also interfered with cell viability. Softer gels contained a lower cell density, but supported cell elongation and viability. Observed differences could be partially attributed to differences in bulk properties, as high crosslinking densities interfere with diffusion and cell spreading and thus can impede cell viability. Interestingly, a microscopic elastic modulus in the range of native soft tissue supported cell viability and elongation best while ensuring a good cell entrapment. In conclusion, gelatin-based hydrogels providing a soft tissue-like microenvironment represent adequate cell delivery vehicles for tissue engineering approaches. Copyright (c) 2016 John Wiley & Sons, Ltd.
Viele klinische Schnelltestsysteme benötigen vorpräparierte oder aufgereinigte Analyte mit frisch hergestellten Lösungen. Fernab standardisierter Laborbedingungen wie z.B. in Entwicklungsländern oder Krisengebieten sind solche Voraussetzungen oft nur unter einem hohen Aufwand herstellbar.
Zusätzlich stellt die erforderliche Sensitivität die Entwicklung einfach zu handhabender Testsysteme vor große Herausforderungen.
Autokatalytische Reaktionen, die sich mit Hilfe sehr geringer Initiatorkonzentrationen auslösen lassen, können hier eine Perspektive für Signalverstärkungsprozesse bieten.
Aus diesem Grund wird im ersten Teil der vorliegenden Arbeit das Verhalten der autokatalytischen Arsenit-Jodat-Reaktion in einem mikrofluidischen Kanal untersucht. Dabei werden insbesondere die diffusiven und konvektiven Einflüsse auf die Reaktionskinetik im Vergleich zu makroskopischen Volumenmengen betrachtet.
Im zweiten Teil werden thermoresponsive Hydrogele mit einem kanalstrukturierten Papiernetzwerk zu einem neuartigen, kapillargetriebenen, extern steuerbaren Mikrofluidik-System kombiniert. Das hier vorgestellte Konzept durch Hydrogele ein papierbasiertes LOC-System zu steuern, ermöglicht zukünftig die Herstellung von komplexeren, steuerbaren Point-Of-Care Testsystemen (POCT). Durch z.B. einen thermischen Stimulus, wird das Lösungsverhalten eines Hydrogels so verändert, dass die gespeicherte Flüssigkeit freigesetzt und durch die Kapillarkraft des Papierkanals ins System transportiert wird. Die Eigenschaften dieses Gelnetzwerks können dabei so eingestellt werden, dass eine Freisetzung von Flüssigkeiten sogar bei Körpertemperatur möglich wäre und damit eine Anwendung gänzlich ohne weitere Hilfsmittel denkbar ist. Für die Anwendung notwendige Chemikalien oder Enzyme lassen sich hierbei bequem in getrocknetem Zustand im Papiersubstrat vorlagern und bei Bedarf in Lösung bringen.
Im abschließenden dritten Teil der Arbeit wird ein durch Hydrogele betriebener, Antikörper-basierter Mikroorganismenschnelltest für Escherichia coli präsentiert. Darüber hinaus wird weiterführend eine einfache Methode zur Funktionalisierung eines Hydrogels mit Biomolekülen über EDC/NHS-Kopplung vorgestellt.
Dendritic polyglycerol-poly(ethylene glycol)-based polymer networks for biosensing application
(2014)
This work describes the formation of a new dendritic polyglycerol-poly(ethylene glycol)-based 3D polymer network as a matrix for immobilization of the redox enzyme periplasmatic aldehyde oxidoreductase to create an electrochemical biosensor. The novel network is built directly on the gold surface, where it simultaneously stabilizes the enzyme for up to 4 days. The prepared biosensors can be used for amperometric detection of benzaldehyde in the range of 0.8-400 mu M.