Broad-temperature-range mechanically tunable hydrogel microcapsules for controlled active release

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作者
Hye‐Seon Jeong,Eunseo Kim,Jong Pil Park,Sei‐Jung Lee,Hyomin Lee,Chang‐Hyung Choi
出处
期刊:Journal of Controlled Release [Elsevier BV]
卷期号:356: 337-346 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.jconrel.2023.02.045
摘要

Here, we report PNIPAm-co-PEGDA hydrogel shelled microcapsules with a thin oil layer to achieve tunable thermo-responsive release of the encapsulated small hydrophilic actives. We use a microfluidic device integrated with a temperature-controlled chamber for consistent and reliable production of the microcapsules by utilizing triple emulsion drops (W/O/W/O) with a thin oil layer as capsule templates. The interstitial oil layer between the aqueous core and the PNIPAm-co-PEGDA shell provides a diffusion barrier for the encapsulated active until the temperature reaches a critical point above which the destabilization of interstitial oil layer occurs. We find that the destabilization of the oil layer with temperature increase is caused by outward expansion of the aqueous core due to volume increase and the radial inward compression from the deswelling of the thermo-responsive hydrogel shell. The copolymerization of NIPAm with PEGDA increases the biocompatibility of the resulting microcapsule while offering the ability to alter the compressive modulus in broad ranges by simply varying crosslinker concentrations thereby to precisely tune the onset release temperature. Based on this concept, we further demonstrate that the release temperature can be enhanced up to 62 °C by adjusting the shell thickness even without varying the chemical composition of the hydrogel shell. Moreover, we incorporate gold nanorods within the hydrogel shell to spatiotemporally regulate the active release from the microcapsules by illuminating with non-invasive near infrared (NIR) light.
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