Integrated dynamic wet spinning of core-sheath hydrogel fibers for optical-to-brain/tissue communications

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作者
Guoyin Chen,Gang Wang,Xinrong Tan,Kai Hou,Qingshuo Meng,Peng Zhao,Shun Wang,Jiayi Zhang,Zhan Zhou,Tao Chen,Yanhua Cheng,Benjamin S. Hsiao,Elsa Reichmanis,Meifang Zhu
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:8 (9) 被引量:55
标识
DOI:10.1093/nsr/nwaa209
摘要

Abstract Hydrogel optical light-guides have received substantial interest for applications such as deep-tissue biosensors, optogenetic stimulation and photomedicine due to their biocompatibility, (micro)structure control and tissue-like Young's modulus. However, despite recent developments, large-scale fabrication with a continuous synthetic methodology, which could produce core-sheath hydrogel fibers with the desired optical and mechanical properties suitable for deep-tissue applications, has yet to be achieved. In this study, we report a versatile concept of integrated light-triggered dynamic wet spinning capable of continuously producing core-sheath hydrogel optical fibers with tunable fiber diameters, and mechanical and optical propagation properties. Furthermore, this concept also exhibited versatility for various kinds of core-sheath functional fibers. The wet spinning synthetic procedure and fabrication process were optimized with the rational design of the core/sheath material interface compatibility [core = poly(ethylene glycol diacrylate-co-acrylamide); sheath = Ca-alginate], optical transparency, refractive index and spinning solution viscosity. The resulting hydrogel optical fibers exhibited desirable low optical attenuation (0.18 ± 0.01 dB cm−1 with 650 nm laser light), excellent biocompatibility and tissue-like Young's modulus (<2.60 MPa). The optical waveguide hydrogel fibers were successfully employed for deep-tissue cancer therapy and brain optogenetic stimulation, confirming that they could serve as an efficient versatile tool for diverse deep-tissue therapy and brain optogenetic applications.
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