マランゴニ流は、フィブリル状の細胞を含むハイドロゲルの配列を駆動する

Marangoni flows drive the alignment of fibrillar cell-laden hydrogels.

• Bryan A Nerger
• P-T Brun
• Celeste M Nelson

抄録

揮発性溶媒中の溶質を含む無色液滴が蒸発するとき、液滴中の流れは溶質粒子を複雑なパターンに輸送したり、集合させたりすることができる。これまでは、完全に蒸発する溶媒中での液滴中の輸送について主に研究されてきましたが、ここでは、蒸発する溶媒中での液滴中の流れを明らかにしました。ここでは、自己組織化ポリマーであるI型コラーゲンを含む気化性液滴中の流れが、配向したコラーゲン繊維の水和ネットワークを形成するために利用できることを実証した。我々は、マランゴニフローが自己組織化の速度、周囲の環境の相対湿度、および液滴の形状に依存する方法でミリメートルスケールの領域上の直接のコラーゲン繊維のアセンブリを見つける。これらの蒸発液滴内に組み込まれ、培養された骨格筋細胞は、集合的に配向し、その後、コラーゲンの整列したネットワークに応答して筋管に分化する。我々の発見は、整列したフィブリラーヒドロゲルと細胞を含むバイオミメティック材料を作製するためのシンプルで調整可能なハイスループットアプローチを実証している。

When a sessile droplet containing a solute in a volatile solvent evaporates, flow in the droplet can transport and assemble solute particles into complex patterns. Transport in evaporating sessile droplets has largely been examined in solvents that undergo complete evaporation. Here, we demonstrate that flow in evaporating aqueous sessile droplets containing type I collagen-a self-assembling polymer-can be harnessed to engineer hydrated networks of aligned collagen fibers. We find that Marangoni flows direct collagen fiber assembly over millimeter-scale areas in a manner that depends on the rate of self-assembly, the relative humidity of the surrounding environment, and the geometry of the droplet. Skeletal muscle cells that are incorporated into and cultured within these evaporating droplets collectively orient and subsequently differentiate into myotubes in response to aligned networks of collagen. Our findings demonstrate a simple, tunable, and high-throughput approach to engineer aligned fibrillar hydrogels and cell-laden biomimetic materials.

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