DEVELOPTMENT OF HYDROGEL-SOLID HYBRIDS FOR ELECTRO-MICROFLUIDICS AND SINGLE CELL ANALYSIS

Abstract

Agarose and other noncovalent hydrogels have good biocompatibility but their applications were restricted since they tend to have low interfacial bonding strength with other polymers or solids. Previously introduced noncovalent hydrogel-to-solid fixation strategies relied heavily on mechanical clamping which is a temporary approach and difficult to apply to kinetic parts or morphologically non-trivial adhesions. Here, we introduce a facile method that increased interfacial bonding strength of agarose hydrogel against solids via an interface-toughening hydrogel. The method showed applicability to several other noncovlanet hydrogels as well, including gelatin, alginate, agar, and chitosan. The bonding method requires no mechanical clamping, liquid glue or bulk modification of the noncovalent hydrogels polymer backbone. It is also compatible with forming micropatterns within the bonding interface. With this new bonding technique, we were able to fabricate various noncovalent hydrogel-solid integrated structures with novel functionalities for in vitro assay, soft robotics and biologically inspired systems.

아가로스를 비롯한 noncovalent 하이드로겔들은 biocompatibility가 좋은 반면에 다른 고체 표면과의 접착력이 약해 그 활용성이 낮은 편이었다. 기존의 noncovalent 하이드로겔 접착 방법은 주로 기계적 고정방법에 많이 의존했는데 이는 일시적인 접착일 뿐이고, 동적 부품이나 복잡한 표면에는 적용이 어려웠다. 본 논문에선 접착면 toughness 증강을 도모하는, 그리고 활용성, 범용성이 좋은 하이드로겔 접착방법을 제시한다. 본 접착방법은 gelatin, alginate, agar, 그리고 chitosan등의 noncovalent hydrogel에 대해 적용 가능하다는 것을 보여줬다. 본 방법은 기계적 고정이 전혀 필요 없고, 액상 접착제나 하이드로겔 polymer backbone 수정을 요구하지 않는다. 또한 접착표면상에 미세구조들을 유지할 수 있다. 이 접착방법을 사용해서 전기미세유체, 단일세포전사체분석 등의 활용 예시들을 보여줬다. 본 접착방법은 이 외에도 in vitro 어세이, 소프트 로보틱스, 생체모방 등의 분야에 활용 가능할 것으로 예상한다.