تصنيع يستند إلى PCL النشطة بيولوجيا، "تركيب الذاتي" الشكل الذاكرة البوليمرات سقالة

الهدف العام من التجربة التالية هو تصنيع سِقالة من بوليمر ذاكرة الشكل (SMP) تكون قادرة على التكيف ذاتياً مع عيب غير منتظم في منطقة الوجه والجمجمة من أجل تعزيز التكامل العظمي والالتئام. ويتم تحقيق ذلك أولاً عن طريق تكوين قالب ملحي مدمج باستخدام صب المذيب والمعالجة الكيميائية الضوئية لبولي كابرولاكتون ثنائي الأكريلات. ومن خلال القالب الملحي، تتشكل سِقالة ذات مسامية عالية الترابط، وهو الأمر الضروري لتحفيز التوصيل العظمي.

كخطوة ثانية، تُطلى السقالة بمادة البوليدوبامين (poly dopamine)، التي توفر النشاط الحيوي. بعد ذلك، تُعالج السقالة بمحلول ملحي دافئ، مما يسمح بتثبيتها بالضغط داخل نموذج غير منتظم. وتُظهر نتائج العيب القدرة على التكيف الذاتي، وضعف الترابط البيني والنشاط الحيوي استناداً إلى نتائج التثبيت بالضغط، وتصوير المجهر الإلكتروني الماسح، وتكوين الهيدروكسي أباتيت (hydroxy appetite) في المختبر.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية مقارنة بالطرق الحالية، مثل التطعيم الذاتي، في أن الملاءمة المتوافقة التي يتم تحقيقها تدعم بشكل أساسي الاندماج العظمي والتئام العظام. تقوم ليندسي نيل، وهي باحثة طالبة دكتوراة في مختبري، بتوضيح هذا الإجراء. لبدء تحضير السقالة، قم أولاً بنخل كلوريد الصوديوم باستخدام منخل بقطر 425 micron وانقل 1.8 grams منه إلى قارورة زجاجية سعة ثلاثة لتر، ثم أضف ببطء 146 milligrams من الماء منزوع الأيونات إلى القارورة على أربعة أجزاء، مع الخلط باستخدام ملعقة معدنية.

بعد كل إضافة، أغلق القارورة بالغطاء، ولفها بمنديل ورقي، ثم ضعها بشكل رأسي في أنبوب طرد مركزي. قم بطرد الأنبوب مركزياً لمدة 15 minutes قبل إزالة الغطاء وترك المحلول ليجف في الهواء طوال الليل. بعد تخليق P-C-L-D-A كما هو موضح في البروتوكول النصي، قم بتحضير محلول نقع يحتوي على 150 milligrams من P-C-L-D-A لكل milliliter من chloro methane في قارورة زجاجية، ثم أغلق القارورة بالغطاء، ولفها بورق القصدير، وقم برجها بجهاز vortex لمدة one minute.

بعد ذلك، قم بتحضير محلول بادئ ضوئي يحتوي على 115 milligrams من DMP في one milliliter من one vinyl, two Perone في قارورة زجاجية. مرة أخرى، أغلق القارورة بالغطاء، ولفها بورق القصدير، ثم استخدم جهاز vortex لمدة one minute. انقل محلول البادئ الضوئي بواسطة الماصة إلى محلول النقع لتحضير خليط بنسبة 15% من حيث الحجم، ثم استخدم جهاز vortex للقارورة لمدة one minute.

بعد ذلك، قم بتغليف القارورة التي تحتوي على السقالة الملحية بورق القصدير، ثم أضف خليط النقع الخاص بالبادئ الضوئي حتى يتم تغطية الملح بالكامل. أغلق القارورة بالغطاء، ولفها بمنديل ورقي ثم ضعها عمودياً داخل أنبوب طرد مركزي. قم بإجراء الطرد المركزي للأنبوب لمدة 10 دقائق.

بعد ذلك، قم بإزالة الرقاقة، وافتح غطاء القارورة، وعرّض المحلول للأشعة فوق البنفسجية لمدة ثلاث دقائق. ثم اترك المحلول ليجف في الهواء طوال الليل، وقم بعمل خدش ثم كسر الزجاج لإزالة الجزء العلوي من القارورة باستخدام ملقط. انقل السقالة إلى محلول من الماء والإيثانول بنسبة 1:1 لمدة أربعة أيام، مع تغيير المحلول يومياً.

أخيرًا، قم بإزالة سقالة SMP واتركها لتجف في الهواء طوال الليل. لتطبيق طبقة البوليدوبامين أولاً، أدخل إبرة قياس 20 gauge في منتصف سقالة SMP، ثم لف سلكًا حول محور الإبرة. اغمر السقالة في 200 milliliters من محلول دوبامين تحت التقليب، وحافظ على بقاء محور الإبرة فوق المحلول عن طريق تثبيت السلك بحافة البيكر.

بعد ذلك، ضع محقنة في محور الإبرة واسحب المكبس لإزالة الهواء من السقالة. وبمجرد إزالة الغازات تماماً، اترك السقالة مغمورة لمدة 16 ساعة. أخرج السقالة من المحلول ثم انزع الإبرة.

بعد ذلك، اشطف السقالة بالماء منزوع الأيونات وجففها في فرن تفريغ في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 ساعة. ضع السقالة في فرن تجفيف عند 85 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. وأخيراً، أخرج السقالة واتركها لتبرد حتى تصل إلى درجة حرارة الغرفة.

أولاً، قم بإعداد نموذج عيب عن طريق حفر فجوة غير منتظمة بمتوسط قطر يبلغ ستة مليمترات تقريباً في لوح من البلاستيك الصلب بسمك خمسة مليمترات. بعد ذلك، اغمر سقالة SMP في كؤوس من الماء منزوع الأيونات عند درجة حرارة 60 درجة مئوية تقريباً لمدة دقيقتين. اختبر ما إذا كانت السقالة قد لانت بشكل ملحوظ باستخدام ملقط لتغيير شكلها.

أخرج السقالة التي تم تليينها من الماء باستخدام الملاقط واضغط عليها يدويًا داخل نموذج العيب. اترك السقالة لتبرد حتى تصل إلى درجة حرارة الغرفة، ثم قم بإزالتها من نموذج العيب. افحص الشكل المؤقت الثابت الجديد لمعاينة المسام والترابط البيني والحجم.

أولاً، اغمر سِقالة SMP في النيتروجين السائل لمدة دقيقة واحدة باستخدام ملقط. ثم اكسر السقالة من المنتصف باستخدام شفرة حلاقة نظيفة. بعد ذلك، ثبت أحد نصفي السقالة بحيث يكون السطح المكسور موجهاً للأعلى على منصة العينات.

باستخدام شريط كربوني، قم بطلاء السقالة بطبقة رقيقة من سبيكة الذهب والبلاتين ليكون العمق حوالي 4 nanometers. ضع العينة في جهاز SEM ثم التقط الصورة بجهد تسريع يتراوح من 10 إلى 15 kilovolts. وذلك لتوصيف النشاط الحيوي في المختبر.

أولاً، اقطع سِقالة من البوليمرات ذات ذاكرة الشكل (SMP) الأسطوانية إلى نصفين عبر الحافة الدائرية باستخدام شفرة نظيفة. ضع نصف السقالة في أنبوب يحتوي على 30 milliliters من سائل الجسم المحاكى، ثم ضع الأنبوب في حمام مائي ثابت عند 37 degrees Celsius لمدة 14 يوماً. أخرج السقالة من الأنبوب واتركها لتجف في الهواء لمدة 24 ساعة.

بعد ذلك، يتم تثبيت السقالة بحيث يكون السطح المقطوع موجهاً للأعلى على منصة عينات المجهر الإلكتروني باستخدام شريط كربوني. ثم يتم طلاء سطح السقالة بطلاء الترسيب الرذاذي من سبيكة الذهب والبلاتين بعمق يصل إلى 4 nanometers تقريباً. وكما في السابق، يتم تحميل العينة في SEM والتقاط الصورة بجهد تسريع يتراوح من 10 إلى 15 kilovolts.

تصبح ساندة SMP قابلة للتشكيل عند التسخين في درجة حرارة 60 degrees Celsius ويمكن ملاءمتها داخل نموذج العيب. بعد التبريد إلى درجة حرارة الغرفة، يتم إزالة ساندة SMP وتحتفظ بشكلها المؤقت الثابت الجديد. تُظهر الصورة المجهرية الإلكترونية الماسحة لساندة SMP غير المغلفة بنية المسام والمورفولوجيا عالية الترابط.

يتم إثبات النشاط الحيوي لسقالة SMP المغلفة بالبوليدوبامين من خلال تشكل الهيدروكسي أباتيت في المسام كما هو موضح في صورة المجهر الإلكتروني الماسح. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تحضير سقالة بوليمر ذاكرة شكل ذات ملاءمة ذاتية ونشطة حيويًا باستخدام عملية تتضمن صب المذيب فوق ترشيح جزيئات قالب ملحي، وتطبيق تغليف بالبوليدوبامين.