أبريل 16, 2018
ويرد وصف البروتوكولات لتلفيق الهلاميات المائية القابلة للتحلل ثيرموريسبونسيفي استناداً إلى هيدرازوني العابرة للربط من ليغومرات البوليمرية في الحجم الأكبر، microscale، والنانو، وهذا الأخير لإعداد جسيمات نانوية جل والنانو.
الهدف العام من هذا البروتوكول هو تصنيع إصدارات قابلة للتحلل من الهلاميات المائية المستجيبة للحرارة بمقاييس وهندسة طول يتم التحكم فيها. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في مواجهة التحديات الرئيسية في سيناريو المواد الطبية الحيوية مثل تسهيل توصيل الأدوية المحلية طفيفة التوغل على المدى الطويل ، أو إنشاء سقالات سريعة الاستجابة لهندسة الأنسجة ، أو تصميم علاجات نانوية مستهدفة. الميزة الرئيسية لتقنيتنا هي كيمياء الهيدرات الحيوية العكسية السريعة التي تسمح لنا بالتحكم في حجم وشكل الهلاميات المائية القابلة للتحلل عن طريق تغيير هندسة خلط سلائف البوليمر.
تتيح لنا هذه المرونة تصنيع المواد الهلامية الفوليك ، والمواد الهلامية الدقيقة ، والهلاميات النانوية ، والألياف النانوية ، وكلها بنفس مادة البداية. أولا ، قم بإعداد حوالي ملليلترين لكل من محاليل البوليمر السليفة المستجيبة للحرارة الوظيفية بالهيدرازيد والألدهيد بتركيزات تتراوح بين خمسة و 40٪ من الوزن و 10 مللي مولار محلول ملحي مخزن بالفوسفات. استخدم محاقن أحادية الأسطوانة لتحميل محاليل البوليمر السليفة في براميل منفصلة من حقنة برميل مزدوجة سعة 2.5 ملليلتر و1:1.
بعد ذلك ، قم بتوصيل خلاط ثابت مقاس 1.5 بوصة بحقنة برميل مزدوج سعة 2.5 مليلتر 1: 1. إذا رغبت في ذلك ، قم بتوصيل إبرة قياس 18 أو 20 قياس 1.5 بوصة بالخلاط الثابت. ثم ، قم بقصها من لوح مطاط سيليكون ناعم بالسماكة المطلوبة.
قطعة بحجم شريحة مجهر قياسية. استخدم مجموعة ثقب لثقب ثقب واحد على الأقل من الشكل المطلوب في لوح مطاط السيليكون. ضع قالب مطاط السيليكون على شريحة زجاجية نظيفة ، مع التأكد من أن جميع الثقوب مدعومة بالزجاج.
اضغط برفق على القالب على الشريحة لتثبيته في مكانه. يمكن أيضا استخدام صفائح مطاط السيليكون كدعم لضمان التصاق جيد للركيزة. قم ببثق محاليل البوليمر الوظيفية من الهيدرازيد والألدهيد من خلال الخلاط الثابت في آبار القالب حتى تمتلئ الآبار بالكامل.
قم بتغطية القالب بشريحة زجاجية نظيفة ثانية وانتظر حتى ينتهي الهلام. بعد ذلك ، قم بإزالة الشريحة العلوية واستخدم ملعقة لفصل الهلاميات المائية عن قالب مطاط السيليكون. ارفع القالب من الشريحة لاستعادة الهلاميات المائية.
قبل الإجراء ، قم بتصنيع شريحة ميكروفلويد لتوليد الجسيمات الدقيقة. تجميع الهيدرازيد والألدهيد الوظيفي بولي NIPAM. للبدء ، قم بإعداد ملليلترين لكل منهما 6٪ من محاليل الوزن من الهيدرازيد والألدهيد الوظيفي بولي NIPAM في الماء منزوع الأيونات.
قم بتحميل محاليل سلائف البوليمر في محاقن منفصلة سعة خمسة ملليلتر. بعد ذلك ، قم بإعداد 150 مل من محلول 1٪ بالوزن من مونوليات السوربيتان في زيت البارافين الثقيل. قم بتحميل هذا الحل في حقنتين قياسيتين سعة 60 ملليلترا.
قم بتركيب المحاقن الأربع في مضخات حقنة منفصلة. بعد ذلك ، قم بتوصيل أنبوب السيليكون بطول 45 سم بمخرج رقاقة الموائع الدقيقة. ضع نهاية أنبوب المخرج في حاوية نفايات.
قم بتوصيل محاقن محلول البوليمر بقنوات مدخل البوليمر على رقاقة الموائع الدقيقة بأطوال 30 سم من أنابيب السيليكون. قم بتوصيل حقنة محلول زيت البارافين بقناة مدخل الزيت في المنبع باستخدام أنابيب السيليكون. قم بتوصيل حقنة الزيت الأخرى بقنوات مدخل الزيت النهائية باستخدام أنابيب السيليكون ووصلة حقنة على شكل حرف U.
اضبط معدلات تدفق المضخات المجهزة بمحاقن الزيت على ما بين 1.1 و 5.5 مل في الساعة. قم بتدفق الزيت عبر شريحة الموائع الدقيقة لمدة 30 دقيقة على الأقل لتجهيز الرقاقة والتأكد من أن الرقاقة خالية من العيوب. بعد ذلك ، قم بتوصيل كل من محلولي البوليمر في نفس الوقت إلى الرقاقة المعدة بمعدل 03 مل في الساعة.
اترك تدفق البوليمر والزيت يتوازن لمدة 30 دقيقة إلى ساعة. لمنع التبلور المبكر لبوليمرات السلائف في فوهة الموائع الدقيقة ، من الضروري تجهيز الأنبوب بعناية وبدء تدفق البوليمر في نفس الوقت تماما لمنع التدفق العكسي إلى أي من خزاني البوليمر. بمجرد أن تتشكل جزيئات هلام دقيقة موحدة عند فوهة رقاقة الموائع الدقيقة ، اجمع الجسيمات في أنبوب طرد مركزي بلاستيكي بقضيب تحريك مغناطيسي نشط.
أوقف مضخات الحقنة ومحرك التحريك عند استهلاك الزيت. بمجرد أن تستقر جزيئات الهلام الدقيقة في الأنبوب ، قم بصب زيت البارافين بماصة. أضف إلى القارورة 10 مل من البنتان لكل 5 مل من الجسيمات الدقيقة.
اخلطي الممول بقوة لمدة دقيقة تقريبا. اترك الجزيئات تستقر لمدة ساعة إلى ساعتين قبل صب البنتان بماصة. كرر غسل البنتان خمس مرات على الأقل.
انقل جزيئات الجل الدقيقة المغسولة إلى قارورة زجاجية صغيرة ومتلألئة. أعد تعليق الجزيئات في مل إلى ملليلتر من الماء منزوع الأيونات. لبدء هذا الإجراء ، قم بإعداد خمسة ملليلتر لكل من محاليل 1٪ من الهيدرازيد وبولي نيبام الوظيفي بالألدهيد في الماء منزوع الأيونات.
سخني خمسة ملليلتر من محلول بولي نيبام الوظيفي بالهيدرازيد إلى 70 درجة مئوية أثناء التحريك. راقب المحلول عندما يصبح معتما وتأكد من عدم وجود تشكلات ترسيب مرئية. بعد ذلك ، أضف 0.25 مل من محلول بولي NIPAM الوظيفي بالألدهيد إلى محلول بولي NIPAM الوظيفي بالهيدرازيد المسخن على مدار خمس إلى 10 ثوان.
قلب المزيج لمدة 15 دقيقة على 70 درجة مئوية. ثم أخرج الخليط من حمام الزيت واتركه ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة طوال الليل للحصول على المواد الهلامية النانوية للتنقية. ضع خليط النانو جل في غشاء غسيل الكلى المقطوع بوزن جزيئي 3500 كيلودالتون.
غسيل الهلامية النانوية ضد الماء الأيوني ست مرات على مدار ست دورات لإزالة البوليمرات غير المتشابكة. إذا رغبت في ذلك ، قم بتجميد المواد الهلامية النانوية المنقاة للتخزين. لبدء إجراء تصنيع ألياف النانو الهلامية ، قم بإعداد مليلتر واحد لكل من 15٪ من محاليل الوزن من الهيدرازيد والألدهيد POEGMA الوظيفي في الماء منزوع الأيونات.
بعد ذلك ، قم بإعداد ملليلترين من محلول 5٪ بالوزن من أكسيد البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي في الماء منزوع الأيونات. امزج كل محلول سلائف POEGMA مع مليلتر واحد من محلول أكسيد البولي إيثيلين. قم بتحميل محاليل السليفة في براميل منفصلة من حقنة الأسطوانة المزدوجة.
بعد ذلك ، قم بتوصيل خلاط ثابت مقاس 1.5 بوصة وإبرة غير حادة عيار 18 بحقنة برميل مزدوجة سعة 2.5 مليلتر و 1: 1. قم بتركيب المحقنة ذات الأسطوانة المزدوجة على مضخة حقنة التسريب. بعد ذلك ، قم بتركيب مجمع الغزل الكهربائي لقرص الألومنيوم على بعد 10 سم من نهاية الإبرة.
قم بتأريض مصدر طاقة عالي الجهد في المجمع وقم بتوصيل مصدر الطاقة بالإبرة. اضبط مضخة الحقنة على 0.48 مل في الساعة ومصدر الطاقة على 10 كيلو فولت. ابدأ تشغيل مضخة الحقنة ومصدر الطاقة في نفس الوقت لبدء الغزل الكهربائي.
استمر حتى يتم الوصول إلى السماكة المطلوبة أو استنفاد السلائف. بعد الانتهاء من إنتاج الألياف النانوية ، قم بإيقاف تشغيل وفصل مجموعة الغزل الكهربائي. انقع الألياف النانوية الجل المجمعة في ماء منزوع الأيونات لمدة 24 ساعة لإزالة أكسيد البولي إيثيلين.
أنتج توصيل الحقنة ذات الأسطوانة المزدوجة هيدرا هلامية سائبة POEGMA متشابكة من الهيدرازون مع مجموعة من الميكانيكا وأوقات التبلور والشفافية اعتمادا على تركيز بوليمر السلائف ، وكثافة المجموعة الوظيفية التفاعلية ، وعدد وحدات تكرار أكسيد الإيثيلين على المونومرات. أثرت معدلات تدفق كل من زيت البارافين ومحاليل سلائف البوليمر على أحجام الجسيمات الدقيقة لهلام بولي NIPAM المتشابكة المائية المصنعة بجهاز الموائع الدقيقة. لوحظ تورم معتمد على درجة الحرارة عكسية مع الفحص المجهري البصري للمرحلة الساخنة.
تحللت جزيئات الهلام الدقيقة إلى سلائفها قليلة القلة بمرور الوقت. اختلفت أحجام الهلاميات النانوية متعددة الهيدرازون المتشابكة ذاتية التجميع مع نسبة كتلة السلائف البوليمرية الوظيفية من الألدهيد إلى الهيدرازيد ولكنها ظلت مشتتة للغاية مع زيادة نسبة الكتلة ، لوحظ انخفاض التورم الحراري.
مثل الجسيمات الدقيقة للهلام ، تحللت الهلاميات النانوية إلى سلائف قليلة القلة بمرور الوقت. تم إنتاج ألياف هيدروجيل هيدروجيل متشابكة من هيدرازون بأقطار 300 نانومتر عن طريق الغزل الكهربائي التفاعلي. كان ترطيب الألياف النانوية أسرع بحوالي أمرين من ترطيب هلام سائب بنفس تركيبة البوليمر.
احتفظت الألياف النانوية بمورفولوجيتها الليفية النانوية لأكثر من ثمانية أسابيع قبل أن تتحلل في ظل الظروف الفسيولوجية. حدث تدهور أسرع في البيئات الحمضية. كانت الألياف النانوية قوية ميكانيكيا في كل من الحالات الجافة والمنتفخة.
بعد مشاهدة هذا الفيديو ، نأمل أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إنشاء هيدروجيل قابل للتحلل ومستجيب للحرارة من خلال التحكم في الهندسة التي تصنع بها بوليمرات سلائف الجل. تذكر التأكد من أن وقت التبلور لسلائف البوليمر يتوافق مع احتياجات كل جسيم. سوف يمنع التبلور السريع جدا الميكروجيل وتصنيع الألياف النانوية.
سيؤدي التبلور البطيء جدا إلى أشكال متجانسة بالكامل. تمهد هذه التقنيات الطريق للباحثين في مجالات توصيل الأدوية وهندسة الأنسجة. وتصميم سقالات هيدروجيل محددة جيدا للتحكم في معدل أو موقع إطلاق الدواء أو تحفيز تجديد الأنسجة.
تقدم هذه المقالة بروتوكولات لتصنيع هيدروجيلات حرارية قابلة للتحلل باستخدام الترابط الهيدرازوني. تسمح الطرق بإنشاء هيدروجيلات على مستويات الحجم الكلي والميكرومتري والنانومتري، بما في ذلك نانوجزيئات الجل والألياف النانوية.
This protocol enables the fabrication of degradable thermoresponsive hydrogels across multiple length scales, addressing a key translational barrier in smart material development: the lack of biologically relevant degradation in conventional thermoresponsive polymers. By enabling renal clearance through hydrolytically degradable hydrazone cross-links, the method supports the translation of thermoresponsive hydrogels for applications requiring controlled residence time, such as metabolism-regulated drug delivery and transient tissue scaffolds. The approach provides a versatile platform for generating hydrogels with tunable size, shape, and degradation kinetics, facilitating preclinical evaluation of responsive materials under physiologically relevant conditions.
The method integrates into the discovery continuum from early target validation through lead optimization and preclinical development, providing degradable hydrogel platforms that can be adapted for screening, formulation, and mechanistic studies.