Fragmentierung von Bulk-Hydrogelen und Verarbeitung zu granularen Hydrogelen für biomedizinische Anwendungen

Granulare Hydrogele sind eine aufregende neue Klasse von Biomaterialien mit vielen vorteilhaften Eigenschaften. Wir hoffen, dass wir durch den Austausch dieser Methoden den Zugang und die Innovation von granularen Hydrogelen für biomedizinische Anwendungen verbessern können. Diese Technik ist einfach, kostengünstig, leicht an viele Chemikalien anpassbar und kann in praktisch jedem Labor implementiert werden.

Laden Sie eine 3-Milliliter-Spritze mit der Hydrogel-Vorläuferlösung. Entfernen Sie den Kolben von der Rückseite einer leeren 3-Milliliter-Spritze und fügen Sie eine Spitzenkappe an der Oberseite des Spritzenlaufs hinzu. Verwenden Sie eine 1.000-Mikroliter-Pipette, um die Hydrogel-Vorläuferlösung mit der Spitzenkappe in den Spritzenlauf zu übertragen.

Halten Sie den Spritzenlauf mit Hydrogel-Vorläuferlösung in einer Hand mit der Spitzenkappe nach unten und dem offenen Ende des Laufs nach oben. Bringen Sie den Spritzenkolben in die Öffnung der Rückseite des Spritzenzylinders zurück. Drücken Sie den Spritzenkolben vorsichtig in den Zylinder, gerade genug, um die Öffnung an der Rückseite des Spritzenzylinders abzudichten, und halten Sie den Kolben und den Spritzenzylinder vorsichtig zusammen, um sicherzustellen, dass die Rückseite des Spritzenzylinders mit dem Kolben verschlossen ist.

Drehen Sie die Spritze so um, dass der Kolben nach unten zeigt und die Spitzenkappe nun nach oben zeigt. Entfernen Sie die Spitzenkappe und drücken Sie den Kolben vorsichtig in den Spritzenlauf, bis die gesamte Luft aus der Spritze entfernt ist. Befestigen Sie die Spitzenkappe wieder an der Spritze.

Stellen Sie sicher, dass die Hydrogel-Vorläuferlösung in der 3-Milliliter-Spritze mit einer Spitzenkappe gesichert ist. Stellen Sie sicher, dass die richtige persönliche Schutzausrüstung und Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, bevor Sie die UV-Lampe einschalten. Legen Sie die 3-Milliliter-Spritze, die mit der Hydrogel-Vorläuferlösung beladen ist, für eine gewünschte Zeit unter die UV-Spot-Härtungslampe, um vollständig zu vernetzen.

Schalten Sie die UV-Lampe aus und entfernen Sie die Spritze. Stellen Sie sicher, dass das Hydrogel jetzt in der Spritze fotovernetzt ist. Entfernen Sie den Kolben von der Rückseite einer leeren 3-Milliliter-Spritze.

Befestigen Sie eine Tip Cap am Luer-Lock. Entfernen Sie die Spitzenkappe von der Spritze, die das fotovernetzte Bulk-Hydrogel enthält. Richten Sie die Oberseite der Hydrogelspritze mit der Öffnung des Zylinders auf der leeren Spritze aus.

Extrudieren Sie das Bulk-Hydrogel durch die Spritzenöffnung in den Lauf der leeren Spritze. Halten Sie die Spritze, die das extrudierte Hydrogel enthält, so, dass die Spitzenkappe nach unten zeigt und die Lauföffnung nach oben zeigt. Fügen Sie mit einer Pipette von 1.000 Mikrolitern 1,5 Mikroliter PBS in den Spritzenlauf ein.

Richten Sie den Spritzenkolben mit der Öffnung des Laufs aus und drücken Sie den Kolben gerade noch so weit ein, dass eine Abdichtung entsteht. Drehen Sie die Spritze so um, dass der Kolben jetzt nach unten zeigt und die Spitzenkappe nach oben zeigt, und stellen Sie sicher, dass der Kolben und der Spritzenlauf zusammengehalten werden, damit kein Hydrogel oder PBS austritt. Mehrmals invertieren, um das fragmentierte Hydrogel mit dem hinzugefügten PBS zu mischen.

Halten Sie die Spritze so, dass die Spitzenkappe nach oben und der Kolben nach unten zeigt. Entfernen Sie die Spitzenkappe. Drücken Sie den Kolben sehr vorsichtig nach oben, um Luft aus dem Inneren der Spritze zu entfernen.

Extrudieren Sie die fragmentierte Hydrogellösung durch eine Reihe von Nadeln, um fragmentierte Mikrogele zu erzeugen. Befestigen Sie eine stumpfe 18-Gauge-Nadel an der Oberseite der Spritze, die das fragmentierte Hydrogel und PBS enthält. Entfernen Sie den Kolben aus einer frischen 3-Milliliter-Spritze und befestigen Sie eine Spitzenkappe am leeren Spritzenlauf.

Extrudieren Sie die fragmentierte Hydrogellösung durch die 18-Gauge-Nadel in die Rückseite des leeren Spritzenfasses. Entsorgen Sie die leere Spritze und die Nadel in den richtigen Abfallstrom für scharfe Gegenstände. Wiederholen Sie das Extrudieren der Hydrogellösung mit einer 23-, 27- und 30-Gauge-Nadel.

Im letzten Extrusionsschritt extrudieren Sie die fragmentierte Mikrogellösung in Mikrozentrifugenröhrchen. Waschen und isolieren Sie die fragmentierte Mikrogel-Suspension. Mit einer Mikrozentrifuge wird die fragmentierte Mikrogellösung 5 Minuten lang mit 5.000 mal g abgeschleudert.

Verwenden Sie eine Pipette, um den Überstand zu entfernen. Fügen Sie 1 Milliliter PBS zu jedem Mikrozentrifugenröhrchen hinzu, das fragmentierte Mikrogele und Wirbel für 5 bis 10 Sekunden enthält. Kombinieren Sie 20 Mikroliter fragmentierte Mikrogelsuspension mit 180 Mikrolitern PBS, um eine verdünnte fragmentierte Mikrogelsuspension zu erzeugen.

Vortex zum gründlichen Mischen. Übertragen Sie 50 Mikroliter verdünnte fragmentierte Mikrogelsuspension auf einen Objektträger des Glasmikroskops. Verwenden Sie ein Epifluoreszenzmikroskop, um Bilder von fluoreszierend markierten Mikrogelen mit 4-fachem oder 10-fachem Zoom aufzunehmen.

Marmel fragmentierte Mikrogele mit vakuumgetriebener Filtration. Montieren und testen Sie die vakuumbetriebene Filtrationsvorrichtung. Befestigen Sie einen Buchner-Trichter in einem Filterkolben.

Verwenden Sie Schläuche, um den Filterkolben an eine Vakuumleitung anzuschließen. Legen Sie einen Membranfilter in den Buckner-Trichterbecher. Schalten Sie die Vakuumleitung ein, indem Sie das Wählschieber öffnen.

Testen Sie die Verbindung, indem Sie etwa 0,5 Milliliter PBS auf den Membranfilter pipettieren und beobachten Sie, dass das gesamte PBS durch den Filter geht und sich im Boden des Filterkolbens sammelt. Nachdem Sie die Vakuumleitung eingeschaltet und eine vollständige Abdichtung sichergestellt haben, wirbeln Sie die fragmentierte Mikrogellösung um. Mit einer 1.000-Mikroliter-Pipette wird die fragmentierte Mikrogellösung auf den Membranfilter übertragen.

Warten Sie etwa 30 Sekunden, bis das Vakuum PBS aus der Mikrogellösung gezogen hat. Schalten Sie die Vakuumleitung aus. Besorgen Sie sich eine frische 3-Milliliter-Spritze und entfernen Sie den Kolben.

Verwenden Sie einen Metallspatel, um das fragmentierte körnige Hydrogel aus dem Filter zu schöpfen und in die Rückseite des leeren Spritzenfasses zu geben. Bringen Sie den Kolben in die Spritze zurück. Laden Sie das fragmentierte körnige Hydrogel in die Spritze und es ist jetzt einsatzbereit.

Entfernen Sie die Spitzenkappe und ersetzen Sie sie durch eine Nadel Ihrer Wahl. Laden Sie die Spritze in die Druckplattform Ihrer Wahl. Laden Sie die vorbereitete G-Code-Datei aus der Planungsphase in die 3D-Drucksoftware.

Navigieren Sie zum Bedienfeld "Druckvorschau" und drücken Sie auf Drucken. Sobald die Druckabscheidung abgeschlossen ist, setzen Sie die fragmentierten granularen Hydrogelkonstrukte UV-Licht aus, um sie zu vernetzen und zu stabilisieren. Die Extrusionsfragmentierung ergibt Mikrogele mit gezackten Polygonformen mit Durchmessern von 10 bis 300 Mikrometern.

Die Zirkularität reicht von 0,2 bis fast 1 und das Seitenverhältnis von 1 bis 3. Diese Parameter beschreiben die unregelmäßigen und gezackten Mikrogelformen, die durch den Fragmentierungsprozess entstehen. Wenn das zusammengesetzte körnige Hydrogel entweder durch Zentrifugation oder vakuumgetriebene Filtration zusammengepackt wird, wird es scherdünner und selbstheilend.

Das fragmentierte körnige Hydrogel hat eine hohe Formtreue und mechanische Integrität für ein injizierbares Hydrogel. Neben der Verwendung fragmentierter granularer Hydrogele für den 3D-Druck können diese Systeme auch als In-vitro-Zellkulturplattformen sowie als injizierbare Systeme zur Gewebereparatur und Arzneimittelabgabe eingesetzt werden. Diese einfachen und kostengünstigen Methoden bringen die Vorteile von granularen Hydrogel-Biomaterialien für mehr Forscher und ermöglichen einen besseren Zugang zur Herstellung von granularem Hydrogel sowie Innovationen im Bereich der Biomaterialien.