Fabricación de nanocristales micelar esférica y en forma de gusano combinando Electrospray, uno mismo-Asamblea y Control de la estructura de base solvente
11 de febrero de 2018
El presente trabajo describe un método para fabricar nanocristales micelar, una clase emergente importante de nanobiomaterials. Este método combina electrospray de arriba hacia abajo, de abajo hacia arriba uno mismo-Asamblea y el control de la estructura de base de solvente. El método de fabricación es en gran medida continuo, puede producir productos de alta calidad y posee un medio barato de control de la estructura.
El objetivo general de este procedimiento es fabricar nanocristales micelares mediante la combinación de electropulverización de arriba hacia abajo, autoensamblaje de abajo hacia arriba y un método económico de control de estructuras basado en solventes. Este método ofrece una buena manera de producir una clase emergente de nanobiomateriales conocidos como nanocristales micelares, que pueden ser útiles para la detección biomédica, la obtención de imágenes y la terapia. Las principales ventajas de esta técnica son, en primer lugar, que se trata de un proceso continuo.
En segundo lugar, produce productos de alta calidad. Y en tercer lugar, tiene una forma barata de controlar la estructura. Potencialmente, esta técnica podría adaptarse para producir también otros tipos de nanomateriales.
Para comenzar el procedimiento, disuelva 10 miligramos de puntos cuánticos hidrofóbicos en 20 mililitros de cloroformo o tetrahidrofurano, dependiendo de la forma de micela deseada. Agita la solución en vórtice durante 20 segundos. A continuación, disuelva 100 miligramos de polietilenglicol en bloque de poliestireno en 10 mililitros de cloroformo o THF, según la forma deseada.
Si la solución está en cloroformo, vórtice durante 20 segundos. Si la solución está en THF, sonicéla en un sonicador de baño durante dos minutos. Combine un mililitro de la solución de puntos cuánticos con un mililitro de la solución PS peg
.Agite la mezcla durante un minuto y luego extraiga la solución en una jeringa de PTFE de cinco mililitros etiquetada como Jeringa A. A continuación, combine 400 miligramos de alcohol polivinílico con 10 mililitros de agua desionizada. Revuelva la mezcla a 60 a 80 grados centígrados durante cuatro o cinco horas. Luego, deje que la solución de PVA se enfríe a temperatura ambiente.
Extraiga la solución de PVA enfriada en una jeringa de PTFE de cinco mililitros etiquetada como jeringa B.To comenzar a configurar el sistema de electrospray coaxial, inserte el capilar interno de acero inoxidable de calibre 27 en el conjunto capilar exterior de acero inoxidable de calibre 20. Atornille suavemente el capilar interno en su posición hasta que encuentre resistencia, teniendo cuidado de no apretar demasiado. Cargue la jeringa A en una bomba de jeringa.
Conecte la jeringa al capilar interno de la boquilla coaxial con 37 centímetros de tubo de PTFE. Cargue la jeringa B en otra bomba de jeringa y conecte la jeringa al capilar externo con 17 centímetros de tubo de PTFE. Coloque la punta de la boquilla coaxial a unos 0,8 centímetros por encima de un anillo de alambre de acero, con un diámetro de 1,5 centímetros fijado a una varilla metálica.
Coloque un plato colector de vidrio circular de 25 milímetros por 125 milímetros en un soporte aproximadamente 10 centímetros por debajo de la punta de la boquilla. Asegúrese de que la fuente de alimentación de alto voltaje de corriente continua esté apagada. Luego, conecte a tierra el anillo de acero conectándolo al terminal negativo de la fuente de alimentación.
Finalmente, conecte el terminal positivo de la fuente de alimentación a la aguja interior de la boquilla coaxial. Ajuste la bomba de jeringa A a 0,6 mililitros por hora y la bomba de jeringa B a 1,5 mililitros por hora. Encienda ambas bombas de jeringa y espere a que los caudales se estabilicen, como lo indican las gotas que se forman en la boquilla a un ritmo constante.
Verifique que no haya burbujas de aire en la tubería y que no haya fugas. A continuación, encienda la fuente de alimentación del sistema. Ajuste el voltaje aplicado, manteniéndose entre cinco y nueve kilovoltios, hasta que se observe un cono de sastre correctamente formado en la punta de la boquilla coaxial.
Luego, coloque 10 mililitros de agua desionizada en un nuevo plato de recolección. Sustituya el plato de recogida del conjunto por uno nuevo. Deje que el proceso de electropulverización se ejecute durante 40 minutos cuando se producen micelas esféricas, o 90 minutos cuando se producen micelas con forma de gusano.
A continuación, retire el plato de recolección. Detenga las bombas de jeringa y apague la fuente de alimentación. Deje reposar el plato del producto sin tapar en una campana extractora durante la noche para permitir que el solvente orgánico se evapore.
Luego, transfiera el producto a un tubo de centrífuga de 15 mililitros para su caracterización o uso. Almacene el producto a cuatro grados centígrados durante un máximo de un mes. La microscopía electrónica de transmisión de micelas producidas en cloroformo reveló partículas esféricas con un bajo número de encapsulación de nanocristales.
El tamaño de partícula era de aproximadamente 35 nanómetros. La formación adecuada del cono de sastre fue esencial para el autoensamblaje de las micelas. Un cono de sastre mal formado dio lugar a una producción infructuosa en general.
Cuando se utilizó THF como disolvente orgánico, se formaron micelas en forma de gusano a partir de la fusión de micelas esféricas autoensambladas. Después de 90 minutos, casi todos los nanocristales micelares observados tenían forma de gusano. El uso de THF también dio lugar a una mayor encapsulación de nanocristales que la observada en el cloroformo.
Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo hacer nanocristales micelares de diferentes formas utilizando nuestro método de fabricación, que es escalable, económico y brinda productos de buena calidad.
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Resumen
Este estudio presenta un método para fabricar nanocristales micelares, una clase importante de nanobiomateriales. El enfoque integra la electroaspersión de arriba hacia abajo, el autoensamblaje de abajo hacia arriba y el control estructural basado en disolventes, lo que resulta en un proceso de producción continuo y rentable.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Nanobiomateriales
- Aplicaciones biomédicas
- Técnicas de fabricación de nanocristales
Antecedentes
- Los nanocristales micelares son materiales emergentes con posibles aplicaciones biomédicas.
- Los métodos actuales de fabricación pueden carecer de eficiencia o rentabilidad.
- La combinación de diferentes técnicas de fabricación puede mejorar la calidad del producto.
- Comprender el control de la estructura es fundamental para las aplicaciones de nanomateriales.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un método continuo para la producción de nanocristales micelares.
- Explorar las ventajas de combinar las técnicas de electroaspersión y autoensamblaje.
- Proporcionar un medio económico para controlar la estructura de los nanocristales.
Métodos Utilizados
- Técnica de electroaspersión de arriba hacia abajo.
- Proceso de autoensamblaje de abajo hacia arriba.
- Métodos de control estructural basados en disolventes.
- Sistema de producción continua para una salida de alta calidad.
Resultados principales
- El método produce con éxito nanocristales micelares.
- Se obtienen productos de alta calidad mediante las técnicas combinadas.
- El control de la estructura se gestiona eficazmente a un bajo costo.
- La técnica muestra potencial para adaptarse a otros nanomateriales.
Conclusiones
- Este método de fabricación es un enfoque prometedor para nanobiomateriales.
- Los procesos continuos mejoran la eficiencia de producción.
- Las aplicaciones futuras podrían extenderse más allá de los nanocristales micelares.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Los nanocristales micelares fabricados mediante la combinación de electroaspersión, autoensamblaje y control estructural basado en disolventes ofrecen una vía escalable hacia nanobiomateriales avanzados para la investigación y el desarrollo biomédicos. La capacidad de ajustar la morfología de las micelas y la eficiencia de encapsulación influye directamente en el valor predictivo y el potencial traslacional de las plataformas basadas en nanopartículas para administración y obtención de imágenes. Este método aborda puntos críticos clave en las fases iniciales del descubrimiento y el desarrollo preclínico al permitir la producción reproducible de nanomateriales de alta calidad.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la evaluación sistemática de las relaciones estructura-función de nanomateriales para el direccionamiento biológico.
- Apoya la reducción mecanicista de riesgos mediante el control de la forma de las micelas y la encapsulación de nanocristales.
- Facilita la validación funcional de agentes de administración o de imagen basados en nanopartículas.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Proporciona lotes estandarizados y reproducibles de nanomateriales para ensayos biológicos posteriores.
- Permite la evaluación cuantitativa de la absorción celular y la eficiencia de direccionamiento basada en la morfología de las micelas.
- Facilita la producción a escala para el cribado de alto rendimiento de variantes de nanomateriales.
Investigación Translacional y Preclínica
- Alinea las propiedades de los nanomateriales con los requisitos de targeting relevantes para la enfermedad.
- Permite la continuidad desde la síntesis en fase de descubrimiento hasta la evaluación preclínica de biodistribución y targeting.
- Reduce el riesgo de captación no específica, apoyando estrategias traslacionales de biomarcadores.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
Este método de fabricación se integra en la continuidad desde el descubrimiento hasta la etapa preclínica al proporcionar una plataforma robusta para producir nanomateriales con propiedades ajustables.
- Biología de Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis sobre mecanismos de targeting y absorción de nanomateriales.
- Selección: Proporciona nanocristales reproducibles y con morfología controlada para ensayos biológicos comparativos.
- Análisis: Permite mediciones cuantitativas de la eficiencia de encapsulación y del tamaño de partícula mediante microscopía electrónica.
- Investigación Traslacional: Facilita la adecuación de las propiedades de los nanomateriales a las necesidades preclínicas de targeting y distribución biológica.
- Reutilización Empresarial: Ofrece una plataforma escalable y adaptable para diversos proyectos de desarrollo de nanomateriales.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Mejora la confianza predictiva en el rendimiento de los nanomateriales y su direccionamiento biológico.
- Valor operativo: Estandariza la producción y el control de la estructura para obtener resultados reproducibles.
- Valor estratégico: Mejora la toma de decisiones de avance o interrupción para candidatos basados en nanopartículas.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de plataformas de nanomateriales para su posterior desarrollo.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en la síntesis de nanomateriales y en instrumentación de electroaspersión.
- Exige acceso a herramientas analíticas como microscopía electrónica de transmisión para la caracterización del producto.
- Necesita la estandarización entre equipos en cuanto a la selección de disolventes y los parámetros del proceso.
- La adaptación a otros sistemas de nanomateriales puede requerir la optimización del protocolo.
- Las limitaciones actuales incluyen una encapsulación imperfecta y una continuidad del proceso incompleta, como se indica en la fuente.
