בודה חומרים פולימריים עבור יישומים ביו-הידרופובי

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא לייצר רשתות סיביות מתכלות וציפויים של ננו- או מיקרו-חלקיקים מתערובות של פולימרים ביו-רפואיים, ולכוונן את ההידרופיליות (wet ability) של חומרים אלו על ידי שינוי תערובת הקו-פולימר. דבר זה מושג תחילה על ידי סינתזה של קו-פולימרים פונקציונליים באמצעות פולימריזציה של פתיחת טבעת, ולאחר מכן על ידי השרצה של שרשראות פחמימנית C 18. בשלב שני, הקו-פולימרים מומסים יחד עם פוליקפרולקטון או לקטיד-קו-גליקוליד בממס אורגני, ולאחר מכן עוברים תהליך של אלקטרו-ספינינג (electro spinning) או אלקטרו-ספריי (electro spraying), מה שתוצאתו היא רשתות מיקרו-סיבים תלת-ממדיות או ציפויים של ננו-מיקרו-חלקיקים, בהתאמה.

לאחר מכן נערכים מחקרי גוניומטריה של זווית מגע על הרשתות והציפויים כדי להבין כיצד קוטר הסיב, הרכב הקו-פולימר והרכב התערובת משפיעים על הספיגביליות של הפנימה ומובילים לביומטריאלים סופר-הידרופוביים. התוצאות מראות כיצד ההידרופוביות מוגברת על ידי העלאת ריכוז הקו-פולימר בתערובת האלקטרוספינינג, כפי שנקבע על ידי מחקרי זווית מגע של מים במצב התקדמות ונסיגה. המשמעויות של טכניקה זו משתרעות למצבים כגון כימותרפיה, כיוון שחומרים אלו יכולים לשמש כמאגרי הולכה מקומיים של תרופות לשחרור ממושך של חומרים כלואים, כאשר שחרור התרופה הנלווה ניתן לבקרה באמצעות הרכב הפולימר וחספוס הפנימה.

כדי להתחיל, סנתז את המonomer הדרוש לניסוי על פי ההוראות בפרוטוקול הטקסט המצורף. לאחר מכן, חמם מראש אמבט שמן סיליקון ל-140 °C. מודד שתי מנות, 2.1 g כל אחת, של 5-benzel oxy 1,3-dioxin 2-one, והוסף אותן לבקבוקי תחתית עגולה נקיים ויבשים בנפח 100 mL.

שעתה, מודד 5.7 גרם של DL lactide והוסף אותם רק לאחד מהבקבוקרים הללו. הוסף מגנט לערבול לשני הבקבוקרים ואטום אותם בעזרת פקקי גומי. לאחר מכן, מודד 240 מיליגרם של tin two ethyl H, no eight בבקבוקר קטן בצורת אגס.

שטפו את שני הבקבוקונים המכילים את המONOMֶר בחנקן באמצעות סעפת (manifold) למשך חמש דקות, ולאחר מכן הוסיפו 4.24 milliliters של epsilon capralactone לבקבוקון המכיל רק חמישה benzo oxy one three dioxin, two own תחת זרימת חנקן. רוקנו את האטמוספירה מכל שלושת הבקבוקונים על ידי יישום ואקום גבוה של כ-300 millitorr למשך 15 דקות כדי להסיר שאריות מים. לאחר מכן, מלאו שוב את האטמוספירה של הבקבוקונים בחנקן, ושוב, יישמו ואקום גבוה. חזרו על מחזור זה insgesamt שלוש פעמים.

לאחר הניקוי האחרון תחת זרם חנקן, הניחו את בקבוקוני המונומר במסנן שמן בטמפרטורה של 140 degrees Celsius. לאחר מכן, הוסיפו 500 µL של טולואן יבש לבקבוק בצורת אגס המכיל את זר catalyst הבדיל תחת זרם חנקן, והוסיפו כ-100 µL מתמיסת הזר catalyst לתערובות המונומר. לאחר שכל המוצקים נמסו, שמרו את התערובת בטמפרטורה של 140 degrees Celsius למשך לא יותר מ-24 שעות.

לאחר מכן קוררו את הפולימר המותך לטמפרטורת החדר. לאחר הקירור, המסו את הפולימרים ב-50 milliliters של di chloro methane, ולאחר מכן שקיעו את התמיסה לתוך 200 milliliters של methanol קר. שפכו את הנוזל העליון וייבשו את הפולימר שנותר תחת ואקום גבוה.

יש לאחסן את הפולימרים המיובשים במקפיא בטמפרטורה של 20°C- עד לשימוש. להמשך, המיסו כ-6 g של הפולימר ב-120 mL של tetrahedran בתוך כלי הידרוגנציה בלחץ גבוה. לאחר מכן, הוסיפו 2 g של זרז palladium carbon.

בשלב הבא, הוסיפו מימן לכלי באמצעות מערכת להידרוגנציה. בצעו הידרוגנציה לכלי בלחץ של 50 PSI למשך ארבע שעות. עם סיום התהליך, סננו את הזרז פלדיום על פחם באמצעות מיטה דחוסה של אדמה דיאטומית.

לאחר מכן, רכז את הפולימר לכ- 50 milliliters באמצעות אידור סיבובי. שקיע את הנפח שנותר לתוך methanol קר. לאחר מכן, נקז את הנוזל העליון, ואז ייבש את הנפח שנותר תחת ואקום גבוה; המס את הפולימר המיובש יחד עם 1.5 שווה של steric acid ב- 500 milliliters של dye chloral methane יבש.

לאחר מכן, הוסיפו שתי מולות של DCC ושלושה פתיתים של dimethyl amino pyridine. ערבבו את התערובת תחת זרימת חנקן בטמפרטורת החדר למשך 24 שעות. הסירו את החומר הבלתי מסיס באמצעות סדרה של שלושה סינונים וריכוזים חוזרים.

בסיום, רכז את התמיסה ל-50 milliliters. לבסוף, השקע את הפולימר המרוכז לתוך 175 milliliters של methanol קר וסנן את הפולימר באמצעות משפך בור (boar funnel). לאחר מכן, ייבש את הפולימר תחת ואקום גבוה למשך לילה לצורך electro spinning; עבור polycaprolactone, המס את הפולימר למשך לילה בריכוז של 10% עד 40% בתערובת של chloroform ו-methanol ביחס של חמישה לאחד; עבור PLGA, המס את הפולימר למשך לילה בריכוז של 10% עד 40% בתערובת של tetrahedran ו-NN dimethylformamide ביחס של שבעה לשלושה לצורך electro spraying.

הכינו את תמיסות הפולימר בריכוז נמוך יותר, בטווח של 2% עד 10%, בממס כגון כלורופורם. לאחר מכן, טענו כ-4.5 milliliters מהתמיסה למזרק זכוכית המצויד במחט בכיול 18 gauge, והניחו את המזרק על משאבת המזרקים. לאחר מכן, הגדירו את קצב הגישתו של התמיסה ל-5 milliliters לשעה.

כסו את לוח האיסוף בנייר אלומיניום ואבטחו את הנייר באמצעות סרט דביק לאורך הקצוות החיצוניים. חברו את כבל ספק ה-DC למתח גבוה לקצה המחט ואת ההארקה לתופ תאיסוף. כניסיון ראשון.

כוון את המרחק בין הראש לאספן ל-15 סנטימטרים כדי לכסות שטח רחב. הפעל את תוף האספן המסתובב והמתרגם במהירות של 45 RPMs. לאחר מכן, הפעל את משאבת המזרק והפעל את מקור המתח הגבוה.

במתח של 5 kV, כווננו תחילה את המתח במידת הצורך כדי להשיג กรדיאנט (tailor cone) מקובל. לאחר שהמשאבה של המזרק עוצרת, כבו את מקור המתח הגבוה, ולאחר מכן את משאבת המזרק ואת התוף הממונע. השאירו את תא האלקטרו-ספינינג במצב של אוורור למשך 30 דקות לפחות.

לאחר מכן, הוציאו את הפולימר שנאסף מהתוף והניחו לממיסים שנותרו להתאדות במכסה מנוע למשך לילה. ניתן לאחסן דפי PGLA בטמפרטורת החדר למשך שבועיים לפחות, ודפי polycaprolactone ניתן לאחסן בטמפרטורת החדר עד חודשיים. גזרו רצועות של 0.5 סנטימטר על שלושה סנטימטר מהרשת או מהחומר המצופה, והניחו את הרצועה הדקה על הבמה של מד זווית מגע.

בגוניומטר, טפטפו טיפה של 5 µL מים באמצעות מחט 24 gauge כדי ליצור מגע עם פני השטח של החומר, המשיכו להוסיף באיטיות 20 עד 25 µL נוספים של מים וצלמו את תמונת הטיפה. נתון זה מייצג את זווית המגע של מים במצב התקדמות (advancing water contact angle). לאחר מכן, שאבו באיטיות את אותה טיפה תוך כדי צילום סימולטני של פרופיל הטיפה.

חזור על תהליך זה 10 פעמים במספר מיקומי פנים נפרדים כדי לדווח על ערך ממוצע. דימות SEM מגלה כי רשתות ה-electro spun הן תוצאה של מיקרוסיבים שזורים, וכי ציפויי ה-electro sprayed הם אוסף של חלקיקים בגדלים משתנים. תערובות של electro spinning ו-electro spraying מגלה כי ריכוז ה-copolymer dopamine משפיע על ההידרופוביות.

בנוסף, הרכב הפולימר משפיע על ההידרופוביות, כאשר תכולת PG C 18 גבוהה יותר מביאה לזוויות מגע גבוהות יותר כפי שמוצג כאן; ניתן לעקוב באופן לא הרסני לאורך זמן אחר ההרטבה הכוללת של רשתות אלקטרו-ספוני טבולות באמצעות מיקרו-טומוגרפיה ממוחשבת. בסדר התמונות העליון, רשת הפוליקפרולקטון הטהורה נרטבת במהירות ככל שהמים חודרים לחומר ביום הראשון.

לעומת זאת, הרשת המנוקדת ב-30%P-C-L-P-G-C 18 נותרה לא רטובה למשך יותר מ-75 ימים, כאשר אוויר נותר בתוך מבנה הגוף. תוצאות אלו ממחישות את חשיבותם של חומרים בעלי מבנה גוף סופר-הידרופובי לשימושם ביישומים שאינם רטובים. ברגע ששולטת התהליך, ניתן לבצע את פרוצדורת הכימיה של הפולימר תוך שלושה עד ארבעה ימים בלבד עם תכנון קפדני.

יתרה מכך, לאחר שזוהו פרמטרי electro spinning או electro spraying מתאימים, ניתן לבצע את ייצור הרשתות וציפוי החלקיקים בתוך שעה עד שלוש שעות, בהתאם לעובי הרצוי של חומרים אלו.