Fragmenteren van bulkhydrogels en verwerking tot granulaire hydrogels voor biomedische toepassingen

Granulaire hydrogels zijn een spannende nieuwe klasse van biomaterialen met veel voordelige eigenschappen. Onze hoop is dat we door het delen van deze methoden de toegang en innovatie in granulaire hydrogels voor biomedische toepassingen kunnen vergroten. Deze techniek is eenvoudig, goedkoop, gemakkelijk aan te passen aan vele chemische stoffen en kan in vrijwel elk laboratorium worden geïmplementeerd.

Laad een spuit van 3 milliliter met de hydrogel-precursoroplossing. Verwijder de zuiger van de achterkant van een lege spuit van 3 milliliter en voeg een dop toe aan de bovenkant van de spuitloop. Gebruik een pipet van 1.000 microliter om de hydrogelprecursoroplossing met de dop van de tip in het spuitvat over te brengen.

Houd het spuitvat met hydrogelprecursoroplossing in één hand met de tipdop naar beneden gericht en het open uiteinde van het vat naar boven gericht. Breng de zuiger van de spuit terug naar de opening van de achterkant van de spuitvat. Duw de zuiger van de spuit voorzichtig in de loop, net genoeg om de opening aan de achterkant van het spuitvat af te sluiten, waarbij u de zuiger en het spuitvat voorzichtig bij elkaar houdt om ervoor te zorgen dat de achterkant van het spuitvat is afgesloten met de zuiger.

Keer de spuit zodanig om dat de zuiger naar beneden is gericht en de dop nu naar boven is gericht. Verwijder de dop van de tip en duw de zuiger voorzichtig in het vat van de spuit totdat alle lucht uit de spuit is verwijderd. Bevestig de dop opnieuw aan de spuit.

Zorg ervoor dat de hydrogelprecursoroplossing is bevestigd in de spuit van 3 milliliter met een tipdop. Zorg ervoor dat de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen en voorzorgsmaatregelen worden genomen voordat u de UV-lamp inschakelt. Plaats de spuit van 3 milliliter geladen met de hydrogel-precursoroplossing gedurende de gewenste tijd onder de UV-spothardingslamp om volledig foto-crosslink te maken.

Doe de UV-lamp uit en verwijder de spuit. Zorg ervoor dat de hydrogel nu met foto is verbonden in de spuit. Verwijder de zuiger van de achterkant van een lege spuit van 3 milliliter.

Bevestig een tipdop aan het luer-slot. Verwijder de dop van de spuit met de foto-crosslinked bulk hydrogel. Lijn de bovenkant van de hydrogelspuit uit met de opening van het vat op de lege spuit.

Extrudeer de bulkhydrogel door de spuitopening in de loop van de lege spuit. Houd de spuit met de geëxtrudeerde hydrogel zo vast dat de dop naar beneden is gericht en de opening van de loop naar boven is gericht. Gebruik een pipet van 1.000 microliter en voeg 1,5 microliter PBS toe aan de spuitloop.

Lijn de zuiger van de spuit uit met de opening van de loop en duw de zuiger nauwelijks genoeg naar binnen om een afdichting te creëren. Keer de spuit zodanig om dat de zuiger nu naar beneden is gericht en de tipdop naar boven is gericht, zorg ervoor dat de zuiger en de spuitcilinder bij elkaar op hun plaats worden gehouden, zodat er geen hydrogel of PBS uitlekt. Keer meerdere keren om om de gefragmenteerde hydrogel te mengen met de PBS toegevoegd.

Houd de spuit zo vast dat de dop naar boven is gericht en de zuiger naar beneden. Verwijder de tipdop. Duw de zuiger heel voorzichtig omhoog om eventuele lucht uit de binnenkant van de spuit te verwijderen.

Extrudeer de gefragmenteerde hydrogeloplossing door een reeks naalden om gefragmenteerde microgels te creëren. Bevestig een stompe naald van 18 gauge aan de bovenkant van de spuit met de gefragmenteerde hydrogel en PBS. Verwijder de zuiger uit een verse spuit van 3 milliliter en bevestig een dop op het lege spuitvat.

Extrudeer de gefragmenteerde hydrogeloplossing door de 18-gauge naald in de achterkant van de lege spuitloop. Gooi de lege spuit en naald weg in de juiste afvalstroom van scherpe punten. Herhaal het extruderen van hydrogeloplossing met een naald van 23, 27 en 30 gauge.

Extrudeer bij de laatste extrusiestap de gefragmenteerde microgeloplossing in microcentrifugebuizen. Was en isoleer de gefragmenteerde microgel suspensie. Draai met behulp van een microcentrifuge de gefragmenteerde microgeloplossing gedurende 5 minuten op 5.000 keer g.

Gebruik een pipet om het supernatant te verwijderen. Voeg 1 milliliter PBS toe aan elke microcentrifugebuis met gefragmenteerde microgels en vortex gedurende 5 tot 10 seconden. Combineer 20 microliter gefragmenteerde microgel suspensie met 180 microliter PBS om een verdunde gefragmenteerde microgel suspensie te creëren.

Vortex om grondig te mengen. Breng 50 microliter verdunde gefragmenteerde microgelsuspensie over naar een glazen microscoopglaasje. Gebruik een epifluorescente microscoop om beelden te maken van fluorescerend gelabelde microgels met 4x of 10x zoom.

Jam gefragmenteerde microgels met behulp van vacuüm aangedreven filtratie. Monteer en test het vacuümaangedreven filtratieapparaat. Bevestig een Buchner-trechter in een filterkolf.

Gebruik slangen om de filterkolf aan te sluiten op een vacuümleiding. Plaats een membraanfilter in de Buckner trechterbeker. Schakel de vacuümleiding in door de kiezerklep te openen.

Test de verbinding door ongeveer 0,5 milliliter PBS op het membraanfilter te pipetteren en merk op dat alle PBS door het filter gaat en zich verzamelt in de bodem van de filterkolf. Na het inschakelen van de vacuümleiding en het verzekeren van een volledige afdichting, vortex de gefragmenteerde microgel oplossing. Breng met een pipet van 1.000 microliter de gefragmenteerde microgeloplossing over op het membraanfilter.

Wacht ongeveer 30 seconden totdat het vacuüm PBS uit de microgeloplossing trekt. Schakel de vacuümleiding uit. Koop een verse spuit van 3 milliliter en verwijder de zuiger.

Gebruik een metalen spatel om de gefragmenteerde korrelige hydrogel uit het filter te scheppen en breng deze over in de achterkant van de lege spuitloop. Breng de zuiger terug naar de spuit. Laad de gefragmenteerde korrelige hydrogel in de spuit en deze is nu klaar voor gebruik.

Verwijder de dop en vervang deze door een naald naar keuze. Plaats de spuit in het afdrukplatform van uw keuze. Laad het voorbereide G-codebestand uit de planningsfase in de 3D-printsoftware.

Navigeer naar het deelvenster Afdrukvoorbeeld en druk op Afdrukken. Zodra de printafzetting is voltooid, stelt u de gefragmenteerde korrelige hydrogelconstructies bloot aan UV-licht voor fotocrosslinking en stabilisatie. Extrusiefragmentatie levert microgels op met gekartelde veelhoekige vormen met diameters variërend van 10 tot 300 micrometer.

De circulariteit varieert van 0,2 tot bijna 1 en de beeldverhouding varieert van 1 tot 3. Deze parameters beschrijven de onregelmatige en gekartelde microgelvormen gevormd door het fragmentatieproces. Wanneer de geassembleerde korrelige hydrogel samen wordt verpakt met behulp van centrifugatie of vacuümaangedreven filtratie, is het afschuifverdunnend en zelfherstellend.

De gefragmenteerde korrelige hydrogel heeft een hoge vorm en mechanische integriteit voor een injecteerbare hydrogel. Naast het gebruik van gefragmenteerde granulaire hydrogels voor 3D-printen, kunnen deze systemen ook worden gebruikt als in vitro celkweekplatforms, evenals injecteerbare systemen voor weefselherstel en medicijnafgifte. Deze eenvoudige en goedkope methoden brengen de voordelen van granulaire hydrogel-biomaterialen naar meer onderzoekers, waardoor ze meer toegang hebben tot granulaire hydrogelfabricage en innovatie op het gebied van biomaterialen.