Name: Podstawy elektroprzędzenia: optymalizacja parametrów roztworu i aparatury (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-01-21T17:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 57 s
Description: Poznaj technikę elektroprzędzenia nanowłókien do zastosowań w inżynierii tkanek. Naucz się optymalizować parametry roztworu i aparatury, aby uzyskać włókna o pożądanej morfologii i umożliwić wzrost komórek.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Praca ta była wspierana przez NIH K08 EB003996 oraz grant 2573 z Paralyzed Veterans of America Research Foundation.

1. Wybór polimeru
<ol>
<li>Wybierz polimer (np. poli(L-mleczan) (PLLA), polikaprolakton (PCL), polistyren (PS) lub nylon) zgodnie z wymaganiami (np. biodegradowalny, termoplastyczny lub sieciowalny) oraz odpowiedni rozpuszczalnik dla tego polimeru. Dobierz odpowiednie środki ochrony osobistej w zależności od dokonanego wyboru.</li>
<li>Wybierz podłoże w zależności od zastosowania (np. szkło, tworzywo sztuczne, metal lub wafle krzemowe).</li>
</ol>
2. Wybór kolektora
<ol>
<li>Wybierz geometrię kolektora zgodnie ze swoimi specyfikacjami. Włókna przypadkowe można zbierać na płytkach stacjonarnych. Włókna uporządkowane można zbierać na szybko obracających się kołach, bębnach lub prętach, a także na płytkach równoległych.</li>
<li>Kolektor musi być przewodzący i musi pozostać odizolowany od swojej osi w taki sposób, aby można go było uziemić bez jednoczesnego uziemiania sąsiednich przedmiotów, blatu stołu itp.</li>
</ol>
3. Empiryczne przybliżenie krytycznego stężenia splątania1
<ol>
<li>Przygotować kilka wariantów stężeń polimeru (np. 4, 10, 15, 20, 30 wt%) i wybrać stężenie, które wykazuje właściwości płynne (roztwór powinien być lepką cieczą, a nie żelem), aby rozpocząć pracę.</li>
<li>Przygotować aparat do elektroprzędzenia2,3,4,5 (patrz Rysunek 1)
<ol>
<li>Załadować pompę strzykawkową i ustawić prędkość pompowania w taki sposób, aby każda kropla roztworu usunięta z końcówki była natychmiast zastępowana.</li>
<li>Uziomić kolektor i przymocować przewód wysokiego napięcia do płyty przewodzącej (małego kwadratu materiału przewodzącego, np. folii aluminiowej, przez którą wystaje końcówka strzykawki).</li>
<li>Uruchomić obrót koła.</li>
<li>Przed włączeniem zasilacza upewnić się, że jest on ustawiony na zero.</li>
</ol>
</li>
<li>Obserwować strumień
<ol>
<li>Powoli zwiększać napięcie i obserwować kroplę roztworu na końcówce igły.</li>
<li>Dostosować napięcie tak, aby uzyskać długi i stabilny strumień. Jeśli nie udaje się uzyskać stabilnego strumienia, należy skorygować stężenie roztworu polimeru. Przykład podano w Tabeli 1.</li>
</ol>
</li>
</ol>
4. Rozwiązywanie problemów – strumień:
<ol>
<li>Problemy z widocznością strumienia
<ol>
<li>Należy użyć ciemnego matowego tła i umieścić jednokierunkowe źródło światła (np. latarkę) pomiędzy obserwatorem a strumieniem (patrz Rysunek 2).</li>
</ol>
</li>
<li>Kapanie z końcówki strzykawki
<ol>
<li>Jeśli roztwór polimeru kapie pionowo w dół, bez przyciągania do koła, należy upewnić się, że płyta przewodząca styka się z końcówką igły, a kolektor jest uziemiony.</li>
<li>Jeśli kropla roztworu polimeru na końcówce strzykawki przechyla się w stronę koła, ale nie tworzy strumienia, należy zwiększyć napięcie. Jakość strumienia można regulować, zmieniając odległość i napięcie, aż do momentu uzyskania stabilnego strumienia. Sugerowane odległości wraz z odpowiadającymi im napięciami dla 4% roztworu PLLA i płyty przewodzącej o wymiarach 8x8 cm przedstawiono na Rysunku 3.</li>
</ol>
</li>
<li>Tworzenie się dużych grudek na końcówce strzykawki
<ol>
<li>Gdy roztwór polimeru zaczyna gromadzić się i twardnieć na końcówce igły, należy usunąć grudkę za pomocą ręcznika papierowego przymocowanego do nieprzewodzącego patyczka.</li>
</ol>
</li>
<li>Oscylujące lub „wachlujące” strumienie 
Gdy strumień gwałtownie waha się w górę i w dół, należy zmniejszyć napięcie lub zwiększyć odległość między końcówką strzykawki a kołem. Jeśli strumień nadal waha się, należy zastosować wyższe stężenie polimeru lub dodać niewielką ilość rozpuszczalnika o wolniejszym parowaniu.</li>
<li>Krótkie lub przerywane strumienie 
Najwyższą jednorodność i wyrównanie uzyskuje się przy widocznych, stabilnych strumieniach, które stykają się z kołem obracającym się z wysoką prędkością obrotową. W przypadku strumieni krótkich i przerywanych, zwiększenie stężenia roztworu polimeru, dodanie większej ilości wolno parującego rozpuszczalnika oraz regulacja napięcia pozwolą poprawić długość i stabilność strumienia.</li>
</ol>
5. Rozwiązywanie problemów – morfologia włókien6,7,8 (patrz Rycina 4)
<ol>
<li>Tworzenie się kulek (beading) 
W przypadku pojawienia się kulek w włóknach należy zwiększyć stężenie roztworu polimeru oraz upewnić się, że płyta przewodząca utrzymuje stały kontakt z igłą, a uziemiona szczotka druciana ma stały kontakt z kołem.</li>
<li>Wstęgi i zlewające się włókna 
Gdy włókna tworzą wstęgi lub zlewają się ze sobą, należy zastosować wyższe stężenie polimeru lub rozpuszczalnik o wyższej szybkości odparowania (bardziej lotny).</li>
<li>Włókna zwinięte w spirale lub faliste 
Gdy włókna tworzą fale lub spirale, należy zwiększyć prędkość koła lub oddalić końcówkę igły od kolektora. Należy również sprawdzić, czy płyta przewodząca i kolektor nie wibrują.</li>
<li>Porowatość9 
Jeśli pożądane są pory, należy zastosować szybko odparowujący rozpuszczalnik. Jeśli pory nie są pożądane, należy spróbować dodać niewielką ilość współrozpuszczalnika, który jest mniej lotny niż główny rozpuszczalnik.</li>
<li>Orientacja10 
Gdy kolektor obraca się z niską prędkością (RPM) lub pozostaje w spoczynku, jakość orientacji włókien jest słaba. Można poprawić orientację poprzez zwiększenie prędkości obrotowej koła.</li>
</ol>
6. Reprezentatywne wyniki:
Przejdź do Rysunku 4, aby zobaczyć obrazy typowych wyników dla włókien.
<img src="/files/ftp_upload/2494/2494fig1.jpg" alt="Schemat elektroprzędzenia, mechanizm strumieniowania i chłostania, układ do produkcji włókien." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 1"> 
Rysunek 1. Typowa konfiguracja do elektroprzędzenia. Roztwór polimeru (niebieski) jest dozowany z pompy strzykawkowej (pomarańczowa). Zasilacz wysokiego napięcia DC (zielony) uziemia szybko obracający się kolektor kołowy (szary), na którym zbierane są uporządkowane nanowłókna. Strumień polimeru między strzykawką a kolektorem składa się ze stabilnego segmentu przepływu oraz szybko oscylującego segmentu biczującego.
<img src="/files/ftp_upload/2494/2494fig2.jpg" alt="Układ eksperymentu dyfrakcji laserowej; wiązka przechodząca przez szczelinę w badaniu interferencji fal; zasady optyki." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rycina 2. Strumień stabilny jest widoczny przy wypływie z końcówki strzykawki; strumień niestabilny jest zbyt mały, aby był widoczny.
Wyznaczanie przybliżonego krytycznego stężenia splątania PLLA
<table border="1">
<tbody>
 <tr>
 <td>PLLA (% masy/objętości)</td>
 <td>Obserwacja</td>
 <td>Korekta stężenia</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>0.5</td>
 <td>Kapanie; brak strumienia</td>
 <td>Zwiększenie</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>2.0</td>
 <td>Wyrzucanie małych kropel; brak strumienia</td>
 <td>Niewielko zwiększyć</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>4.0</td>
 <td>Stały strumień</td>
 <td>Dobrze</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>6.0</td>
 <td>Wyrzucanie dużych kropel lub grudek</td>
 <td>Niewielko zmniejszyć</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>12.0</td>
 <td>Agregacja na końcówce; brak strumienia</td>
 <td>Zmniejszenie</td>
 </tr>
</tbody>
</table>
Tabela 1. Przykład przedstawiający wyznaczanie przybliżonego krytycznego stężenia splątania PLLA. Testowane są różne stężenia polimeru, a powstające strugi obserwuje się do momentu uzyskania stabilnego strumienia.
<img src="/files/ftp_upload/2494/2494fig3.jpg" alt="Wykres zależności napięcia odległości; analiza wyładowań elektrostatycznych wykazująca obszary stabilności strumienia." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rycina 3. Odległość między końcówką strzykawki a kolektorem musi być zrównoważona z przyłożonym napięciem, aby uzyskać stabilny strumień włókien. Nadmierne napięcie powoduje powstanie oscylującego lub „chybotliwego” strumienia, co skutkuje gorszym uporządkowaniem włókien. Gdy napięcie jest zbyt niskie, strumień nie powstanie, a roztwór będzie jedynie ściekać z końcówki strzykawki. Fioletowy obszar powyżej przedstawia zakres napięcia, w którym dla PLLA można uzyskać stabilny strumień, w zależności odległości strzykawki od kolektora.
<img src="/files/ftp_upload/2494/2494fig4.jpg" alt="Obrazy SEM nanofibryli otrzymanych metodą elektroprzędzenia, przedstawiające morfologię włókien do analizy materiałowej." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rycina 4. Włókna otrzymywane metodą elektroprzędzenia mogą wykazywać różnorodne morfologie, w tym obecność kropel (A), wstążek (B), zawijasów (C), porowatych grudek (D), dobrego uporządkowania (E) oraz słabego uporządkowania (F).

<ol><li>Shenoy, S. L., Bates, W. D., Frisch, H. L., Wnek, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+chain+entanglements+on+fiber+formation+during+electrospinning+of+polymer+solutions%3A+good+solvent%2C+non-specific+polymer-polymer+interaction+limit%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Role of chain entanglements on fiber formation during electrospinning of polymer solutions: good solvent, non-specific polymer-polymer interaction limit.</a> Polymer. 46, 3372-3384 (2005).</li>
<li>Gertz, C. C., Leach, M. K., Birrel, L. K., Martin, D. C., Feldman, E. L., Corey, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accelerated+neuritogenesis+and+maturation+of+primary+spinal+motor+neurons+in+response+to+nanofibers%5BTitle%5D)+AND+%22Dev.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Accelerated neuritogenesis and maturation of primary spinal motor neurons in response to nanofibers.</a> Dev. Neurobiol. 70, 589-603 (2010).</li>
<li>Lin, D. Y., Johnson, M. A., Vohden, R. A., Chen, D., Martin, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailored+nanofiber+morphologies+using+modulated+electrospinning+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Mat.+Res.+Soc.+Symp.+Proc%22%5BJournal%5D)">Tailored nanofiber morphologies using modulated electrospinning for biomedical applications.</a> Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 736, D3.8.1-D3.8.6 (2003).</li>
<li>Corey, J. M., Gertz, C. C., Wang, B. S., Birrell, L. K., Johnson, S. L., Martin, D. C., Feldman, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+design+of+electrospun+PLLA+nanofiber+scaffolds+compatible+with+serum-free+growth+of+primary+motor+and+sensory+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Acta.+Biomater%22%5BJournal%5D)">The design of electrospun PLLA nanofiber scaffolds compatible with serum-free growth of primary motor and sensory neurons.</a> Acta. Biomater. 4, 863-875 (2008).</li>
<li>Corey, J. M., Lin, D. Y., Mycek, K. B., Chen, Q., Samuel, S., Feldman, E. L., Martin, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aligned+electrospun+nanofibers+specify+the+direction+of+dorsal+root+ganglia+neurite+growth%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res.+A%22%5BJournal%5D)">Aligned electrospun nanofibers specify the direction of dorsal root ganglia neurite growth.</a> J. Biomed. Mater. Res. A. 83, 636-645 (2007).</li>
<li>Tan, S. -H., Kotaki, M., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+parameter+study+for+ultra-fine+fiber+fabrication+via+electrospinning+process%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Systematic parameter study for ultra-fine fiber fabrication via electrospinning process.</a> Polymer. 46, 6128-6134 (2005).</li>
<li>Yang, F., Murugan, R., Wang, S., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospinning+of+nano%2Fmicro+scale+poly%28L-lactic+acid%29+aligned+fibers+and+their+potential+in+neural+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Electrospinning of nano/micro scale poly(L-lactic acid) aligned fibers and their potential in neural tissue engineering.</a> Biomaterials. 26, 2603-2610 (2005).</li>
<li>Li, W., Laurencin, C. T., Caterson, E. J., Tuan, R. S., Ko, F. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospun+nanofibrous+structure%3A+A+novel+scaffold+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res.+A%22%5BJournal%5D)">Electrospun nanofibrous structure: A novel scaffold for tissue engineering.</a> J. Biomed. Mater. Res. A. 60, 613-621 (2002).</li>
<li>Kim, C. H., Jung, Y. H., Kim, H. Y., Lee, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+collector+temperature+on+the+porous+structure+of+electrospun+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Macromol.+Res%22%5BJournal%5D)">Effect of collector temperature on the porous structure of electrospun fibers.</a> Macromol. Res. 14, 59-65 (2006).</li>
<li>Wang, H. B., Mullins, M. E., Cregg, J. M., Hurtado, A., Oudega, M., Trombley, M. T., Gilbert, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creation+of+highly+aligned+electrospun+poly-L-lactic+acid+fibers+for+nerve+regeneration+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">Creation of highly aligned electrospun poly-L-lactic acid fibers for nerve regeneration applications.</a> J. Neural Eng. 6, (2009).</li>
</ol>

Nie zadeklarowano konfliktów interesów.

Uwaga: Większość przedstawionych tutaj przykładów dotyczy elektroprzędzenia nanowłókien z kwasu poli-L-mlekowego (PLLA). Wynika to po prostu z faktu, że PLLA jest polimerem najczęściej przędzionym w naszym laboratorium. Pomyślnie stosowaliśmy jednak opisane metody do elektroprzędzenia innych polimerów (np. PLGA, PCL, PS) i uważamy, że zaprezentowane tutaj techniki można z łatwością zastosować do większości roztworów polimerów o średniej i wysokiej masie cząsteczkowej.

<table><tbody><tr><td>Zasilacz DC wysokiego napięcia</td><td>Gamma High Voltage</td><td>ES40P-5W</td><td></td></tr><tr><td>Pompa strzykawkowa</td><td>KD Scientific</td><td>KDS100</td><td></td></tr><tr><td>Folia aluminiowa</td><td>Reynolds Wrap</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tępe końcówki metalowe, 23ga</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-850-102</td><td></td></tr><tr><td>Strzykawka polipropylenowa</td><td>BD Biosciences</td><td>309585</td><td></td></tr><tr><td>Kolektor obrotowy lub stacjonarny</td><td>Wykonanie własne</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Różne żabki i przewody</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dimetyloformamid</td><td>Fisher Scientific</td><td>AC11622-0010</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform</td><td>Fisher Scientific</td><td>AC42355-0040</td><td></td></tr><tr><td>PLLA</td><td>Boehringer Ingeheim</td><td>Resomer L210</td><td></td></tr><tr><td>PLGA 85:15</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>43471</td><td></td></tr><tr><td>Taśma węglowa</td><td>Ted Pella, Inc.</td><td>13073-1</td><td></td></tr></tbody></table>

podstawy elektroprzędzenia: optymalizacja parametrów roztworu i aparatury

Electrospinning Fundamentals: Optimizing Solution and Apparatus Parameters

Wykazano, że rusztowania z nanowłókien otrzymywanych metodą elektroprzędzenia przyspieszają dojrzewanie, poprawiają wzrost i kierują migrację komórek in vitro. Elektroprzędzenie jest procesem, w którym naładowany strumień polimeru jest zbierany na uziemionym kolektorze; szybko rotujący kolektor prowadzi do powstania uporządkowanych nanowłókien, natomiast kolektory stacjonarne skutkują powstaniem mat z włóknami o losowej orientacji. Strumień polimeru tworzy się, gdy przyłożony ładunek elektrostatyczny pokonuje napięcie powierzchniowe roztworu. Dla danego polimeru istnieje minimalne stężenie, zwane krytycznym stężeniem zaplątania, poniżej którego nie można uzyskać stabilnego strumienia i nie powstają nanowłókna – choć możliwe jest uzyskanie nanocząstek (elekrospray). Stabilny strumień składa się z dwóch obszarów: segmentu laminarnego (streaming segment) i segmentu biczującego (whipping segment). Podczas gdy biczujący strumień jest zazwyczaj niewidoczny gołym okiem, segment laminarny jest często widoczny w odpowiednich warunkach oświetleniowych. Obserwacja długości, grubości, spójności i ruchu strumienia jest przydatna do przewidywania orientacji i morfologii tworzonych nanowłókien. Krótki, nierównomierny, niespójny i/lub oscylujący strumień wskazuje na szereg problemów, w tym na słabe uporządkowanie włókien, tworzenie się kropel (beading), rozpryskiwanie oraz powstawanie wzorów spiralnych lub falistych. Strumień można zoptymalizować poprzez dostosowanie składu roztworu oraz konfiguracji aparatury do elektroprzędzenia, optymalizując w ten sposób orientację i morfologię otrzymywanych włókien. W niniejszym protokole przedstawiamy procedurę konfiguracji podstawowej aparatury do elektroprzędzenia, empirycznego wyznaczania przybliżonego krytycznego stężenia zaplątania roztworu polimeru oraz optymalizacji procesu elektroprzędzenia. Dodatkowo omawiamy niektóre typowe problemy i techniki rozwiązywania usterek.

Techniki elektroprzędzenia pozwalają na tworzenie różnorodnych rusztowań nanowłóknistych do inżynierii tkankowej lub innych zastosowań. Opisujemy tutaj procedurę optymalizacji parametrów roztworu i aparatury do elektroprzędzenia w celu uzyskania włókien o pożądanej morfologii i orientacji. Przedstawiono również typowe problemy oraz techniki rozwiązywania problemów.

Podstawy elektroprzędzenia: optymalizacja parametrów roztworu i aparatury

Wykazano, że rusztowania z nanowłókien otrzymywanych metodą elektroprzędzenia przyspieszają dojrzewanie, poprawiają wzrost i kierują migracją komórek in vitro. ...

Niniejszy eksperyment demonstruje elektroprzędzenie rusztowań nanowłóknistych służących jako struktury pozakomórkowe do podtrzymywania komórek in vitro oraz in vivo. Należy rozpocząć od wyboru rozpuszczalnika polimerowego oraz geometrii kolektora odpowiednich dla pożądanego rodzaju nanowłókien. Najważniejszym etapem tego procesu jest wyznaczenie krytycznego stężenia splątania, powyżej którego możliwe jest formowanie włókien.Kolejnym krokiem jest dostosowanie systemu w celu uzyskania odpowiedniej gęstości średnicy i orientacji włókien. Pożądane obrazy z mikroskopii elektronowej wskazują na różne rodzaje włókien, które można prząść. Wykazano, że takie rusztowania z nanowłókien otrzymywane metodą elektroprzędzenia przyspieszają dojrzewanie, poprawiają wzrost i kierują migracją komórek w warunkach in vitro.Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą napotykają trudności, ponieważ elektroprzędzenie może być procesem kapryśnym. Demonstracje wizualne tej metody są kluczowe, gdyż etapy optymalizacji aparatury są trudne do zrozumienia bez wcześniejszego doświadczenia w elektroprzędzeniu. Wybierając polimer i rozpuszczalnik do elektroprzędzenia, należy wziąć pod uwagę takie cechy jak biodegradowalność, termoplastyczność i zdolność do sieciowania, mając na uwadze docelowe zastosowanie.Następnie określ odpowiedni sprzęt ochrony indywidualnej, wymagany w zależności od dokonanych wyborów. Potem wybierz podłoże do zbierania nanowłókien, takie jak szkło, plastik, metal lub płytek krzemowych. Teraz wybierz geometrię kolektora.Włókna o przypadkowym ułożeniu są zbierane na płytach stacjonarnych. Podczas gdy włókna uporządkowane mogą być zbierane na szybko obracających się kołach, bębnach, prętach lub płytach równoległych, należy upewnić się, że kolektor jest przewodzący i pozostaje odizolowany w taki sposób, aby można go było uziemić bez uziemiania sąsiadujących obiektów. W przypadku kolektorów obrotowych koło powinno być odizolowane od swojej osi.Aby empirycznie przybliżyć krytyczne stężenie splątania, należy przygotować kilka próbnych stężeń polimeru, a następnie spośród nich wybrać stężenie, które wykazuje właściwości płynięcia. Roztwór powinien być lepką cieczą, a nie żelem. Następnie należy przygotować aparat do elektroprzędzenia.Strzykawkę należy umieścić w odległości 20 centymetrów od kolektora, aby rozpocząć ładowanie pompy strzykawkowej wybranym roztworem, a następnie ustawić prędkość pompy tak, aby każda kropla roztworu usunięta z końcówki była natychmiast zastępowana. Uziemić kolektor i przypiąć przewód wysokiego napięcia do płyty przewodzącej. Przed rozpoczęciem obrotu koła upewnić się, że zasilacz jest ustawiony na zero; podczas powolnego zwiększania napięcia obserwować kroplę roztworu na końcówce igły oraz monitorować strumień.Nadal reguluj napięcie, aby uzyskać długi i stabilny strumień. Jeśli nie udaje się uzyskać stabilnego strumienia, najpierw dostosuj stężenie roztworu polimeru. Jeśli strumień jest słabo widoczny, użyj ciemnego matowego tła i umieść jednokierunkowe źródło światła pomiędzy obserwatorem a strumieniem.Czasami roztwór polimeru ścieka bezpośrednio z końcówki strzykawki, nie wykazując przyciągania do koła. W takim przypadku należy upewnić się, że płyta przewodząca styka się z końcówką igły, a kolektor jest uziemiony. Jeśli kropla roztworu polimeru na końcówce strzykawki nachyla się w kierunku koła, ale nie tworzy strumienia, należy zwiększyć napięcie.Wprowadzać korekty, zmieniając odległość i napięcie, aż do uzyskania stabilnego strumienia. Gdy na końcówce strzykawki pojawią się duże grudki polimeru, należy je usunąć za pomocą ręcznika papierowego przymocowanego do nieprzewodzącego patyczka. Aby skorygować oscylujący lub chwiejący się strumień, należy obniżyć napięcie lub zwiększyć odległość między końcówką strzykawki a kołem.Jeśli strumień nadal drga, należy zastosować wyższe stężenie polimeru lub dodać do roztworu niewielką ilość rozpuszczalnika o wolniejszym tempie parowania. Widoczne, stabilne strumienie, które nawiązują obserwowalny kontakt z kołem ustawionym na wysoką prędkość obrotową, zapewniają najwyższą jakość jednorodności i wyrównania. Aby zwiększyć długość i stabilność strumienia, który jest krótki i przerywany, należy zwiększyć stężenie roztworu polimeru.Dodaj więcej wolno odparowującego rozpuszczalnika lub dostosuj napięcie. Czasami podczas zbierania przypadkowych włókien na nieruchomej płytce, włókna mogą zacząć tworzyć arkusze lub przędz w powietrzu. Jest to oznaka, że ustawione napięcie jest zbyt wysokie.W przypadku zaobserwowania kulek w włóknach należy zwiększyć stężenie roztworu polimeru oraz upewnić się, że płyta przewodząca utrzymuje stały kontakt z igłą, a uziomiona szczotka druciana ma ciągły kontakt z kołem. Dodatkowo należy dążyć do uzyskania stabilnego strumienia. Przerywany strumień często wskazuje na powstawanie włókien z kuleczkami.Jeśli włókna tworzą wstążki lub zlewają się ze sobą, należy zastosować wyższe stężenie polimeru lub rozpuszczalnik o szybszym tempie parowania. W przypadku tworzenia się fal lub zakręceń należy zwiększyć prędkość obrotową koła lub odsunąć końcówkę igły od kolektora. Należy również sprawdzić, czy płyta przewodząca i kolektor nie wibrują.Czasami pożądana jest przerwa, w takim przypadku należy po prostu użyć szybko odparowującego rozpuszczalnika. Jeśli jednak pory nie są pożądane, należy spróbować dodać niewielką ilość rozpuszczalnika pomocniczego, który jest mniej lotny niż rozpuszczalnik główny. Gdy kolektor porusza się z niską prędkością obrotową (RPM) lub pozostaje w spoczynku, jakość wyrównania jest słaba.Zwiększ stopień uporządkowania, zwiększając prędkość obrotową koła. Nanowłókna otrzymane metodą elektroprzędzenia są skuteczne w hodowli i badaniu różnych typów komórek. Na przykład pierwotne neurony szczura można barwić na beta-tubulinę oraz użyć barwnika jądrowego dpi.Ważne jest, że włókna można również zwizualizować, gdy do roztworu prziądzenia dodano barwnik, taki jak rodamina siarkowa, po jego opracowaniu. Technika ta pozwoliła badaczom z dziedziny biomateriałów i biologii komórki na zbadanie oddziaływań między komórkami a różnymi cechami i geometriami nanotopograficznymi. Należy pamiętać, że praca z wysokimi napięciami może być niezwykle niebezpieczna i podczas wykonywania tej procedury należy zawsze podjąć środki ostrożności w celu odizolowania operatora od aparatury.

electrospinning-fundamentals-optimizing-solution-apparatus

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Podstawy elektroprzędzenia: Optymalizacja parametrów roztworu i urządzenia

W niniejszym artykule omówiono proces elektroprzędzenia polimerów do inżynierii tkankowej i hodowli komórkowych. W szczególności opisano elektroprzędzenie makromerów fotoreaktywnych z dodatkowymi możliwościami przetwarzania w postaci fotopatronowania oraz elektroprzędzenia wielopolimerowego.

Elektroprzędzenie włóknistych rusztowań polimerowych do inżynierii tkankowej i hodowli komórkowych

Rusztowania otrzymane metodą elektroprzędzenia mogą być poddawane obróbce po produkcji w celu zastosowania ich w inżynierii tkankowej. W niniejszym opracowaniu opisujemy metody przędzenia złożonych rusztowań (poprzez przędzenie sekwencyjne), tworzenia rusztowań o większej grubości (poprzez nakładanie wielu warstw z wykorzystaniem wyżarzania termicznego lub parowego), zapewniania sterylności (produkcja aseptyczna lub sterylizacja po produkcji) oraz uzyskiwania odpowiednich właściwości...

Obróbka potransprodukcyjna włókien otrzymywanych metodą elektroprzędzenia do inżynierii tkankowej

Ten protokół łączy elektroprzędzenie i mikrosfery w celu opracowania rusztowań inżynierii tkankowej do kierowania neuronami. Czynnik wzrostu nerwów zamknięto w mikrosferach PLGA i elektroprzędzono w rusztowania włókniste z kwasem hialuronowym (HA).  Bioaktywność białka badano poprzez wysiewanie rusztowań pierwotnymi zwojami korzenia grzbietowego piskląt i hodowlę przez 4-6 dni.

Elektroprzędzenie Czynnik wzrostu uwalniający mikrosfery do włóknistych rusztowań

Elektroprzędzenie to fascynująca technika używana do wytwarzania włókien na mikro- i nanoskalę z szerokiej gamy materiałów. Splątanie molekularne polimerów składowych w przędzalniczym domieszku jest niezbędne do udanego elektroprzędzenia. Przedstawiamy protokół wykorzystania reologii do oceny elektroprzędzowalności dwóch biopolimerów, skrobi i pullulanu.

Splątanie molekularne i elektrowirowalność biopolimerów

Postępy w technologiach biomateriałów umożliwiają rozwój trójwymiarowych konstruktów wielokomórkowych. Opracowaliśmy protokoły elektroprzędzenia w celu wytworzenia trzech pojedynczych rusztowań do hodowli głównych komórek strukturalnych dróg oddechowych, aby zapewnić model 3D in vitro ściany oskrzelików dróg oddechowych.

Dostosowanie procesu elektroprzędzenia w celu zapewnienia trzech unikalnych środowisk dla trójwarstwowego modelu ściany dróg oddechowych in vitro

Dwu- i trójwymiarowe superhydrofobowe materiały polimerowe są przygotowywane przez elektroprzędzenie lub elektronatryskiwanie biodegradowalnych polimerów zmieszanych z polimerem o niższej energii powierzchniowej o podobnym składzie.

Wytwarzanie superhydrofobowych materiałów polimerowych do zastosowań biomedycznych

Ten protokół służy jako kompleksowa wytyczna do wytwarzania rusztowań za pomocą elektroprzędzenia z polimerami stopionymi w trybie bezpośredniego zapisu. Systematycznie nakreślamy proces i definiujemy odpowiednie ustawienia parametrów w celu osiągnięcia docelowych architektur rusztowań.

Zapis elektroprzędzenia ze stopu trójwymiarowych rusztowań poli(ε-kaprolaktonu) z kontrolowanymi morfologiami do zastosowań w inżynierii tkankowej

Tutaj prezentujemy protokół do tworzenia wzorów przewodzących o wysokiej rozdzielczości za pomocą elektrohydrodynamicznego (EHD) druku strumieniowego. Protokół obejmuje dwa tryby druku strumieniowego EHD: ciągłe elektroprzędzenie w bliskim polu (NFES) i drukowanie EHD metodą kropli na żądanie (DOD) oparte na kropkach.

Modelowanie w wysokiej rozdzielczości przy użyciu dwóch trybów strumienia elektrohydrodynamicznego: kropli na żądanie i elektroprzędzenia w bliskim polu

Ten artykuł opisuje prostą technikę powlekania elektroprzędzonych nanowłókien PAN elektroaktywnymi polimerami za pomocą osadzania z fazy gazowej. Zbadano wpływ utleniacza FeCl₃ na osadzanie się powłok poli(3,4-etylenodioksytiofenowych) na PAN, aby zrozumieć i zoptymalizować wzrost polimeru, średnicę włókien i ogólną wytrzymałość mechaniczną mat z nanowłókien.

Osadzanie w fazie gazowej elektroaktywnego poli(3,4-etylenodioksytiofenu) na elektroprzędzonych nanowłóknach polimerowych

Celem niniejszego badania było odtworzenie naturalnej, trójwarstwowej architektury ściany tętnicy. W tym celu zastosowano elektroprzędzenie z wykorzystaniem dyszy 3-1 (wejście-wyjście) oraz mieszanin polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu.

Trójwarstwowe elektroprzędzenie w celu naśladowania natywnej architektury tętnicy z wykorzystaniem polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu: badanie wstępne

Poznaj technikę elektroprzędzenia nanowłókien do zastosowań w inżynierii tkanek. Naucz się optymalizować parametry roztworu i aparatury, aby uzyskać włókna o pożądanej morfologii i umożliwić wzrost komórek.

Podstawy elektroprzędzenia: optymalizacja parametrów roztworu i aparatury

Przeglądaj więcej filmów