Wytwarzanie degradowalnych termoczułych hydrożeli w różnych skalach długości za pomocą wytłaczania reaktywnego, mikrofluidyki, samoorganizacji i elektroprzędzenia

Ogólnym celem tego protokołu jest wytworzenie degradowalnych wersji termoczułych hydrożeli o kontrolowanych skalach długości i geometriach. Metoda ta może pomóc w sprostaniu kluczowym wyzwaniom związanym z materiałami biomedycznymi, takimi jak ułatwienie długoterminowego, minimalnie inwazyjnego miejscowego dostarczania leków, tworzenie responsywnych rusztowań dla inżynierii tkankowej lub projektowanie ukierunkowanych nanoterapii. Główną zaletą naszej techniki jest szybka odwrotna chemia biohydrazonu, która pozwala nam kontrolować wielkość i kształt degradowalnych hydrożeli poprzez zmianę geometrii mieszania prekursorów polimerów.

Ta elastyczność pozwala nam wytwarzać żele foliowe, mikrożele, nanożele i nanowłókna z tego samego materiału wyjściowego. Najpierw przygotuj około dwóch mililitrów termoresponsywnych roztworów polimerów prekursorowych funkcjonalizowanych hydrazydkami i aldehydami o stężeniach od pięciu do 40% wagowych i 10 milimolowych roztworów soli fizjologicznej buforowanych fosforanami. Użyj strzykawek z pojedynczą lufą, aby załadować roztwory polimerów prekursorowych do oddzielnych beczek strzykawki dwucylindrowej o pojemności 2,5 mililitra i proporcji 1:1.

Następnie podłącz 1,5-calowy mikser statyczny do 2,5-mililitrowej strzykawki z podwójną lufą 1:1. W razie potrzeby przymocuj igłę 1,5 cala o rozmiarze 18 lub 20 do miksera statycznego. Następnie wytnij z miękkiego arkusza gumy silikonowej o pożądanej grubości.

Kawałek o wielkości standardowego szkiełka mikroskopowego. Użyj zestawu dziurkaczy, aby wybić co najmniej jeden otwór o pożądanym kształcie w arkuszu gumy silikonowej. Umieść formę z gumy silikonowej na czystym szkiełku podstawowym, upewniając się, że wszystkie otwory są podparte szkłem.

Delikatnie dociśnij formę do szkiełka, aby zamocować ją na miejscu. Folia z kauczuku silikonowego może być również stosowana jako podłoże, aby zapewnić dobrą przyczepność podłoża. Co wytłaczać roztwory polimerów funkcjonalizowanych hydrazydem i aldehydem przez mieszalnik statyczny do studzienek formy, aż studzienki zostaną całkowicie wypełnione.

Przykryj formę drugim czystym, szklanym szkiełkiem i poczekaj na zakończenie żelowania. Następnie zdejmij górne szkiełko i za pomocą szpatułki oddziel hydrożele od formy z gumy silikonowej. Podnieś formę ze szkiełka, aby odzyskać hydrożele.

Przed zabiegiem należy wytworzyć chip mikroprzepływowy do generowania mikrocząstek. Syntetyzuj poli NIPAM funkcjonalizowany hydrazydem i aldehydem. Na początek przygotuj dwa mililitry po 6% wagowo roztworów hydrazydu i aldehydu funkcjonalizowanego poli NIPAM w wodzie dejonizowanej.

Załaduj roztwory prekursorów polimerów do oddzielnych pięciomililitrowych strzykawek. Następnie przygotuj 150 mililitrów 1% wagowo roztworu monooleinianu sorbitolu w ciężkim oleju parafinowym. Załaduj ten roztwór do dwóch standardowych strzykawek o pojemności 60 mililitrów.

Zamontować cztery strzykawki w oddzielnych pompach strzykawkowych do infuzji. Następnie podłącz 45-centymetrową rurkę silikonową do wylotu chipa mikroprzepływowego. Umieść koniec rurki wylotowej w pojemniku na odpady.

Podłącz strzykawki z roztworem polimeru do kanałów wlotowych polimeru na chipie mikroprzepływowym za pomocą 30-centymetrowych rurek silikonowych. Podłącz jedną strzykawkę z roztworem oleju parafinowego do poprzedzającego kanału wlotowego oleju za pomocą silikonowej rurki. Podłącz drugą strzykawkę olejową do obu dalszych kanałów wlotowych oleju za pomocą silikonowej rurki i złącza strzykawki w kształcie litery U.

Ustaw natężenie przepływu pomp wyposażonych w strzykawki olejowe na od 1,1 do 5,5 mililitra na godzinę. Przepuszczaj olej przez chip mikroprzepływowy przez co najmniej 30 minut, aby zalać chip i potwierdzić, że chip jest wolny od wad. Następnie jednocześnie dostarczyć oba roztwory polimerowe do zagruntowanego wióra w ilości 03 ml na godzinę.

Pozwól, aby przepływ polimeru i oleju wyrównał się przez 30 minut do godziny. Aby zapobiec przedwczesnemu żelowaniu polimerów prekursorowych w dyszy mikroprzepływowej, konieczne jest ostrożne zalanie rurki i rozpoczęcie przepływu polimeru dokładnie w tym samym czasie, aby zapobiec cofaniu się do któregokolwiek ze zbiorników polimerowych. Gdy na dyszy chipa mikroprzepływowego utworzą się jednolite mikrocząstki żelu, zbierz je w plastikowej probówce wirówkowej z aktywnym mieszadłem magnetycznym.

Zatrzymać pompy strzykawkowe i silnik mieszający po zużyciu oleju. Gdy mikrocząsteczki żelu osiądą w probówce, zdekantuj olej parafinowy za pomocą pipety. Dodać do kolby 10 mililitrów pentanu na każde 5 ml mikrocząstek.

Energicznie mieszaj uposażenie przez około minutę. Pozwól cząstkom osiąść przez jedną do dwóch godzin przed dekantacją pentanu za pomocą pipety. Powtórz to pranie pentanowe co najmniej pięć razy.

Umyte mikrocząsteczki żelu przenieść do małej, szklanej fiolki scyntylacyjnej. Ponownie zawiesić cząstki w jednym do dwóch mililitrów wody dejonizowanej. Aby rozpocząć tę procedurę, przygotuj po pięć mililitrów 1% roztworów hydrazydu i poli NIPAM funkcjonalizowanego aldehydem w wodzie dejonizowanej.

Podgrzej pięć mililitrów roztworu poli NIPAM funkcjonalizowanego hydrazydem do 70 stopni Celsjusza, mieszając. Monitorować roztwór, gdy staje się nieprzezroczysty i upewnić się, że nie tworzy się widoczny osad. Następnie dodaj kroplami 0,25 mililitra roztworu poli NIPAM funkcjonalizowanego aldehydem do podgrzanego roztworu poli NIPAM funkcjonalizowanego hydrazydem w ciągu pięciu do 10 sekund.

Mieszaj mieszaninę przez 15 minut w temperaturze 70 stopni Celsjusza. Następnie wyjmij mieszaninę z kąpieli olejowej i pozwól jej ostygnąć do temperatury pokojowej przez noc, aby uzyskać nanożele do oczyszczenia. Umieść mieszaninę nanożelu w membranie dializacyjnej o masie cząsteczkowej 3500 kilodaltonów.

Dializuj nanożele w wodzie zjonizowanej sześć razy w cyklach sześciogodzinnych, aby usunąć nieusieciowane polimery. W razie potrzeby liofilizuj oczyszczone nanożele do przechowywania. Aby rozpocząć procedurę wytwarzania nanowłókien żelowych, przygotuj po jednym mililitrze 15% wagowych roztworów hydrazydu i funkcjonalizowanego aldehydem POEGMA w wodzie dejonizowanej.

Następnie przygotuj dwa mililitry 5% wagowo roztworu tlenku polietylenu o wysokiej masie cząsteczkowej w wodzie dejonizowanej. Połączyć każdy roztwór prekursora POEGMA z jednym mililitrem roztworu tlenku etylenu. Załadować roztwory prekursorów do oddzielnych beczek strzykawki dwucylindrowej.

Następnie podłącz 1,5-calowy mikser statyczny i igłę o rozmiarze 18 do 2,5-mililitrowej strzykawki z podwójną lufą 1:1. Zamontować strzykawkę dwucylindrową na pompie strzykawkowej do infuzji. Następnie zamontuj aluminiowy kolektor elektroprzędzący z dyskiem w odległości 10 centymetrów od końca igły.

Uziemić zasilacz wysokiego napięcia na kolektorze i podłączyć zasilacz do igły. Ustaw pompę strzykawkową na 0,48 mililitra na godzinę, a zasilanie na 10 kilowoltów. Jednocześnie uruchomić pompę strzykawkową i zasilacz, aby rozpocząć elektrowirowanie.

Kontynuuj, aż zostanie osiągnięta pożądana grubość lub prekursory zostaną wyczerpane. Po zakończeniu produkcji nanowłókien wyłącz i odłącz zespół elektroprzędzalniczy. Namocz zebrane nanowłókna żelu w wodzie dejonizowanej na 24 godziny, aby usunąć tlenek polietylenu.

Dwulufowa strzykawka wytwarzała usieciowane hydrazonowe żele hydrauliczne POEGMA o różnych mechanizmach, czasach żelowania i przezroczystościach w zależności od stężenia polimeru prekursorowego, gęstości reaktywnej grupy funkcyjnej i liczby powtarzających się jednostek tlenku etylenu na monomerach. Natężenia przepływu zarówno oleju parafinowego, jak i roztworów prekursorów polimerowych wpłynęły na rozmiary mikrocząstek usieciowanego żelu poli NIPAM w hydrostrefie wytwarzanych za pomocą urządzenia mikroprzepływowego. Odwracalne pęcznienie zależne od temperatury obserwowano za pomocą mikroskopii optycznej na gorąco.

Mikrocząsteczki żelu z czasem uległy degradacji do swoich oligomerycznych prekursorów. Rozmiary samoorganizujących się usieciowanych nanożeli poli NIPAM różniły się w zależności od stosunku masy prekursora polimeru funkcjonalizowanego aldehydem do hydrazydu, ale pozostawały wysoce monodyspersyjne. Wraz ze wzrostem stosunku mas obserwowano mniejsze pęcznienie termiczne.

Podobnie jak mikrocząsteczki żelu, nanożele z czasem uległy degradacji do oligomerycznych prekursorów. Usieciowane nanowłókna hydrożelowe POEGMA usieciowane hydrazonem o średnicach rzędu 300 nanometrów wyprodukowano metodą reaktywnego elektroprzędzenia. Uwodnienie nanowłókien było o około dwa rzędy wielkości szybsze niż uwodnienie żelu luzem o tym samym składzie polimerowym.

Nanowłókno zachowało swoją nanowłóknistą morfologię przez ponad osiem tygodni, zanim uległo degradacji w warunkach fizjologicznych. Szybsza degradacja zachodziła w środowisku kwaśnym. Nanowłókna były wytrzymałe mechanicznie zarówno w stanie suchym, jak i spuchniętym.

Mamy nadzieję, że po obejrzeniu tego filmu dobrze rozumiesz, jak tworzyć degradowalne, termoczułe hydrożele, kontrolując geometrię, w której wytwarzane są polimery prekursorowe żelu. Pamiętaj, aby upewnić się, że czas żelowania prekursora polimeru odpowiada potrzebom każdej cząsteczki. Zbyt szybkie żelowanie zahamuje wytwarzanie mikrożelu i nanowłókien.

Zbyt powolne żelowanie spowoduje w pełni zrośniętą morfologię. Techniki te torują drogę naukowcom w dziedzinie dostarczania leków i inżynierii tkankowej. i zaprojektować dobrze zdefiniowane rusztowania hydrożelowe do kontrolowania szybkości lub lokalizacji uwalniania leku lub stymulowania regeneracji tkanek.