Rozpuszczające plastry mikroigłowych wytwarzane techniką odlewania rozpuszczalnika oraz niezbędna charakterystyka urządzeń biomedycznych opartych na mikroigłach

Nasze badania koncentrują się głównie na optymalizacji podawania leków do skóry przy użyciu nano- i mikrosystemów, takich jak urządzenia oparte na mikronakłuciach. To badanie oferuje wykonalną i powtarzalną metodę przygotowania rozpuszczających się mikroigieł. Na początek przygotuj wodną rozpraszanie koloidalną składników DMAP, rozpuszczając je w odpowiedniej ilości wody.

Mieszankę intensywnie mieszać, aby uzyskać równomierną dyspersję. Pozwól polimerom mieszać minimalnie przez noc, aby osiągnąć pełną dyspersję, a pęcherzyki powietrza rozproszyły się podczas tego długiego okresu mieszania. Jeśli pęcherzyki powietrza utrzymują się, wiruj dyspersję polimerową w 1000 G przez pięć minut w temperaturze 25 stopni Celsjusza.

Dodaj ładunek w pożądanym stężeniu do dysperserii polimerowej i mieszaj mieszaninę umiarkowanie, aż stanie się jednorodna, bez wprowadzania nowych pęcherzyków powietrza. Aby umieścić formy w odwiertach, użyj modelingowej gliny lub cementu dentystycznego i wyrzuć formy PDMS do płyty z 12 dołkami. Następnie odlałem 20 mikrolitrów mieszanki polimerowej z załadowanym lekiem na formy PDMS.

Włóż płytę do wirówki i obracaj w 3000 G przez pięć minut w temperaturze 25 stopni Celsjusza. Teraz obróć płytę o 180 stopni i powtórz wirowanie, aby upewnić się, że wszystkie igły przypominają ubytki. Następnie, używając pipety, ostrożnie usuń nadmiar dyspersji polimerowej naładowanej lekami z form.

Susz dyspersję polimerową z lekiem w formach, umieszczając je w próżni w temperaturze 600 milibarów przez 30 minut w temperaturze 25 stopni Celsjusza. Przygotuj wysoko skoncentrowaną dyspersję polimerową wolną od leków, aby utworzyć płytkę bazową urządzenia DMAP. Upewnij się, że dyspersja jest jednorodna przed użyciem.

Następnie odlać 50 mikrolitrów dyspersji polimerowej wolnej od leków na formy PDMS. Umieść płytkę w wirówce i obróć dwa razy, w tym obrót płyty o 180 stopni. Po wirowaniu dodaj 100 mikrolitrów dyspersji do każdej formy, a po 12 godzinach kolejne 50 mikrolitrów do płytki podstawowej.

Pozostawij DMAP-y w formach PDMS do wyschnięcia przez trzy do pięciu dni w temperaturze pokojowej w suchym uszczelniaczu do suszenia. Ostrożnie odklej DMAP z form PDMS za pomocą kleszczy. Alternatywnie, odklej DMAP-y z form za pomocą taśmy celulozowej.

W metodzie dodatniego ciśnienia odlew 150 mikrolitrów mieszanki polimerowej załadowanej lekiem na formy PDMS i umieść je w zbiorniku ciśnieniowym. Napełnij zbiornik ciśnieniowy powietrzem, aż ciśnienie osiągnie od trzech do czterech barów. Utrzymuj to ciśnienie przez co najmniej 15 minut.

Wizualizuj DMAP-y za pomocą mikrokamery z odpowiednim powiększeniem, aby rozróżnić igły przypominające projekcje. Dostosuj ostrość, aby wyraźnie rozróżnić pojedyncze mikroigły. Następnie przymocuj DMAP-y do urządzenia podtrzymującego, aby zobrazować morfologię oraz długość mikroigiełowych projekcji za pomocą mikroskopii optycznej.

Oceń właściwości mechaniczne DMAP-ów, umieszczając urządzenie w komercyjnie dostępnym aplikatorze DMAP-ów. Skompresuj aplikator na płaskiej powierzchni ze stali nierdzewnej przez 30 sekund. Po sprężeniu zapisz długość mikroigłowych rzutów i oblicz procent odkształcenia, porównując długość przed i po sprężaniu.

Następnie określ wstępną zdolność wprowadzania DMAP za pomocą metody sztucznej skóry zastępczej opartej na termoplastycznych arkuszach wykonanych z materiału olefinowego. Skompresuj urządzenie DMAP na ośmiu blachach oprawionych przy użyciu tych samych warunków ściskania, które zastosowano do powierzchni stali nierdzewnej. Teraz określ zdolność wkładania DMAP ex vivo za pomocą roślin skóry ludzkiej, wieprzowej lub gryzoni, które zostały wcześniej usunięte i starannie przycięte.

Oczyść wytłok ze skóry, mocząc go w obficie wody przez jedną do dwóch minut. Umieść czystą skórę na pianki owiniętej folią aluminiową tak, że strona rogówki stratum skierowana jest do góry. Kontynuuj wprowadzanie przy użyciu tych samych wcześniej opisanych warunków kompresji.

Pozostawiaj DMAP włożone do skóry do czasu rozpuszczenia końcówek mikronakłutych i obserwuj, że urządzenie pozostaje w kontakcie ze skórą podczas rozpuszczania. Określ proces nałożenia i absorpcji skóry leków ex vivo za pomocą układu komórek dyfuzji Franz-Dyfuz. Przygotuj preparat do przycinania i czyszczenia według opisanej wcześniej procedury przycinania i czyszczenia, a następnie włóż DMAP do struktury skóry na 30 sekund.

Przyklej komorę dawcy komórki Franz-Dyfuzji do skóry, używając odpowiedniej ilości cyjanoakrylanu. Pozwól klejowi całkowicie wyschnąć, a następnie przymocuj kompleks komory dawcy skóry do komory receptorowej za pomocą odpowiednich zacisków. Na koniec przeprowadzić próbkę zgodnie ze standardowym protokołem komórek dyfuzyjnych.

Wyprodukowane DMAP-y prezentowały jednolity wygląd z udanym tworzeniem mikroigiełowych wypustek, a barwnik był lokalizowany w wypustkach, przy czym płytka podstawowa pozostawała wolna od leków. Mikroskopia optyczna wykazała, że mikroigły podobne do wyrzutów miały ostre końcówki i nie odkształcały się przed kompresją. Po sprężeniu mikroigły przypominające projekcje wykazały widoczne deformacje struktury.

W modelu ze sztuczną skórą DMAP skutecznie przenikały przez termoplastyczną folię, tworząc widoczne otwory. Liczba otworów powstałych w różnych warstwach modelu termoplastycznego koreluje z głębokością wkłucia mikroigieł. Eksplanty skóry myszy wykonane po życiu wykazały postępujące zabarwianie wewnętrznych warstw skóry po założeniu, co jest zgodne z rozpuszczaniem DMAP w czasie.

Badanie histologiczne z barwieniem hematoksyliny Eozyną, potwierdzone wszczepienie mikroigłowatych wypustek w przekroje skóry. Do oceny dyfuzji leków za pomocą implantów skórnych zastosowano zestaw komórek Franz-Dyfuz, z wyraźną wizualizacją komory dawcy, skóry i komory receptorowej. Protokół ten stanowi podstawowe wytyczne dla wytwarzania urządzeń mikroigiełowych rozpuszczających, umożliwiając badaczom badanie ich projektu, wydajności i potencjału zastosowań biomedycznych.

Kluczowym wyzwaniem jest zapewnienie kompatybilności ładunku z matrycą polimerową. Niektóre ładunki mogą zakłócać właściwości materiałów lub obniżać wydajność mikronagłówek. Przyszłe badania mogą dostosować ten protokół do konkretnych leków i polimerów, optymalizując przygotowanie mikroigieł oraz rozszerzając zastosowania w zastosowaniach terapeutycznych i biomedycznych.