Protocol
Fabrication 1. Andaime
- Moer NaCl em um misturador de laboratório durante 20 minutos e secá-lo numa estufa a 100 ° C.
- Coloque a NaCl secou-se (45 g de cada vez) em uma máquina de crivagem durante 30 minutos a mais alta frequência disponível sem que ocorre em ressonância. Recolha fracções de sal seis, que vão desde 500 um a 1000 um (M 500); a partir de 300 um a 500 um (M 300); a partir de 100 um a 200 um (M 100); a partir de 90 um a 100 (M 90); a partir de 45 ^ m a 65 | iM (H 45) e, finalmente, 10 M com partículas de sal tamanho menor do que 45 um, como esquematizado na Figura 1.
- Aspirador de secar durante a noite todos os materiais, a fim de evitar a cisão hidrolítica durante o processamento. Para cada material, a escolha da temperatura, a fim de maximizar o grau de secagem sem superar - no caso dos polímeros - o de transição vítrea. Por conseguinte, escolher T = 90 ° C durante PLA e T = 25 ° C durante PEG, T = 105 ° C durante NaCl.
- AlimentaçãoPLA, PEG e NaCl, com uma composição em percentagem de peso de 20/5/75, respectivamente, a um misturador de operação em lotes a T = 190 ° C e n = 60 rpm e então processá-las até atingir um valor constante de torque, geralmente após cerca de 10 minutos. Depois disso, recolher rapidamente o material resultante.
- Preparar as mono-camadas, utilizando uma prensa de laboratório operando a 210 ° C, colocar as misturas em moldes cilíndricos adequadas com um diâmetro de 10 mm e uma altura de 3 mm e mantê-los durante 60 segundos à pressão ambiente e 3 minutos a 180 bar . Em seguida, arrefecer as misturas à temperatura ambiente, mantendo a pressão de 180 bar.
- Montagem de três camadas através de moldagem por compressão
- Preparar cada camada simples da mesma maneira que a descrita no (1,5), mas utilizando diferentes moldes, isto é, tendo um diâmetro de 10 mm e uma altura de 1 mm. Finalmente, obter 6 discos com um diâmetro de 10 mm e uma altura de 1 mm, contendo seis tamanhos de partículas diferentes: M 500, M 300, M 100,
- foR montagem de três camadas andaime Um TLS (A), se acumulam M 500, M 300 e H 100 no interior do molde cilíndrico e compressão-moldá-los em uma prensa de laboratório operando a 210 ° C durante 60 segundos à pressão ambiente e 3 minutos a 180 bar e, em seguida, arrefecida até à temperatura ambiente, mantendo a pressão de 180 bar.
NOTA: Prepara-se o TSL B pelo empilhamento de um sobre o outro H 90, H 45 e H 10 nos mesmos moldes e realizar a operação de moldagem por compressão, seguindo o mesmo procedimento que o utilizado para TLS A.
- Retire os discos a partir dos moldes cilíndricos e colocá-los em uma desmineralizada de ebulição banho-maria, sem agitação. 3 horas depois, remover as estruturas porosas resultantes do banho e deixa-os secar durante 12 horas à temperatura ambiente numa hote química.
2. Análise morfológica
- Avaliar as morfologias dos andaimes por microscopia eletrônica de varredura.
- Quebrar as amostras em azoto líquido e, em seguida, anexar oamostras em um stub de alumínio usando uma fita adesiva de carbono. Finalmente, por pulverização catódica com ouro-coate durante 90 s sob uma atmosfera de árgon antes de imagem, a fim de evitar uma descarga electrostática durante o ensaio.
3. Andaime de tamanho de poro
- Elaborar as imagens obtidas por análise de SEM com um software de processamento de imagem capaz de reconhecer a distribuição do tamanho dos poros do andaime.
NOTA: Neste trabalho a análise da distribuição de tamanho dos poros foi realizado usando um software baseado em MATLAB descrito anteriormente 33
4. A porosidade
- Pesar as amostras antes da lixiviação e avaliar a porosidade teórica de acordo com a seguinte expressão:
NOTA: M de NaCl, m e m PEG PLA, são, respectivamente, a massa teórica de NaCl, PEG, e PLA, assumindo por misturas homogéneas. Tele densidades (ρ) de NaCl, e PLA PEG são, respectivamente, 2,16 g / cm 3, 1,12 g / cm3 e 1,24 g / cm 3. - Pesar as amostras após a lixiviação e a secagem, a fim de avaliar a densidade aparente das amostras (ρ andaime), e depois avaliar a porosidade real como o recíproco da relação entre a densidade aparente do andaime e a densidade da não-porosa PLA pela utilizando a expressão (2).
NOTA: É expressa a relação entre o volume vazio do andaime e o volume total do andaime (Vazio + completo).
5. Propriedades Mecânicas
- Testar as amostras de acordo com o modo de compressão utilizando uma máquina de tracção, equipado com uma célula de carga de 1 kN. Definir uma taxa de tensão constante de 1 mm, min -1.
- A fim de investigar o desempenho mecânico das amostras em meio fisiológico, equipar o dynamometeR com um banho contendo (PBS), (pH = 7,4) a 37 ° C e realizar o teste com a mesma configuração que o descrito no ponto 5.1.
- Antes de cada medição em ambiente molhado, embeber as amostras com PBS num balão de vácuo durante 5 minutos, a fim de deixar PBS encher todos os poros. Em seguida, permitir que os andaimes para permanecer em PBS a 37 ° C durante 15 minutos para atingir a temperatura nominal.
- Determinar a força de adesão interfacial (IAS) entre as camadas de TL A e B TL usando um equipamento de teste de força interfacial personalizados, ligado a uma máquina de ensaios mecânicos seguindo um método descrito na literatura 32,34.
- Fixar o andaime sobre o equipamento e garantir o seu alinhamento correcto com placa de célula de carga ea base da máquina. Prenda as amostras de andaime para topos de teste de alumínio utilizando um adesivo de alta viscosidade e colocá-los no equipamento para teste.
- Para o teste de condição molhada, hidratar as amostras em PBS durante 1 hr priou para o teste. Usar uma célula de carga de 1 kN, sob uma carga de tracção aplicada a uma taxa de deformação de 1 mm, no mínimo -1.
NOTA: Levar em conta que a falha pode ocorrer quer a resistência à ruptura de uma das camadas ou por causa de delaminação nas interfaces. Avaliar o IAS como a força máxima da curva de tensão-deformação.
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Representative Results
A influência de NaCl tamanho de partícula sobre a arquitectura dos poros dos andaimes foi avaliada qualitativamente e quantitativamente por investigar a morfologia das amostras e calcular a distribuição do tamanho dos poros por análise de imagem, respectivamente, Figura 2a -. F mostra micrografias de andaimes mono-camadas resultantes de sal-lixiviação de materiais com diferentes tamanhos de partículas de NaCl.
Mais em pormenor, M 500 (Figura 2a) revelou poros com um diâmetro médio de 500 um, provavelmente devido à quebra de partículas de sal com um diâmetro maior do que 500 uM durante a mistura em fusão. Como é claramente visível a partir da mesma figura, a arquitectura dos poros é caracterizado por um baixo número de poros irregulares, mal interligados, circundados por paredes de cerca de 10 um. A Figura 2b relata a morfologia de H 300. Nestecaso, os poros foram encontrados para exibem um diâmetro médio dentro da mesma gama de as partículas de sal durante cheios de mistura por fusão (300-500 um), confirmando assim que não quebra de partículas ocorreu dentro de processo de mistura em fundido. paredes dos poros foram encontrados para ser mais fina (cerca de 5 um) do que os observados na camada M 500. M 100, (Figura 2c), mostra uma estrutura de poros bimodal, caracterizado por uma rede heterogénea constituída por poros grandes (100-200 um) cercadas por mais pequenas. Esta arquitetura de poros proporciona uma melhor interconectividade e um aumento da densidade de poros por unidade de volume, embora a determinação de um afinamento drástica da espessura das paredes. A morfologia de H 90, apresentada na Figura 2d, mostra poros aproximadamente cúbicos, distribuídas de forma homogénea por toda a matriz de polímero, devido à gama de tamanho menor de sal (90-100 uM) utilizado neste caso. Microporos, devido a PEG solvatação estiveram presentes como micro-túneis no interior das muralhas que, de fato, aparecem muito difícil. SEH micrografia de H 45, mostrado na Figura 2E, mostra uma alta densidade de poros, que vão desde diâmetros de 45 um a 65 um. M 10 (Figura 2f) exibiu a mais alta densidade de poros por unidade de volume, um tamanho médio de poros igual a cerca de 20 um, com um elevado grau de interligação e (<1 um) paredes muito finas.
A Figura 3-A, A ', A "mostra uma secção transversal de TLS A, após o processo de lixiviação, em diferentes ampliações. Na Figura 3a é possível identificar claramente os três camadas, cada uma caracterizada por o tamanho médio de poro diferente, enquanto o Os painéis a 'e a "referem-se a M 100 M-300 e M-300 M regiões de interface 500, respectivamente. Como claramente visível, todo o dispositivo não apresenta quaisquer clivagens internas nem matriz descontinuidade entre as diferentes camadas. Analogamente, as interfaces TLS e afins B são apresentados na Figura 3b, b ',b ". As imagens revelaram uma morfologia similar àquela de TLS A. De facto, três camadas com poros de tamanhos diferentes podem ser facilmente reconhecidos (painel b), ao passo que ambos H 10-H 45 (painel b ') e M-M 45 90 (painel b ") regiões interfaciais não exibiu descamação nem descontinuidade. Como seria de esperar, cada uma única camada retém a mesma arquitectura de poros após as etapas de montagem e de lixiviação.
A Tabela 1 reporta o módulo de elasticidade de compressão dos materiais, medido no ar (seco) e em PBS ambiente (molhado). Esta propriedade foi encontrado para seguir um aumento contínuo com o tamanho médio dos poros. O módulo de elasticidade dos dispositivos finais são determinados principalmente pela sua respectiva camada mais fraca (ou seja, M 100 para TLS A e M 10 para TLS B), tanto para o TLSS investigado. Tabela 2 relatórios do SAI para TLS A e TLS B em ambiente seco e molhado . Nenhum fenómeno de deslaminação intercamadas foram observados, uma vez que a falhaocorreu sempre no meio das camadas mais frágeis do TLS A (M 100) e TLS B (H 10). TLS A é apresentado o melhor desempenho IAS.
Figura 1:. Esquemas de NaCl granulometria granulometria das partículas NaCl peneirado e códigos de amostra correspondentes.
Figura 2: Morfologia de andaimes em monocamada micrografias de andaimes em monocamada caracterizadas por diferentes distribuições de tamanho de poro:. H 500 (a), Escala da barra = 400 um; M 300 (b), Escala da barra = 400 um; H 100 (c), Escala da barra = 400 um; M 90 (d), Escala da barra = 200 um; M 45 (e), Barra de escala = 40081;. M e M 10 (f), Barra de escala = 100 mm Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
. Figura 3: Morfologia de andaimes de três camadas (a, A ', A' ') micrografias de três camadas tipo andaime Um TLS (A): (a) toda a secção transversal, Escala da barra = 500 um; (A ') M 100 M 300 interface, barra de escala = 250 mm; (A '') de interface M 300 M 500, Barra de escala = 250 mm. (B, b ', b' ') micrografias de três camadas tipo andaime B (TLS B): (b) seção transversal inteira, barra de escala 500 mm; (B ') M 10-M 45 interface, barra de escala; = 100 um; (B '') M 45 M 90 interface, barra de escala = 100 mm. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Código de amostra | A seco - E (MPa) | Wet - E (MPa) |
| M 500 | 40,33 ± 6,04 | 33,23 ± 4,96 |
| M 300 | 37,62 ± 6,89 | 31,42 ± 5,83 |
| M 100 | 32,12 ± 5,11 | 28,03 ± 4,04 |
| M 90 | 30,87 ± 4,93 | 26,91 ± 3,79 |
| M 45 | 25,36 ± 5,82 | 22,83 ± 5,01 |
| M 10 | 21 0,76 ± 3,91 | 19,87 ± 3,93 |
| TL A | 33,08 ± 5,21 | 29,55 ± 4,09 |
| TL B | 22,31 ± 5,46 | 20,54 ± 3,87 |
Tabela 1: resultados mecânicos de compressão compressão módulo de Young de mono e andaimes de três camadas com diferentes tamanhos de poros em ambiente molhado e seco.. Os valores são dados como médias ± DP.
| Código de amostra | Secos - IAS (kPa) | Molhadas - IAS (kPa) |
| TL A | 350,8 ± 51,2 | 299,6 ± 35,1 |
| TL B | 262,3 ± 62,2 | 220,5 ± 31,3 |
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Discussion
O primeiro passo crítico é a otimização de peneiramento eficiência. O elevado controlo do tamanho de partícula de NaCl é fundamental para a preparação de andaime com distribuição de tamanho de poro desejado. Um outro passo crucial é evitar a fractura das monocamadas PLA finas durante a extracção da amostra a partir do molde. A análise de processamento de imagem pode não ser representativa de todo o dispositivo.
Durante ensaios de tracção, a amostra pode rasgar para longe do equipamento.
Antes de peneiração passo, verificar que o sal foram bem secos de modo a obter um maior controlo do tamanho de partícula de NaCl. Esta questão é importante, especialmente para o menor tamanho de partícula de sal, devido a sua extremamente alta higroscopicidade. Antes do passo de moldagem por compressão, se aplica uma pulverização de revestimento de Teflon finas sobre os moldes, a fim de facilitar a remoção de amostras a partir dos moldes. A análise de processamento de imagem deve ser realizado considerando-se diferentes imagens captadasde diferentes regiões do andaime para ter certeza que eles são representativos de todo o dispositivo. Finalmente, antes de tracção testes (especialmente aqueles realizados em ambiente molhado), cuidadosamente verificar o adesivo para provar a aderência.
A principal limitação da técnica reside na impossibilidade de obter um gradiente contínuo de o tamanho dos poros. Com efeito, o processo aqui descrito permite atingir um gradiente discreto de tamanho de poro, uma vez que é baseada na montagem de camadas diferentes. Na maioria dos casos, uma estrutura de suporte de camadas múltiplas bem definida pode ser preferido a uma graduada continuamente um mas não sempre. Esta limitação pode ser parcialmente ultrapassada pelo aumento do número de camadas, que por sua vez iria resultar em camadas mais finas, obviamente, mais difícil de manusear.
Diferentemente de muitas outras tecnologias de produção, a estratégia aqui adotada pode ser considerado eco-friendly, uma vez que não requer qualquer solvente tóxico potencialmente perigosapara o ambiente e para as células e tecidos vivos. Além disso, a lixiviação de partículas proporciona um elevado controlo de tanto o tamanho dos poros e porosidade por meio do ajuste, respectivamente, o tamanho e a quantidade de NaCl misturados com o PLA.
Futuros avanços desta técnica contam com a possibilidade de recolher camadas que apresentam outras diferenças químico-física. Por exemplo, pode-se montar diferentes biopolímeros ou reforçar cada camada com diferentes nanopartículas, tais como hidroxiapatite 28, nanocellulose 27, 35 grafeno ou seus derivados 9,36,37, a fim de proporcionar ainda mais as funcionalidades 38. De facto, este método de controlo assegura uma elevada permitindo, assim, para facilmente ajustar cada região de andaime multicamada. Este desafio desempenhar um papel crucial na ITE, uma vez que a presença de multi-fásica e / ou bio-estruturas anisotrópicas que, gradualmente, alterar a partir de um tecido para outro são características típicas de tecidos de interface, tais como o ligamento-a-bum, tendão-a-osso e cartilagem-a-osso.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Poly(lactic acid) | NatureWorks | PLA 2002D | |
| Poly(ethylene glycol) | Sigma | 83797-1KG-F | |
| Sodium Cloride | Sigma | 793566-5KG-D | |
| Phosfate Buffer Solution | Sigma | P5368-10PAK | |
| Laboratory Mixer | Brabender | PLE 330 - Plasticorder | |
| Laboratory Press | Carver | ||
| Scanning Electron Microscopy | Phenom-world | ProX | |
| Universal Testing Machine | Instron | 3365 (UK) | |
| BioPuls Bath | Instron, Norwood | ||
| Sieving Machine | Endecotts | E.V.F.1. | |
| Vacuum Oven | ISCO | NSV9035 | |
| Precision Balance | Sartorius | AX224 |
References
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