Parçalanabilir Thermoresponsive Hydrogels birden fazla uzunluğu ölçeklerde yolu ile reaktif ekstrüzyon, havacilik, kendinden montajlı imalatı ve Electrospinning

Bu protokolün genel amacı, kontrollü uzunluk ölçekleri ve geometrileri ile ısıya duyarlı hidrojellerin parçalanabilir versiyonlarını üretmektir. Bu yöntem, uzun vadeli, minimal invaziv yerel ilaç dağıtımını kolaylaştırma, doku mühendisliği için duyarlı iskeleler oluşturma veya hedefe yönelik nanoterapötikler tasarlama gibi biyomedikal materyaller senaryosundaki temel zorlukların ele alınmasına yardımcı olabilir. Tekniğimizin ana avantajı, polimer öncüsü karıştırma geometrisini değiştirerek bozunabilir hidrojellerin boyutunu ve şeklini kontrol etmemizi sağlayan hızlı bir ters biyohidrazon kimyasıdır.

Bu esneklik, folik jelleri, mikrojelleri, nanojelleri ve nanolifleri aynı başlangıç malzemesiyle üretmemizi sağlar. İlk olarak, ağırlıkça %5 ila %40 arasında konsantrasyonlara ve 10 milimolar fosfat tamponlu saline sahip hidrazid ve aldehit ile işlevselleştirilmiş ısıya duyarlı öncü polimer çözeltilerinin her biri yaklaşık iki mililitre hazırlayın. Öncü polimer çözeltilerini 2,5 mililitre, 1: 1 çift namlulu şırınganın ayrı fıçılarına yüklemek için tek namlulu şırıngalar kullanın.

Ardından, 1,5 inçlik bir statik karıştırıcıyı 2,5 mililitre 1: 1 çift namlulu şırıngaya bağlayın. İstenirse, statik karıştırıcıya 18 gauge veya 20 gauge 1.5 inçlik bir iğne takın. Ardından, istenen kalınlıkta yumuşak, silikon bir kauçuk levhadan kesin.

Standart bir mikroskop lamı büyüklüğünde bir parça. Silikon kauçuk levhaya istenen şekle sahip en az bir delik açmak için bir zımba seti kullanın. Silikon kauçuk kalıbı temiz bir cam kızak üzerine yerleştirin ve tüm deliklerin cam tarafından desteklendiğinden emin olun.

Yerine sabitlemek için kalıbı sürgüne hafifçe bastırın. Silikon kauçuk kaplama, iyi bir alt tabaka yapışması sağlamak için destek olarak da kullanılabilir. Co, hidrazid ve aldehit işlevselleştirilmiş polimer çözeltilerini, kuyular tamamen dolana kadar statik karıştırıcıdan kalıp kuyularına ekstrüde edin.

Kalıbı ikinci bir temiz cam sürgü ile örtün ve jelleşmenin bitmesini bekleyin. Ardından, üst sürgüyü çıkarın ve hidrojelleri silikon kauçuk kalıptan ayırmak için bir spatula kullanın. Hidrojelleri geri kazanmak için kalıbı sürgüden kaldırın.

İşlemden önce, mikropartikül üretimi için bir mikroakışkan çip üretin. Hidrazid ve aldehit işlevselleştirilmiş poli NIPAM sentezleyin. Başlamak için, deiyonize suda ağırlıkça %6 hidrazid ve aldehit işlevselleştirilmiş poli NIPAM çözeltilerinin her birinden iki mililitre hazırlayın.

Polimer öncü çözeltilerini ayrı beş mililitrelik şırıngalara yükleyin. Daha sonra, ağır parafin yağında ağırlıkça% 150 sorbitan monooleat çözeltisinden 1 mililitre hazırlayın. Bu çözeltiyi iki standart 60 mililitrelik şırıngaya yükleyin.

Dört şırıngayı ayrı infüzyon şırınga pompalarına monte edin. Ardından, mikroakışkan çip çıkışına 45 santimetre uzunluğunda bir silikon boru bağlayın. Çıkış borusunun ucunu bir atık kabına yerleştirin.

Polimer çözelti şırıngalarını, 30 santimetre uzunluğunda silikon boru ile mikroakışkan çip üzerindeki polimer giriş kanallarına bağlayın. Bir parafin yağı çözeltisi şırıngasını silikon boru ile yukarı akış yağ giriş kanalına bağlayın. Diğer yağ şırıngasını, silikon boru ve U şeklinde bir şırınga bağlantısı kullanarak her iki aşağı akış yağ giriş kanalına bağlayın.

Yağ şırıngaları ile donatılmış pompaların akış hızlarını saatte 1,1 ila 5,5 mililitre arasında ayarlayın. Çipi astarlamak ve çipin hatasız olduğunu doğrulamak için mikroakışkan çipten en az 30 dakika boyunca yağ akıtın. Ardından, her iki polimer çözeltisini aynı anda saatte 03 mL hızında astarlanmış çipe verin.

Polimer ve yağ akışının 30 dakika ila bir saat arasında dengelenmesine izin verin. Mikroakışkan nozuldaki öncü polimerlerin erken jelleşmesini önlemek için, her iki polimer rezervuarına geri akışı önlemek için boruyu dikkatli bir şekilde astarlamak ve polimer akışını tam olarak aynı anda başlatmak önemlidir. Mikroakışkan çipin nozulunda tek tip jel mikropartiküller oluştuğunda, partikülleri aktif bir manyetik karıştırma çubuğu ile plastik bir santrifüj tüpünde toplayın.

Yağ tüketildiğinde şırınga pompalarını ve karıştırma motorunu durdurun. Jel mikropartiküller tüpe yerleştikten sonra, parafin yağını bir pipetle boşaltın. Şişeye her 5 mL mikropartikül için 10 mililitre pentan ekleyin.

Kabartmayı yaklaşık bir dakika kuvvetlice karıştırın. Pentanı bir pipetle boşaltmadan önce parçacıkların bir ila iki saat çökelmesine izin verin. Bu pentan yıkamayı en az beş kez tekrarlayın.

Yıkanmış jel mikropartikülleri küçük, cam bir parıldama şişesine aktarın. Parçacıkları bir ila iki mililitre deiyonize su içinde yeniden süspanse edin. Bu prosedüre başlamak için, deiyonize suda her biri% 1'lik hidrazid ve aldehit ile işlevselleştirilmiş poli NIPAM çözeltilerinin her biri beş mililitre hazırlayın.

Karıştırırken hidrazid ile işlevselleştirilmiş poli NIPAM çözeltisinin beş mililitresini 70 santigrat dereceye ısıtın. Çözeltiyi opak hale geldikçe izleyin ve görünür bir çökelti oluşmadığını onaylayın. Ardından, beş ila 10 saniye boyunca ısıtılmış hidrazid ile işlevselleştirilmiş poli NIPAM çözeltisine damla damla 0,25 mililitre aldehit ile işlevselleştirilmiş poli NIPAM çözeltisi ekleyin.

Karışımı 70 santigrat derecede 15 dakika karıştırın. Daha sonra, karışımı yağ banyosundan çıkarın ve saflaştırma için nanojelleri elde etmek için gece boyunca oda sıcaklığına soğumaya bırakın. Nano jel karışımını 3500 kilodalton moleküler ağırlıklı kesilmiş diyaliz membranına yerleştirin.

Çapraz bağlı olmayan polimerleri çıkarmak için nanojelleri altı saatlik döngüler boyunca altı kez dionize suya karşı diyalize edin. İstenirse, saflaştırılmış nanojelleri depolama için liyofilize edin. Jel nanofiber üretim prosedürüne başlamak için, deiyonize suda ağırlıkça %15 hidrazid ve aldehit ile işlevselleştirilmiş POEGMA çözeltilerinin her birinden bir mililitre hazırlayın.

Daha sonra, deiyonize suda ağırlıkça% 5'lik bir yüksek moleküler ağırlıklı polietilen oksit çözeltisinden iki mililitre hazırlayın. Her bir POEGMA öncü çözeltisini bir mililitre polietilen oksit çözeltisi ile birleştirin. Öncü çözeltileri çift namlulu şırınganın ayrı fıçılarına yükleyin.

Ardından, 1,5 inçlik bir statik karıştırıcı ve kör uçlu 18 gauge bir iğneyi 2,5 mililitre, 1:1 çift namlulu bir şırıngaya bağlayın. Çift namlulu şırıngayı bir infüzyon şırınga pompasına monte edin. Ardından, iğnenin ucundan 10 santimetre uzağa bir alüminyum disk elektrospinning kollektörü monte edin.

Kollektörde yüksek voltajlı bir güç kaynağını topraklayın ve güç kaynağını iğneye bağlayın. Şırınga pompasını saatte 0.48 mililitreye ve güç kaynağını 10 kilovolta ayarlayın. Elektrospinning'i başlatmak için şırınga pompasını ve güç kaynağını aynı anda çalıştırın.

İstenilen kalınlığa ulaşılana veya öncüller tükenene kadar devam edin. Nanofiber üretimi bittikten sonra, elektrospinning tertibatını kapatın ve bağlantısını kesin. Polietilen oksidi uzaklaştırmak için toplanan jel nanolifleri 24 saat deiyonize suda bekletin.

Çift namlulu şırınga dağıtımı, öncü polimer konsantrasyonuna, reaktif fonksiyonel grup yoğunluğuna ve monomerler üzerindeki etilen oksit tekrar birimlerinin sayısına bağlı olarak çeşitli mekanik, jelleşme süreleri ve asetatlara sahip hidrazon çapraz bağlı POEGMA dökme hidra-jeller üretti. Hem parafin yağının hem de polimer öncü çözeltilerinin akış hızları, mikroakışkan cihazla üretilen hidrozon çapraz bağlı poli NIPAM jel mikropartiküllerinin boyutlarını etkiledi. Sıcak evre optik mikroskopi ile geri dönüşümlü sıcaklığa bağlı şişme gözlendi.

Jel mikro parçacıklar zamanla oligomerik öncülerine bozunmuştur. Kendinden montajlı hidrazon çapraz bağlı poli NIPAM nanojellerinin boyutları, aldehit-hidrazid işlevselleştirilmiş polimer öncü-kütle oranı ile değişmiştir, ancak oldukça mono dağılmış olarak kalmıştır. Kütle oranı arttıkça daha az termal şişme gözlendi.

Jel mikropartiküller gibi, nanojeller de zamanla oligomerik öncülere indirgenmiştir. Çapları 300 nanometre mertebesinde olan hidrazon çapraz bağlı POEGMA hidrojel nanolifleri, reaktif elektrospinning ile üretildi. Nanofiber hidrasyon, aynı polimer bileşimine sahip bir dökme jelin hidrasyonundan yaklaşık iki kat daha hızlıydı.

Nanolifler, fizyolojik koşullar altında bozulmadan önce sekiz haftadan fazla bir süre boyunca nanolifli morfolojilerini korudular. Asidik ortamlarda daha hızlı bozunma meydana geldi. Nanolifler hem kuru hem de şişmiş halde mekanik olarak sağlamdı.

Bu videoyu izledikten sonra, jel öncü polimerlerinin yapıldığı geometriyi kontrol ederek parçalanabilir, ısıya duyarlı hidrojellerin nasıl oluşturulacağını iyi anladığınızı umuyoruz. Polimer öncüsünün jelleşme süresinin her bir partikülün ihtiyaçlarına uygun olduğundan emin olmayı unutmayın. Çok hızlı jelleşme, mikrojeli ve nanofiber üretimini engelleyecektir.

Çok yavaş olan jelleşme, tamamen pıhtılaşmış morfolojilere neden olacaktır. Bu teknikler, ilaç dağıtımı ve doku mühendisliği alanlarındaki araştırmacıların önünü açmaktadır. ve ilaç salınımının hızını veya yerini kontrol etmek veya doku yenilenmesini uyarmak için iyi tanımlanmış hidrojel iskeleleri tasarlayın.