대량 하이드로젤을 단편화하고 생물 의학 응용 분야를 위한 입상 하이드로젤로 처리

요약

이 작업은 압출 단편화로 마이크로 젤을 제조하고, 마이크로 젤을 주사용 과립 하이드로 젤로 처리하고, 과립 하이드로젤을 생물 의학 응용 분야를위한 압출 인쇄 잉크로 적용하는 간단하고 적응력이 뛰어나며 저렴한 방법을 설명합니다.

초록

과립형 하이드로겔은 하이드로겔 마이크로입자(즉, "마이크로겔")의 막힌 어셈블리이다. 생체 재료 분야에서, 과립형 하이드로겔은 주사성, 마이크로스케일 다공성, 및 다수의 마이크로겔 집단을 혼합함으로써 튜닝성을 포함하는 많은 유리한 특성을 갖는다. 마이크로겔을 제조하는 방법은 종종 유중수 에멀젼(예를 들어, 마이크로유체학, 배치 에멀젼, 전기 분무) 또는 포토리소그래피에 의존하는데, 이는 자원 및 비용 측면에서 높은 요구를 제시할 수 있고, 많은 하이드로겔과 양립할 수 없을 수 있다. 이 작업은 압출 단편화를 사용하여 마이크로 젤을 제조하고 생물 의학 응용 분야 (예 : 3D 인쇄 잉크)에 유용한 과립 하이드로 젤로 처리하는 간단하면서도 매우 효과적인 방법을 자세히 설명합니다. 먼저, 벌크 하이드로젤(일례로 광가교성 히알루론산(HA)을 사용)은 순차적으로 더 작은 직경의 일련의 바늘을 통해 압출되어 단편화된 마이크로겔을 형성한다. 이 마이크로 겔 제조 기술은 빠르고 저렴하며 확장성이 뛰어납니다. 원심분리 및 진공 구동 여과에 의해 마이크로겔을 과립형 하이드로겔로 잼하는 방법이 설명되며, 하이드로겔 안정화를 위한 선택적인 사후 가교결합이 기재되어 있다. 마지막으로, 단편화 된 마이크로 겔로 제조 된 과립 하이드로 젤은 압출 인쇄 잉크로 입증됩니다. 본원에 기재된 실시예가 3D 프린팅을 위해 광가교가능한 HA를 사용하는 반면, 상기 방법은 매우 다양한 하이드로겔 유형 및 생물의학적 응용에 쉽게 적응할 수 있다.

서문

과립형 하이드로겔은 하이드로겔 입자(즉, 마이크로겔)의 패킹을 통해 제조되며, 생물^{의학 응용1,2,3}에 많은 유리한 특성을 갖는 흥미로운 종류의 생체재료이다. 미립자 구조로 인해 과립 형 하이드로 젤은 전단 얇아지고 자가 치유되어 압출 인쇄 (바이오) 잉크, 임베디드 인쇄를위한 세분화 된 지지대 및 주사 가능한 치료제 4,5,6,7,8,9로 사용할 수 있습니다. 추가적으로, 마이크로겔 사이의 공극 공간은 세포 이동 및 분자 확산^8,10,11을 위한 마이크로스케일 다공도를 ^{제공한다.} 또한, 다수의 마이크로겔 집....

프로토콜

1. 광가교를 사용하여 주사기 내부에 벌크 하이드로젤 제조

참고: 광가교를 사용하는 주사기 내부의 벌크 하이드로겔 제작에 대한 개요는 그림 1에 나와 있습니다. 이 프로토콜은 노보넨 변형 히알루론산(NorHA)을 사용하여 광매개 티올-엔 반응을 사용하여 벌크 하이드로젤을 제작합니다. NorHA의 합성을 위한 상세한 절차는 다른 곳에서 설명된다(³⁸). 그러나, 이 프로토콜은 임의의 광가교가능한 하이드로겔에 고도로 적응할 수 있다. 자세한 내용은 토론을 참조하십시오.

1. 벌크 하이드로겔 제형을 위한 중합체, 가교제 및 개시제의 원하는 농도를 미리 결정한다. 이 프로토콜에서, 하이드로겔 전구체 용액은 NorHA (2 wt.%, ~25% 정도의 노보넨 변성), 디티오트레이톨 (DTT, 6 mM), 및 이르가큐어 D-2959 (I2959, 0.05 wt.%)로 구성된다. 성분(1 mL)이 마이크로원심분리 튜브 내의 포스페이트 완충 식염수(PBS)에 완전히 용해되었는지 확인하십시오.
   참고: 하이드로겔 전구체 용액을 제조할 때, 고분자량 FITC-덱스트란(2 MDa, 0.1 wt.%)을 용액에 첨가하여 형광 ....

결과

이러한 프로토콜의 대표적인 결과는 도 3 및 도 6에 도시되어 있다. 압출 단편화는 직경이 10-300 μm 범위인 들쭉날쭉한 다각형 모양의 마이크로젤을 생성합니다(그림 3). 또한 원형도는 0.2 (원형이 아님)에서 거의 1 (완벽한 원)까지이며 종횡비는 1-3 (그림 3)입니다. 이러한 파라미터는 단편화 과정에 의해 형성?.......

토론

본원에는, 압출 단편화된 마이크로겔을 사용하여 과립형 하이드로겔을 제조하고 원심분리 또는 진공 구동 여과에 의해 패킹하는 방법이 기재되어 있다. 다른 마이크로겔 제조 방법(즉, 마이크로유체학, 배치 에멀젼, 전기 분무, 포토리소그래피)과 비교하여, 압출 단편화 마이크로겔 제조는 매우 빠르고, 저비용이며, 쉽게 확장가능하며, 매우 다양한 하이드로겔 시스템에 순응할 수 있다. 또한, 이 .......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
15 mL Plastic Conical Centrifuge Tube	Corning	430766
30 G NT Premium Series Dispensing Tip	Jensen Global	JG30-0.5HPX	Catalog Number listed here is for 30 G, 0.5" needle. Various sizes are available.
BD Disposable Syringes with Luer-Lok Tips (3 mL)	Fisher Scientific	14-823-435	Catalog Number listed here is for 3 mL syringe. Various sizes are available (14-823-XXX).
Black folders	Various Vendors
Disposable Probe Needle For Use With Syringes and Dispensing Machines (18 G, 0.5")	Grainger	5FVH5	Catalog Number listed here is for 18 G, 0.5" needle. Various sizes are available.
Disposable Probe Needle For Use With Syringes and Dispensing Machines (23 G, 0.5")	Grainger	5FVJ3
Disposable Probe Needle For Use With Syringes and Dispensing Machines (27 G, 1.5")	Grainger	5FVL0
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline	Fisher Scientific	14190-250	Catalog Number listed here is for a case of 10 x 500 mL bottles.
Durapore Membrane Filter, 0.22 µm	Millipore	GVWP04700
Epifluorescent or confocal microscope	Various Vendors		To visualize microgels and granular hydrogels
Eppendorf Snap-Cap Microcentrifuge Safe-Lock Tubes	Fisher Scientific	05-402-25
Extrusion printer	Custom-built		Other extrusion printers can be use,d such as commercially available BIOX.
Filter Adapters	Fisher Scientific	05-888-107	Catalog Number listed here is for a set of multiple sizes. Various sizes are available (05-888-XXX).
Filter Flask	Various Vendors
Fluorescein isothiocyanate-dextran (2 MDa)	Sigma-Aldrich	52471
Glass microscope slide	Various Vendors
ImageJ	National Institutes of Health		"Analyze Particles" information link: https://imagej.nih.gov/ij/docs/menus/analyze.html
Laptop	Various Vendors
Luer-Lock Tip Caps	Integrated Dispensin g Solutions	9991329
Metal spatula for scooping	Various Vendors
Microcentrifuge	Various Vendors		Capable of speed up to 18,000 x g
Microscoft Execl	Microsoft		Other programs can be used, such as Google Slides.
OmniCure S2000 Spot UV Curing System	Excelitas Technologies	S2000	Different light systems may be used to fabricate bulk hydrogels if desired.
Porcelain Buchner Funnel with Fixed Perforated Plate	Fisher Scientific	FB966C	Catalog Number listed here is for 56mm diameter plate. Various sizes are available.
Radiometer	Various Vendors
Repetier Host	Hot-World GmbH & Co. KG		3D printing software
Screw-based extrusion printer	Various Vendors		This study used a custom-modified 3D FDM printer (Velleman K8200). Many alternatives are available.
Solidworks/CAD software	Dassault Systèmes SolidWorks Corporation		Other programs can be used, such as Blender or TinkerCAD.
Tubing to Connect Filter Flask to Vacuum Line	Various Vendors
UV Eye Protection (i.e., safety glasses)	Various Vendors