Biyomedikal Uygulamalar için Dökme Hidrojellerin Parçalanması ve Granüler Hidrojellere İşlenmesi

Özet

Bu çalışma, ekstrüzyon parçalanması ile mikrojelleri üretmek, mikrojelleri enjekte edilebilir granüler hidrojellere işlemek ve granüler hidrojelleri biyomedikal uygulamalar için ekstrüzyon baskı mürekkepleri olarak uygulamak için basit, uyarlanabilir ve düşük maliyetli yöntemleri açıklamaktadır.

Özet

Granüler hidrojeller, hidrojel mikropartiküllerinin (yani, "mikrojeller") sıkışmış montajlarıdır. Biyomalzemeler alanında, granüler hidrojeller, enjekte edilebilirlik, mikro ölçekli gözeneklilik ve çoklu mikrojel popülasyonlarını karıştırarak ayarlanabilirlik gibi birçok avantajlı özelliğe sahiptir. Mikrojelleri üretme yöntemleri genellikle yağda su emülsiyonlarına (örneğin, mikroakışkanlar, toplu emülsiyonlar, elektropüskürtme) veya fotolitografiye dayanır, bu da kaynaklar ve maliyetler açısından yüksek talepler sunabilir ve birçok hidrojelle uyumlu olmayabilir. Bu çalışma, ekstrüzyon parçalanması kullanarak mikrojelleri üretmek ve bunları biyomedikal uygulamalar için yararlı granüler hidrojellere (örneğin, 3D baskı mürekkepleri) işlemek için basit ama oldukça etkili yöntemleri detaylandırmaktadır. İlk olarak, dökme hidrojeller (örnek olarak fotokrolinklenebilir hyaluronik asit (HA) kullanılarak), parçalanmış mikrojeller oluşturmak için sırayla daha küçük çaplara sahip bir dizi iğne yoluyla ekstrüde edilir. Bu mikrojel üretim tekniği hızlı, düşük maliyetli ve yüksek oranda ölçeklenebilir. Santrifüjleme ve vakumla çalışan filtreleme yoluyla mikrojelleri granüler hidrojellere sıkıştırma yöntemleri, hidrojel stabilizasyonu için isteğe bağlı çapraz bağlama sonrası ile açıklanmaktadır. Son olarak, parçalanmış mikrojellerden imal edilen granüler hidrojeller, ekstrüzyon baskı mürekkepleri olarak gösterilmektedir. Burada açıklanan örnekler 3D baskı için fotokros bağlanabilir HA kullanırken, yöntemler çok çeşitli hidrojel türleri ve biyomedikal uygulamalar için kolayca uyarlanabilir.

Giriş

Granüler hidrojeller, hidrojel partiküllerinin (yani mikrojellerin) paketlenmesiyle üretilir ve biyomedikal uygulamalar için birçok avantajlı özelliğe sahip heyecan verici bir biyomalzeme sınıfıdır ^1,2,3. Partikül yapıları nedeniyle, granüler hidrojeller kesme inceltici ve kendi kendini iyileştiricidir, ekstrüzyon baskı (biyo) mürekkepleri, gömülü baskı için granüler destekler ve enjekte edilebilir terapötikler 4,5,6,7,8,9 olarak kullanılmalarına izin verir.

Protokol

1. Fotoçapraz bağlama kullanarak bir şırınganın içinde dökme hidrojellerin üretilmesi

NOT: Fotoçapraz bağlama kullanılarak bir şırınga içindeki dökme hidrojel imalatına genel bir bakış Şekil 1'de gösterilmiştir. Bu protokol, foto-aracılı tiol-en reaksiyonu kullanarak dökme hidrojelleri üretmek için norbornen modifiye hyaluronik asit (NorHA) kullanır. NorHA sentezi için ayrıntılı prosedürler başka bir yerde açıklanmıştır³⁸. Bununla birlikte, bu protokol herhangi bir fotoçapraz bağlanabilir hidrojele oldukça uyarlanabilir. Daha fazla bilgi için Tartışma bölümüne bakın.

<....

Sonuçlar

Bu protokollerden elde edilen temsili sonuçlar Şekil 3 ve Şekil 6'da gösterilmiştir. Ekstrüzyon parçalanması, çapları 10-300 μm arasında değişen pürüzlü, çokgen şekillere sahip mikrojeller verir (Şekil 3). Ayrıca, dairesellik 0,2 (dairesel değil) ile neredeyse 1 (mükemmel daire) arasında değişir ve en boy oranı 1-3 arasında değişir (Şekil 3). Bu parametreler, parçalanma i.......

Tartışmalar

Burada, ekstrüzyon parçalı mikrojeller kullanılarak granüler hidrojellerin üretilmesi ve santrifüjleme veya vakum tahrikli filtrasyon yoluyla ambalajlanması yöntemleri açıklanmaktadır. Diğer mikrojel üretim yöntemleriyle (yani, mikroakışkanlar, toplu emülsiyonlar, elektropüskürtme, fotolitografi) karşılaştırıldığında, ekstrüzyon parçalanması mikrojel üretimi oldukça hızlı, düşük maliyetli, kolayca ölçeklenebilir ve çok çeşitli hidrojel sistemlerine uygundur. Ayrıca, bu protokol.......

Malzemeler

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