Electrospinning أساسيات : الحل الأمثل ومعلمات جهاز

توضح هذه التجربة عملية الغزل الكهربائي لسقالات الألياف النانوية المستخدمة في الهياكل خارج الخلوية لدعم الخلايا مختبريًا وفي الجسم الحي. ابدأ باختيار مذيب بوليمري وهندسة مجمّع مناسبين لنوع الألياف النانوية المطلوب. وتتمثل الخطوة الأكثر أهمية في هذه العملية في تحديد تركيز التشابك الحرج الذي يمكن فوقه تشكيل الألياف.

الخطوة التالية هي تهيئة النظام لإنتاج القطر والكثافة والمحاذاة المطلوبة للألياف. ويشير المجهر الإلكتروني المنشود إلى الأنواع المختلفة من الألياف التي يمكن غزلها. وقد ثبت أن سحالات الألياف النانوية المغزولة كهربائياً هذه تسرع من عملية النضج، وتحسن النمو، وتوجه هجرة الخلايا في المختبر.

بشكل عام، قد يواجه الأشخاص الجدد في هذه الطريقة بعض الصعوبات لأن الغزل الكهربائي يمكن أن يكون عملية دقيقة وحساسة. وتعتبر العروض المرئية لهذه الطريقة أمرًا بالغ الأهمية، حيث يصعب فهم خطوات تحسين الجهاز دون خبرة سابقة في الغزل الكهربائي. عند اختيار البوليمر والمذيب لعملية الغزل الكهربائي، يجب مراعاة خصائص مثل القابلية للتحلل الحيوي، واللدونة الحرارية، والقابلية للربط التشابكي، مع وضع التطبيق النهائي في الاعتبار.

بعد ذلك، حدد معدات الوقاية الشخصية المناسبة المطلوبة بناءً على اختياراتك. ثم اختر الركيزة التي سيتم تجميع الألياف النانوية عليها، مثل الزجاج أو البلاستيك أو المعدن أو رقاقة السيليكون. والآن اختر هندسة المجمّع.

تُجمع الألياف المصطفة عشوائياً على ألواح ثابتة. وبينما يمكن جمع الألياف المصطفة على عجلات أو أسطوانات أو قضبان أو ألواح متوازية سريعة الدوران، يجب التأكد من أن المجمّع موصل للكهرباء ويظل معزولاً بحيث يمكن تأريضه دون تأريض الأجسام المجاورة. وفي حالة المجمّعات الدوارة، يجب عزل العجلة عن محور دورانها.

من أجل تقدير تركيز التشابك الحرج تجريبياً، قم بتحضير عدة تركيزات مرشحة من البوليمر، واختر من بينها التركيز الذي يتدفق. يجب أن يكون المحلول سائلاً لزجاً، وليس هلاماً. والآن، قم بإعداد جهاز الغزل الكهربائي.

يجب وضع المحقنة على مسافة 20 centimeter من المجمّع لبدء تحميل مضخة المحقنة بالمحلول المختار، وضبط سرعة المضخة بحيث يتم تعويض أي قطرة محلول تخرج من الطرف على الفور. قم بتأريض المجمّع وتثبيت سلك الجهد العالي بصفيحة الموصل. تأكد من ضبط وحدة تزويد الطاقة على الصفر قبل بدء دوران العجلة، وأثناء زيادة الجهد ببطء، راقب قطرة المحلول عند طرف الإبرة ولاحظ التدفق.

استمر في ضبط الجهد الكهربائي للحصول على تيار طويل ومستقر. وإذا تعذر الحصول على تيار مستقر، فقم بضبط تركيز محلول البوليمر أولاً. أما إذا كان من الصعب رؤية التيار، فاستخدم خلفية داكنة غير لامعة وضع مصدر ضوء أحادي الاتجاه بين المشاهد والتيار.

في بعض الأحيان، يقطر محلول البوليمر مباشرة من طرف المحقنة دون أي انجذاب نحو العجلة. في هذه الحالة، تأكد من أن لوحة الموصل تلامس طرف الإبرة وأن المجمع متصل بالأرضي. أما إذا كانت قطرة محلول البوليمر عند طرف المحقنة تميل باتجاه العجلة ولكنها لا تشكل تيارًا، فقم بزيادة الجهد الكهربائي.

أجرِ التعديلات عن طريق تغيير المسافة والجهد الكهربائي حتى يظهر تدفق مستقر. عند تكون كتل بوليمرية كبيرة عند طرف المحقنة، قم بإزاحة الكتلة باستخدام منشفة ورقية مثبتة على عصا غير موصلة للكهرباء. ولتصحيح التدفقات المتذبذبة أو المتموجة، قم بخفض الجهد الكهربائي أو زيادة المسافة بين طرف المحقنة والعجلة.

إذا استمر التدفق في التذبذب، استخدم تركيزًا أعلى من البوليمر أو أضف القليل من المذيب ذي التبخر الأبطأ إلى المحلول. تعطي التدفقات الثابتة والمرئية التي تلامس العجلة عند سرعة دورانية عالية أعلى جودة من حيث التجانس والمحاذاة؛ ولتحسين طول وثبات التدفق القصير والمتقطع، قم بزيادة تركيز محلول البوليمر.

أضف المزيد من المذيب بطيء التبخر، أو قم بتعديل الجهد الكهربائي. في بعض الأحيان، عند جمع ألياف عشوائية على لوحة ثابتة، قد تبدأ الألياف في تشكيل صفائح أو خيوط في الهواء، وهذا يشير إلى أن الجهد الكهربائي مضبوط على قيمة مرتفعة للغاية.

عند اكتشاف وجود حبيبات في الألياف، قم بزيادة تركيز المحلول البوليمري وتأكد من أن لوحة الموصل تلامس الإبرة بشكل مستمر، وأن فرشاة السلك المؤرض تلامس العجلة بشكل مستمر. بالإضافة إلى ذلك، يجب محاولة تحقيق تدفق مستقر؛ حيث يشير التدفق المتقطع غالباً إلى تكون ألياف حبيبية.

إذا تشكلت الألياف على هيئة شرائط أو اندمجت معاً، فاستخدم تركيزاً أعلى من البوليمر أو مذيباً بمعدل تبخر أعلى لتصحيح الألياف التي تشكل تموجات أو انحناءات. قم بزيادة سرعة العجلة أو حرك طرف الإبرة بعيداً عن المجمع. تأكد أيضاً من أن لوحة الموصل والمجمع لا يهتزان.

في بعض الأحيان تكون المسام مرغوبة، وفي هذه الحالة يتم ببساطة استخدام مذيب سريع التبخر. ومع ذلك، إذا كانت المسام غير مرغوب فيها، جرب إضافة كمية صغيرة من مذيب مساعد يكون أقل تطايرًا من المذيب الرئيسي. عندما يتحرك المجمع بسرعة دوران (RPM) منخفضة أو يكون في حالة سكون، تكون جودة المحاذاة ضعيفة.

قم بزيادة المحاذاة عن طريق زيادة سرعة العجلة. تعتبر الألياف النانوية المغزولة كهربائياً فعالة في استزراع ودراسة أنواع مختلفة من الخلايا. على سبيل المثال، يمكن صبغ العصبونات الأولية للفئران لصبغ beta tubulin والصبغة النووية المقابلة dpi.

ومن المهم الإشارة إلى أنه يمكن أيضاً تصور الألياف عند إضافة صبغة مثل sulfur rumine إلى محلول الغزل بعد تطويره. وقد سمحت هذه التقنية للباحثين في مجال المواد الحيوية وبيولوجيا الخلية باستكشاف التفاعلات بين الخلايا ومجموعة متنوعة من السمات والهندسات الطوبوغرافية النانوية. ولا تنسَ أن العمل بجهود كهربائية عالية قد يكون خطيراً للغاية، لذا يجب دائماً اتخاذ الاحتياطات اللازمة لعزل المشغل عن الجهاز أثناء تنفيذ هذا الإجراء.