Elektrospinnen Grundlagen: Optimierung Solution und Geräteparameter

Dieses Experiment demonstriert das Elektrospinnen von Nanofasergeflechten für extrazelluläre Strukturen zur Zellunterstützung in vitro und in vivo. Beginnen Sie damit, ein geeignetes Polymersolvens und eine Kollektorgeometrie auszuwählen, die für die gewünschte Art von Nanofasern geeignet sind. Der wichtigste Schritt dieses Verfahrens besteht darin, die kritische Verflechtungskonzentration zu bestimmen, oberhalb derer die Faserbildung möglich ist.

Als Nächstes wird das System angepasst, um die Durchmesser, Dichte und Ausrichtung der Fasern zu erzeugen. Die gewünschte Elektronenmikroskopie zeigt die verschiedenen Arten von Fasern, die gesponnen werden können. Diese elektrogesponnenen Nanofasergeflechte haben sich als beschleunigend für die Reifung, verbessernd für das Wachstum und lenkend für die Migration von Zellen in vitro erwiesen.

Im Allgemeinen haben Personen, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten, da das Elektrospinnen ein empfindlicher Prozess sein kann. Visuelle Demonstrationen dieser Methode sind entscheidend, da die Optimierungsschritte der Apparatur ohne vorherige Erfahrung im Elektrospinnen schwer verständlich sind. Bei der Auswahl eines Polymers und Lösungsmittels für das Elektrospinnen sollten Eigenschaften wie Biologische Abbaubarkeit, Thermoplastizität und Vernetzbarkeit unter Berücksichtigung der späteren Anwendung berücksichtigt werden.

Bestimmen Sie anschließend die geeignete persönliche Schutzausrüstung, die je nach Ihren Auswahlkriterien erforderlich ist. Wählen Sie danach ein Substrat aus, auf dem die Nanofasern gesammelt werden sollen, beispielsweise Glas, Kunststoff, Metall oder Siliziumwafer. Wählen Sie nun die Geometrie des Sammlers.

Zufällig ausgerichtete Fasern werden auf stationären Platten gesammelt. Während ausgerichtete Fasern auf schnell rotierenden Rädern, Trommeln, Stäben oder parallelen Platten gesammelt werden können, muss sichergestellt werden, dass der Sammler leitfähig ist und so isoliert bleibt, dass er geerdet werden kann, ohne benachbarte Objekte ebenfalls zu erden. Im Fall von rotierenden Sammlern sollte das Rad von seiner Achse isoliert sein.

Um die kritische Verflechtungskonzentration empirisch abzuschätzen, stellen Sie mehrere Probekonzentrationen des Polymers her und wählen Sie daraus eine Konzentration aus, die fließfähig ist. Die Lösung sollte eine viskose Flüssigkeit und kein Gel sein. Richten Sie nun die Elektrospinnapparatur ein.

Die Spritze sollte in einem Abstand von 20 Zentimetern zum Kollektor platziert werden, um die Spritzenpumpe mit der gewählten Lösung zu befüllen und die Pumpgeschwindigkeit so einzustellen, dass jeder von der Spitze abgewischte Tropfen der Lösung sofort ersetzt wird. Erden Sie den Kollektor und befestigen Sie den Hochspannungsanschluss an der Leiterplatte. Stellen Sie sicher, dass die Stromversorgung auf null eingestellt ist, bevor Sie das Rad in Drehung versetzen; erhöhen Sie langsam die Spannung, beobachten Sie dabei den Tropfen der Lösung an der Nadelspitze und verfolgen Sie den Flüssigkeitsstrom.

Passen Sie die Spannung weiter an, um einen langen und stabilen Strahl zu erhalten. Falls ein stabiler Strahl nicht erzielt werden kann, ändern Sie zuerst die Konzentration der Polymersolution. Falls der Strahl schwer zu erkennen ist, verwenden Sie einen dunklen, matten Hintergrund und platzieren Sie eine einseitige Lichtquelle zwischen Betrachter und Strahl.

Manchmal tropft die Polymelösung direkt von der Spritzenöffnung nach unten, ohne dass eine Anziehung zur Walze besteht. In diesem Fall überprüfen, ob die Leiterplatte mit der Nadelspitze in Kontakt steht und ob der Sammler mit Masse verbunden ist. Wenn der Tropfen der Polymelösung an der Spritzenöffnung in Richtung der Walze geneigt ist, jedoch kein Strahl entsteht, erhöhen Sie die Spannung.

Nehmen Sie Anpassungen vor, indem Sie den Abstand und die Spannung variieren, bis ein gleichmäßiger Strahl sichtbar ist. Wenn sich große Polymerklumpen an der Spritzenöffnung bilden, wischen Sie den Klumpen mit einem an einem nichtleitenden Stab befestigten Papiertuch weg. Um oszillierende oder schwingende Strahlen zu korrigieren, verringern Sie die Spannung oder vergrößern Sie den Abstand zwischen der Spritzenöffnung und dem Rad.

Wenn der Strahl weiterhin wackelt, verwenden Sie eine höhere Polymerkonzentration oder geben Sie etwas Lösungsmittel mit langsamerer Verdunstung zur Lösung hinzu. Sichtbar. Gleichmäßige Strahlen, die bei hoher Rotationsgeschwindigkeit einen sichtbaren Kontakt mit der Walze herstellen, liefern die höchste Qualität hinsichtlich Uniformität und Ausrichtung, um die Länge und Stabilität eines kurzen und diskontinuierlichen Strahls zu verbessern. Erhöhen Sie die Polymersolution.

Fügen Sie mehr langsam verdampfendes Lösungsmittel hinzu oder stellen Sie die Spannung ein. Manchmal bilden sich beim Sammeln zufälliger Fasern auf einer stationären Platte in der Luft bereits Blätter oder Garne. Dies ist ein Hinweis darauf, dass die Spannung zu hoch eingestellt ist.

Wenn Perlen in den Fasern auftreten, erhöhen Sie die Polymerslösung und stellen Sie sicher, dass die Leitplatte kontinuierlich mit der Nadel in Kontakt steht und die geerdete Drahtbürste ständig mit dem Rad in Verbindung steht. Zusätzlich sollten Sie versuchen, einen gleichmäßigen Strom zu erzielen. Sprühende Ströme deuten oft auf die Bildung von perlenartigen Fasern hin.

Wenn sich die Fasern als Bänder bilden oder zusammenlaufen, verwenden Sie eine höhere Polymerkonzentration oder ein Lösungsmittel mit einer höheren Verdunstungsrate, um wellenförmige oder gekräuselte Fasern zu korrigieren. Erhöhen Sie die Geschwindigkeit des Rades oder bringen Sie die Nadelspitze weiter vom Kollektor entfernt. Prüfen Sie außerdem, ob die Leiterplatte und der Kollektor nicht vibrieren.

Manchmal sollen Poren gewünscht sein, in welchem Fall einfach ein schnell verdunstendes Lösungsmittel verwendet wird. Wenn jedoch keine Poren gewünscht sind, versuchen Sie, eine kleine Menge eines Cosolvens hinzuzufügen, der weniger flüchtig ist als das Hauptlösungsmittel. Wenn sich der Sammler mit niedriger Drehzahl oder in Ruhe befindet, ist die Ausrichtungsqualität schlecht.

Erhöhen Sie die Ausrichtung, indem Sie die Drehgeschwindigkeit der Walze steigern. Elektrogesponnene Nanofasern eignen sich effektiv für die Kultur und Untersuchung verschiedener Zelltypen. Beispielsweise können primäre Rattenneuronen für Beta-Tubulin und die nukleare Gegenfärbung dpi angefärbt werden.

Wichtig ist, dass die Fasern auch dann sichtbar gemacht werden können, wenn ein Farbstoff wie Schwefelrhodamin in die Spinnlösung nach ihrer Herstellung eingefügt wird. Diese Technik ermöglichte es Forschern auf den Gebieten der Biomaterialien und der Zellbiologie, die Wechselwirkungen zwischen Zellen und einer Vielzahl nanoskaliger topographischer Merkmale und Geometrien zu untersuchen. Vergessen Sie nicht, dass das Arbeiten mit Hochspannung äußerst gefährlich sein kann, und es sollten stets Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um den Bediener während der Durchführung dieses Verfahrens von der Apparatur zu isolieren.