Electrospinning 기본 : 최적화 솔루션 및 장치 매개 변수

본 실험은 in vitro 및 in vivo에서 세포 지지를 위한 세포외 구조용 나노섬유 스캐폴드의 전기방사법을 시연합니다. 먼저 원하는 나노섬유 유형에 적합한 폴리머 용매와 컬렉터 형상을 선택하십시오. 이 과정에서 가장 중요한 단계는 섬유 형성이 가능해지는 임계 얽힘 농도를 결정하는 것입니다.

다음은 섬유의 직경, 밀도 및 정렬 상태를 생성하도록 시스템을 맞춤 설정하는 것입니다. 원하는 전자 현미경 결과는 방사 가능한 다양한 종류의 섬유를 나타냅니다. 이러한 전기 방사 나노섬유 스캐폴드는 in vitro 상에서 세포의 성숙을 촉진하고, 성장을 개선하며, 이동을 유도하는 것으로 나타났습니다.

일반적으로 전기 방사는 매우 까다로운 공정일 수 있으므로 이 방법을 처음 접하는 사람들은 어려움을 겪을 수 있습니다. 장치 최적화 단계는 전기 방사 경험 없이는 이해하기 어렵기 때문에 이 방법에 대한 시각적 시연이 매우 중요합니다. 전기 방사에 사용할 폴리머와 용매를 선택할 때는 최종 응용 분야를 고려하여 생분해성, 열가소성 및 가교 결합 가능성과 같은 특성을 검토하십시오.

그 다음, 선택한 사항을 바탕으로 필요한 적절한 개인 보호 장구를 결정하십시오. 이어서 유리, 플라스틱, 금속 또는 실리콘 웨이퍼와 같이 나노 섬유를 수집할 기판을 선택하십시오. 이제 수집기의 기하학적 구조를 선택하십시오.

무작위로 정렬된 섬유는 고정된 플레이트 위에 수집됩니다. 정렬된 섬유는 빠르게 회전하는 휠, 드럼, 로드 또는 평행 플레이트 위에 수집할 수 있으며, 이때 수집기는 전도성이 있어야 하고 인접한 물체까지 함께 접지되지 않도록 격리되어 접지될 수 있어야 합니다. 회전식 수집기의 경우, 휠은 축으로부터 격리되어야 합니다.

임계 얽힘 농도를 실증적으로 추정하기 위해 여러 가지 후보 폴리머 농도를 준비하고, 이 중에서 흐름성이 있는 농도를 선택하십시오. 용액은 점성이 있는 액체 상태여야 하며, 겔 상태가 아니어야 합니다. 이제 전기 방사 장치를 설정하십시오.

주사기를 콜렉터로부터 20 centimeter 거리로 배치한 후, 선택한 용액으로 주사기 펌프를 충전하고 팁에서 닦여나가는 용액 방울이 즉시 대체될 수 있도록 펌프 속도를 설정하십시오. 콜렉터를 접지하고 고전압 와이어를 도체 플레이트에 고정하십시오. 휠 회전을 시작하기 전 전원 공급 장치가 0으로 설정되어 있는지 확인하고, 전압을 천천히 올리면서 바늘 팁에 맺히는 용액 방울과 스트림을 관찰하십시오.

길고 안정적인 제트(stream)가 형성될 때까지 전압을 계속 조정하십시오. 안정적인 제트가 형성되지 않을 경우, 먼저 폴리머 용액의 농도를 조정하십시오. 제트가 잘 보이지 않는 경우에는 어두운 무광 배경을 사용하고, 관찰자와 제트 사이에 단방향 광원을 배치하십시오.

때때로 폴리머 용액이 휠에 끌리지 않고 시린지 팁에서 그대로 아래로 떨어질 수 있습니다. 이 경우, 전도성 플레이트가 니들 팁과 접촉하고 있는지, 그리고 콜렉터가 접지되어 있는지 확인하십시오. 시린지 팁의 폴리머 용액 방울이 휠 방향으로 기울어지지만 스트림을 형성하지 않는 경우에는 전압을 높이십시오.

일정한 스트림이 보일 때까지 거리와 전압을 조절하십시오. 주사기 팁에 커다란 폴리머 덩어리가 형성되면, 비전도성 막대에 부착한 종이 타월로 덩어리를 닦아내십시오. 진동하거나 흔들리는 스트림을 교정하려면 전압을 낮추거나 주사기 팁과 휠 사이의 거리를 늘리십시오.

스트림의 흔들림이 계속된다면, 더 높은 농도의 폴리머를 사용하거나 증발 속도가 더 느린 용매를 용액에 약간 추가하십시오. 높은 회전 속도로 설정되어 휠과 관찰 가능한 접촉을 이루는 가시적이고 안정적인 스트림은 가장 높은 수준의 균일성과 정렬 품질을 제공하며, 짧고 불연속적인 스트림의 길이와 안정성을 개선합니다. 폴리머 용액의 농도를 높이십시오.

증발 속도가 느린 용매를 더 추가하거나 전압을 조정하십시오. 고정 플레이트에서 무작위 섬유를 수집할 때, 때때로 섬유가 공중에서 시트나 실 형태로 형성되기 시작할 수 있습니다. 이는 전압이 너무 높게 설정되었음을 나타내는 징후입니다.

섬유에서 비드가 발견되면 폴리머 용액의 양을 늘리고, 전도성 플레이트가 바늘과 계속 접촉하고 있는지, 그리고 접지된 와이어 브러시가 휠과 계속 접촉하고 있는지 확인하십시오. 또한, 일정한 흐름을 유지하도록 노력해야 합니다. 흐름이 끊기며 튀는 현상은 흔히 비드 형태의 섬유가 형성되고 있음을 나타냅니다.

섬유가 리본 형태로 형성되거나 서로 엉겨 붙는 경우, 더 높은 농도의 폴리머나 증발률이 더 높은 용매를 사용하여 파동이나 말림 현상이 나타나는 섬유를 교정하십시오. 휠 속도를 높이거나 바늘 팁을 수집기에서 더 멀리 이동시키십시오. 또한, 전도성 플레이트와 수집기에 진동이 없는지 확인하십시오.

때로는 기공이 필요할 수 있으며, 이 경우에는 단순히 빠르게 증발하는 용매를 사용하십시오. 하지만 기공이 필요하지 않은 경우에는 주 용매보다 휘발성이 낮은 보조 용매를 소량 첨가해 보십시오. 컬렉터가 낮은 RPM으로 회전하거나 정지해 있을 때는 정렬 품질이 떨어집니다.

휠의 속도를 높여 정렬도를 증가시킵니다. 전기방사된 나노섬유는 다양한 세포 유형의 배양 및 연구에 효과적입니다. 예를 들어, 일차 쥐 뉴런을 beta tubulin과 핵 대조 염색제 dpi로 염색할 수 있습니다.

중요한 점은, 방사 용액에 sulfur rhodamine과 같은 염료를 포함하면 방사 후 섬유를 시각화할 수 있다는 것입니다. 이 기술을 통해 바이오 소재 및 세포 생물학 분야의 연구자들은 세포와 다양한 나노 지형적 특성 및 기하학적 구조 사이의 상호작용을 탐구할 수 있었습니다. 고전압 작업은 매우 위험할 수 있으므로, 이 절차를 수행하는 동안 항상 작업자를 장치로부터 격리하는 예방 조치를 취해야 함을 잊지 마십시오.