Electrospinning Fundamentals: Het optimaliseren van Solution en Apparatuur Parameters

Dit experiment demonstreert het electrospinnen van nanofiber-steunstructuren voor extracellulaire structuren ter ondersteuning van cellen in vitro en in vivo. Begin met het kiezen van een polymeersolvent en een collectorgeometrie die geschikt zijn voor het gewenste type nanovezels. De belangrijkste stap in dit proces is het bepalen van de kritische verstrengelingsconcentratie waarboven het mogelijk is om vezels te vormen.

Vervolgens wordt het systeem aangepast om de diameter, dichtheid en uitlijning van de vezels te produceren. De gewenste elektronenmicroscopie geeft de verschillende soorten vezels aan die gesponnen kunnen worden. Er is aangetoond dat deze elektrogesponnen nanovezelsteigers de rijping versnellen, de groei verbeteren en de migratie van cellen in vitro sturen.

Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode problemen ondervinden, omdat electrospinning een nauwgezet proces kan zijn. Visuele demonstraties van deze methode zijn cruciaal, aangezien de stappen voor de optimalisatie van de apparatuur moeilijk te begrijpen zijn zonder voorafgaande ervaring met electrospinning. Houd bij de keuze van een polymeer en oplosmiddel voor electrospinning rekening met kenmerken zoals biologische afbreekbaarheid, thermoplastische eigenschappen en crosslinkbaarheid, met het oog op uw uiteindelijke toepassing.

Bepaal vervolgens de geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen die vereist zijn op basis van uw selecties. Selecteer daarna een substraat om de nanovezels op te verzamelen, zoals glas, plastic, metaal of een siliciumwafer. Kies nu de geometrie van de collector.

Willekeurig georiënteerde vezels worden op stationaire platen opgevangen. Hoewel georiënteerde vezels kunnen worden opgevangen op snel roterende wielen, trommels, staven of parallelle platen, moet worden gegarandeerd dat de collector geleidend is en zodanig geïsoleerd blijft dat deze geaard kan worden zonder dat aangrenzende objecten ook worden geaard. In het geval van roterende collectors moet het wiel van de as zijn geïsoleerd.

Om de kritische verstrengelingsconcentratie empirisch te benaderen, dienen verschillende kandidaat-polymeerconcentraties te worden bereid; kies uit deze concentraties een concentratie die vloeit. De oplossing moet een viskeuze vloeistof zijn, maar geen gel. Stel nu het elektrospinapparaat op.

De spuit moet op een afstand van 20 centimeter van de collector worden geplaatst om de spuitpomp te vullen met de gekozen oplossing; stel de pompsnelheid zo in dat elke druppel oplossing die van de tip wordt afgeveegd, onmiddellijk wordt vervangen. Aard de collector en bevestig de hoogspanningsdraad aan de geleiderplaat. Zorg ervoor dat de voeding op nul staat voordat het wiel gaat draaien; terwijl de spanning langzaam wordt verhoogd, dient de druppel oplossing aan de naaldtip en de stroom nauwlettend te worden geobserveerd.

Pas de spanning verder aan om een lange en gestage stroom te verkrijgen. Als er geen gestage stroom verkregen kan worden, pas dan eerst de concentratie van de polymeeroplossing aan. Als de stroom moeilijk zichtbaar is, gebruik dan een donkere, matte achtergrond en plaats een unidirectionele lichtbron tussen de waarnemer en de stroom.

Soms druppelt de polymeeroplossing recht naar beneden vanuit de spuitpunt zonder aantrekking tot het wiel. Bevestig in dat geval of de geleiderschijf contact maakt met de naaldpunt en of de collector geaard is. Als de druppel polymeeroplossing aan de spuitpunt in de richting van het wiel helt maar geen stroom vormt, verhoog dan de spanning.

Breng aanpassingen aan door de afstand en het voltage te variëren totdat een stabiele stroom zichtbaar is. Wanneer er grote polymeerklonters op de spuitpunt ontstaan, veeg deze klonters dan weg met een papieren handdoek bevestigd aan een niet-geleidend stokje. Om oscillerende of zwiepende stromen te corrigeren, dient u het voltage te verlagen of de afstand tussen de spuitpunt en het wiel te vergroten.

Als de straal blijft zwabben, gebruik dan een hogere polymeerconcentratie of voeg een kleine hoeveelheid oplosmiddel met een lagere verdampingssnelheid toe aan de oplossing. Zichtbare, stabiele stralen die waarneembaar contact maken met het wiel dat op een hoge rotatiesnelheid is ingesteld, leveren de hoogste kwaliteit van uniformiteit en uitlijning op. Om de lengte en stabiliteit van een korte en discontinue straal te verbeteren, dient de polymeeroplossing te worden verhoogd.

Voeg meer langzaam verdampend oplosmiddel toe of pas de spanning aan. Soms beginnen vezels, bij het verzamelen van willekeurige vezels op een stationaire plaat, in de lucht vellen of garens te vormen. Dit is een indicatie dat de spanning te hoog is ingesteld.

Wanneer er kralen in de vezels worden waargenomen, dient de polymeeroplossing te worden verhoogd en moet worden gecontroleerd of de geleidingsplaat constant contact maakt met de naald en of de geaarde draadborstel constant contact maakt met het wiel. Daarnaast moet u proberen een stabiele stroom te verkrijgen. Spattende stromen wijzen vaak op de vorming van vezels met kralen.

Indien vezels zich als linten vormen of in elkaar overvloeien, gebruik dan een hogere polymeerconcentratie of een oplosmiddel met een hogere verdampingssnelheid om vezels te corrigeren die golven of krulvormige patronen vormen. Verhoog de wielsnelheid of verplaats de naaldpunt verder van de collector. Controleer daarnaast of de geleidersplaat en de collector niet trillen.

Soms zijn poriën gewenst, in welk geval simpelweg een snel verdampend oplosmiddel kan worden gebruikt. Wanneer poriën echter niet gewenst zijn, kan worden geprobeerd een kleine hoeveelheid co-oplosmiddel toe te voegen dat minder vluchtig is dan het hoofdoplosmiddel. Wanneer de collector met een laag toerental beweegt of tot stilstand komt, is de uitlijningskwaliteit slecht.

Verhoog de uitlijning door de snelheid van het wiel te verhogen. Elektrogesponnen nanovezels zijn effectief voor de kweek en bestudering van diverse celtypen. Primaire ratneuronen kunnen bijvoorbeeld worden gekleurd voor beta-tubuline en de nucleaire tegenkleuring dpi.

Belangrijk is dat de vezels ook gevisualiseerd kunnen worden wanneer een kleurstof zoals sulfur rumine aan de spinoplossing wordt toegevoegd na de ontwikkeling ervan. Deze techniek stelde onderzoekers op het gebied van biomaterialen en celbiologie in staat om de interacties tussen cellen en diverse nanotopografische kenmerken en geometrieën te onderzoeken. Vergeet niet dat werken met hoge voltages uiterst gevaarlijk kan zijn en dat er altijd voorzorgsmaatregelen moeten worden genomen om de operator van het apparaat te isoleren tijdens het uitvoeren van deze procedure.