Электропрядения Основы: Оптимизация решений и аппараты Параметры

В данном эксперименте демонстрируется электроспиннинг нановолоконных каркасов для создания внеклеточных поддерживающих структур для клеток in vitro и in vivo. Начните с выбора растворителя полимера и геометрии коллектора, подходящих для желаемого типа нановолокон. Самым важным этапом этого процесса является определение критической концентрации перепутывания, выше которой становится возможным формирование волокон.

Следующим шагом является настройка системы для получения волокон заданного диаметра, плотности и ориентации. Данные электронной микроскопии позволяют определить типы волокон, которые могут быть получены методом электроспиннинга. Было показано, что такие нановолоконные скаффолды, созданные путем электроспиннинга, ускоряют созревание, улучшают рост и направляют миграцию клеток в условиях in vitro.

Как правило, специалисты, впервые применяющие данный метод, сталкиваются с трудностями, так как электроспиннинг может быть очень капризным процессом. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, поскольку этапы оптимизации аппарата трудно понять без предварительного опыта работы с электроспиннингом. При выборе полимера и растворителя для электроспиннинга, учитывая вашу конечную цель, принимайте во внимание такие характеристики, как биоразлагаемость, термопластичность и способность к сшивке.

Затем определите подходящие средства индивидуальной защиты, необходимые в зависимости от вашего выбора. Далее выберите подложку для сбора нановолокон, например, стекло, пластик, металл или кремниевую пластину. Теперь выберите геометрию коллектора.

Хаотично ориентированные волокна собирают на стационарных пластинах. При сборе ориентированных волокон на быстро вращающихся колесах, барабанах, стержнях или параллельных пластинах необходимо убедиться, что коллектор является проводящим и изолирован таким образом, чтобы его можно было заземлить, не заземляя при этом соседние объекты. В случае использования вращающихся коллекторов колесо должно быть изолировано от своей оси.

Для эмпирического приближения к критической концентрации перепутывания подготовьте несколько пробных концентраций полимера, из которых выберите ту, что обладает текучестью. Раствор должен представлять собой вязкую жидкость, но не гель. Теперь установите аппарат для электроспиннинга.

Шприц следует расположить на расстоянии 20 сантиметров от коллектора, чтобы начать подачу выбранного раствора с помощью шприцевого насоса; установите скорость насоса таким образом, чтобы любая капля раствора, стертая с кончика иглы, немедленно восполнялась. Заземлите коллектор и закрепите провод высокого напряжения на проводящей пластине. Перед запуском вращения колеса убедитесь, что блок питания установлен на ноль; медленно повышая напряжение, следите за каплей раствора на кончике иглы и наблюдайте за струей.

Продолжайте регулировать напряжение до получения длинной и устойчивой струи. Если устойчивая струя не образуется, сначала отрегулируйте концентрацию полимерного раствора. Если струю трудно разглядеть, используйте темный матовый фон и поместите однонаправленный источник света между наблюдателем и струей.

Иногда раствор полимера стекает вертикально вниз с кончика шприца, не притягиваясь к колесу. В этом случае убедитесь, что проводящая пластина соприкасается с кончиком иглы, а коллектор заземлен. Если капля раствора полимера на кончике шприца отклоняется в сторону колеса, но струя не формируется, увеличьте напряжение.

Регулируйте расстояние и напряжение до тех пор, пока не появится стабильная струя. При образовании крупных полимерных сгустков на кончике шприца удаляйте их с помощью бумажного полотенца, закрепленного на непроводящей палочке. Для устранения осцилляции или колебаний струи следует снизить напряжение или увеличить расстояние между кончиком шприца и колесом.

Если струя продолжает колебаться, используйте полимер более высокой концентрации или добавьте в раствор небольшое количество растворителя с более медленным испарением. Стабильные видимые струи, которые вступают в наблюдаемый контакт с колесом, вращающимся с высокой скоростью, обеспечивают наилучшее качество однородности и центровки. Чтобы увеличить длину и стабильность короткой и прерывистой струи, увеличьте концентрацию полимерного раствора.

Добавьте больше медленно испаряющегося растворителя или отрегулируйте напряжение. Иногда при сборе случайных волокон на неподвижной пластине волокна начинают образовывать пленки или нити прямо в воздухе. Это указывает на то, что установлено слишком высокое напряжение.

При обнаружении бусинок в волокнах увеличьте концентрацию полимерного раствора и убедитесь, что проводящая пластина имеет непрерывный контакт с иглой, а заземленная проволочная щетка — непрерывный контакт с колесом. Кроме того, следует стремиться к достижению стабильной струи. Прерывистое («плюющее») течение струи часто указывает на формирование волокон с бусинками.

Если волокна образуют ленты или сливаются, используйте более высокую концентрацию полимера или растворитель с более высокой скоростью испарения. Чтобы устранить появление волн или завитков, увеличьте скорость вращения ролика или отодвиньте кончик иглы дальше от коллектора. Также убедитесь, что проводящая пластина и коллектор не вибрируют.

Иногда появление пор является желательным, в таком случае следует использовать быстроиспаряющийся растворитель. Однако если поры нежелательны, попробуйте добавить небольшое количество сорастворителя, который менее летуч, чем основной растворитель. При низком значении RPM или отсутствии вращения коллектора качество выравнивания волокон будет низким.

Увеличьте степень выравнивания, увеличив скорость вращения колеса. Электроспиннинговые нановолокна эффективны при культивировании и изучении различных типов клеток. Например, первичные нейроны крысы можно окрасить на бета-тубулин с использованием ядерного контркрасителя dpi.

Важно отметить, что волокна также можно визуализировать, если в раствор для прядения добавить такой краситель, как сульфорумин, после его получения. Эта методика позволила исследователям в области биоматериалов и клеточной биологии изучить взаимодействия между клетками и различными нанотопографическими особенностями и геометриями. Не забывайте, что работа с высоким напряжением может быть чрезвычайно опасной, поэтому при выполнении данной процедуры необходимо всегда принимать меры предосторожности для изоляции оператора от аппарата.