Penn State'deki araştırmacılar, hem hidrojel mikropartikülleri hem de kendi kendine birleşen nanopartiküller içeren ve biyolojik baskı amaçları için oldukça uygun olabilecek granüler bir hidrojel geliştirdiler. Konsept, nanopartiküllerin hidrojel mikropartiküller üzerine adsorbe edilmesini ve mikropartiküllerin geri dönüşümlü olarak birbirine yapışmasını, hücre canlılığına izin verecek kadar gözenekli, ancak istenen bir şekil ve mekanik özellikleri koruyan basılı bir jel yapısı sağlamayı içeriyor. Birbirine bağlı ve su ile çevrili uzun polimer ipliklerden oluşan, gözenekleri ile şekli koruma yetenekleri arasında önemli bir denge gerektiren geleneksel hidrojellerin aksine, yeni biyomürekkep, hem gözenekliliğe hem de şekle izin vererek orta noktayı buluyor.
Bugüne kadar denenen birçok biyomürekkep, toplu hidrojellerden oluşur. Bu geleneksel malzemeler tipik olarak, önemli miktarlarda su ile aşılanmış, birbirine bağlı uzun polimer iplik ağlarından oluşur. Malzeme, baskıdan sonra şeklini korumak için ayarlanabilse de, tipik olarak bu, jel içindeki hücreler için besin ve oksijen taşıyan biyolojik sıvıların akışını sınırlayan, gözenekliliğin azalmasına neden olur. Bu, esasen, geleneksel hidrojel biyomürekkeplerin mekanik özellikleri ile canlı hücreleri destekleme yetenekleri arasında bir değiş tokuş olduğu anlamına gelir.
Araştırmada yer alan Amir Sheikhi, “Geleneksel toplu hidrojel biyomürekkepleri kullanan 3D biyobaskılamanın ana sınırlaması, şekil doğruluğu ile hücre canlılığı arasındaki, hidrojel sertliği ve gözeneklilik tarafından düzenlenen dengedir. Hidrojel sertliğini arttırmak, yapı şeklinin aslına uygunluğunu iyileştirir, ancak aynı zamanda hücre canlılığını tehlikeye atarak gözenekliliği azaltır.” dedi.
Bunu ele alan araştırmacılar, birlikte paketlenmiş küçük granüllerden oluşan başka bir hidrojel tipine yöneldiler. Hidrojelleri, kendiliğinden birleşen nanoparçacıklarla karıştırılmış jel mikro kürelerden oluşuyor. Mikroküreler yapışkandır ve yazdırıldıklarında bir araya toplanırlar, ayrıca kendi kendine birleşen nanoparçacıklar aynı zamanda bunların birbirine bağlı bir şekil oluşturmasına yardımcı oluyor. Bu karışım gözenekli bir jel oluşturuuor, ancak yine de şeklini koruyor.
Sheikhi, “Çalışmamız, nanopartiküllerin polimerik mikrojel yüzeylere adsorbe edebildiği ve mikrojeller arasındaki gözenekleri doldurmazken mikrojelleri tersinir olarak birbirine yapıştırabileceği öncülüne dayanmaktadır. Tersinir yapışma mekanizması, gevşek bir şekilde paketlenmiş mikrojellere dinamik bağlanma sağlayabilen heterojen yüklü nanoparçacıklara dayanmaktadır. Bu tür dinamik bağlar, kesme kuvvetinin serbest bırakılması - uygulanması üzerine oluşabilir veya kırılabilir, bu da mikrojel süspansiyonlarının yoğun bir şekilde paketlenmeden 3 boyutlu biyo-basılabilirliğini mümkün kılar.” diye ekledi.
Bugüne kadar denenen birçok biyomürekkep, toplu hidrojellerden oluşur. Bu geleneksel malzemeler tipik olarak, önemli miktarlarda su ile aşılanmış, birbirine bağlı uzun polimer iplik ağlarından oluşur. Malzeme, baskıdan sonra şeklini korumak için ayarlanabilse de, tipik olarak bu, jel içindeki hücreler için besin ve oksijen taşıyan biyolojik sıvıların akışını sınırlayan, gözenekliliğin azalmasına neden olur. Bu, esasen, geleneksel hidrojel biyomürekkeplerin mekanik özellikleri ile canlı hücreleri destekleme yetenekleri arasında bir değiş tokuş olduğu anlamına gelir.
Araştırmada yer alan Amir Sheikhi, “Geleneksel toplu hidrojel biyomürekkepleri kullanan 3D biyobaskılamanın ana sınırlaması, şekil doğruluğu ile hücre canlılığı arasındaki, hidrojel sertliği ve gözeneklilik tarafından düzenlenen dengedir. Hidrojel sertliğini arttırmak, yapı şeklinin aslına uygunluğunu iyileştirir, ancak aynı zamanda hücre canlılığını tehlikeye atarak gözenekliliği azaltır.” dedi.
Bunu ele alan araştırmacılar, birlikte paketlenmiş küçük granüllerden oluşan başka bir hidrojel tipine yöneldiler. Hidrojelleri, kendiliğinden birleşen nanoparçacıklarla karıştırılmış jel mikro kürelerden oluşuyor. Mikroküreler yapışkandır ve yazdırıldıklarında bir araya toplanırlar, ayrıca kendi kendine birleşen nanoparçacıklar aynı zamanda bunların birbirine bağlı bir şekil oluşturmasına yardımcı oluyor. Bu karışım gözenekli bir jel oluşturuuor, ancak yine de şeklini koruyor.
Sheikhi, “Çalışmamız, nanopartiküllerin polimerik mikrojel yüzeylere adsorbe edebildiği ve mikrojeller arasındaki gözenekleri doldurmazken mikrojelleri tersinir olarak birbirine yapıştırabileceği öncülüne dayanmaktadır. Tersinir yapışma mekanizması, gevşek bir şekilde paketlenmiş mikrojellere dinamik bağlanma sağlayabilen heterojen yüklü nanoparçacıklara dayanmaktadır. Bu tür dinamik bağlar, kesme kuvvetinin serbest bırakılması - uygulanması üzerine oluşabilir veya kırılabilir, bu da mikrojel süspansiyonlarının yoğun bir şekilde paketlenmeden 3 boyutlu biyo-basılabilirliğini mümkün kılar.” diye ekledi.
Bu rehber yardımcı oldu mu?
DoktorClub’da Keşfet
