Note technique | ElastoSens™ Bio
Comment Trouver le Point Optimal pour Lyophiliser un Hydrogel
par le Dr Dimitria Camasão
spécialiste senior des applications, Rheolution Inc.
La lyophilisation est une méthode couramment utilisée pour produire des échafaudages poreux à partir d’un hydrogel composé de polymères naturels ou synthétiques. Dans de nombreux cas, la solution polymère est réticulée (des liaisons ou des interactions s’établissent entre les chaînes polymères) et l’hydrogel est ensuite lyophilisé afin d’obtenir un échafaudage poreux et séché (1-3). Cette phase de réticulation peut durer de quelques minutes à plusieurs heures, et le moment où les conditions de réticulation sont interrompues de manière forcée et où l’échantillon est transféré vers le lyophilisateur a un impact significatif sur la structure finale de l’échafaudage séché. Cette transition de la phase de réticulation à la lyophilisation est souvent déterminée visuellement, et le manque de précision à ce stade entraîne un manque d’uniformité des échafaudages séchés finaux, ce qui peut réduire considérablement le rendement de production. Dans cette note technique, nous décrirons l’utilisation de l’ElastoSens™ Bio pour guider la détermination de ce point de transition optimal.
La phase de réticulation, qui mène d’une solution polymère à un hydrogel formé, est un processus dépendant du temps au cours duquel le nombre d’interactions entre les chaînes augmente continuellement (tant que les conditions requises de pH, de lumière, de température, etc. sont maintenues) jusqu’à ce qu’un maximum soit atteint. Ce phénomène est directement lié à la rigidité de l’hydrogel en cours de formation : l’augmentation du nombre d’interactions entraîne une augmentation continue de la rigidité de l’hydrogel jusqu’à un niveau maximal stable. L’ElastoSens™ Bio est capable de mesurer en temps réel la rigidité (module d’élasticité au cisaillement, G’) d’un échantillon en fonction du temps et d’obtenir ainsi sa courbe de réticulation complète (ou cinétique) (figure 1).
Figure 1 : Cinétique de réticulation d’un hydrogel en fonction du module de stockage en cisaillement (G’). Le nombre d’interactions entre les chaînes polymères augmente avec le temps, tout comme la valeur de (G’). L’obtention d’un support séché optimal dépend de la rigidité de l’hydrogel au moment où le processus de lyophilisation est lancé.
Figure 2 : Cinétique de réticulation d’un hydrogel en fonction du module de stockage en cisaillement (G’). Deux lots d’un même hydrogel peuvent atteindre un certain niveau de rigidité à des moments différents.
Après quelques itérations, l’utilisateur peut déterminer le niveau de rigidité optimal (point optimal ou plage optimale) sur la courbe de réticulation obtenue par ElastoSens™ Bio, qui permettra d’obtenir l’architecture optimale de la matrice (porosité, taille des pores, interconnectivité des pores, homogénéité, propriétés mécaniques) pour le procédé concerné (figure 1). Une fois ce niveau déterminé, un aliquot de la solution polymère peut être testé dans l’instrument à chaque cycle de production afin de s’assurer que des niveaux de rigidité similaires ont été atteints avant de passer à l’étape de lyophilisation. Cette transition précise de la phase de réticulation à l’étape de lyophilisation s’est avérée extrêmement importante pour obtenir des rendements de production élevés dans l’industrie. De plus, cela permet d’accélérer la recherche et le développement de produits lyophilisés.
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