Nota tecnica | ElastoSens™ Bio
Indicazioni per Individuare il Punto Ottimale per la Liofilizzazione di un Idrogel
della dott.ssa Dimitria Camasão,
Senior Application Specialist presso Rheolution Inc.
La liofilizzazione è un metodo comune per produrre scaffold porosi a partire da un idrogel composto da polimeri naturali o sintetici. In molti casi, la soluzione polimerica viene reticolata (si formano legami o interazioni tra le catene polimeriche) e l’idrogel viene poi liofilizzato per ottenere lo scaffold poroso ed essiccato (1-3). Questa fase di reticolazione può richiedere da pochi minuti a diverse ore per completarsi, e il momento in cui le condizioni di reticolazione vengono interrotte forzatamente e il campione trasferito al liofilizzatore ha un impatto significativo sulla struttura finale dello scaffold essiccato. Questo passaggio dalla fase di reticolazione alla liofilizzazione viene spesso determinato a occhio, e la mancanza di precisione in questo momento porta a una mancanza di uniformità negli scaffold essiccati finali, il che può ridurre notevolmente la resa produttiva. In questa nota tecnica verrà descritto l’uso di ElastoSens™ Bio per guidare la determinazione di questo punto di transizione ottimale.
La fase di reticolazione, che porta da una soluzione polimerica a un idrogel formato, è un processo che dipende dal tempo, in cui il numero di interazioni tra le catene aumenta continuamente (purché si mantengano le condizioni richieste di pH, luce, temperatura, ecc.) fino a raggiungere un valore massimo. Questo è direttamente correlato alla rigidità dell’idrogel in formazione: l’aumento del numero di interazioni porta a un continuo aumento della rigidità dell’idrogel fino a un livello massimo stabile. ElastoSens™ Bio è in grado di misurare in tempo reale la rigidità (modulo elastico di taglio, G’) di un campione in funzione del tempo e quindi di ottenere la sua curva completa di reticolazione (o cinetica) (Figura 1).
Figura 1: Cinetica di reticolazione di un idrogel in termini di modulo di immagazzinamento di taglio (G’). Il numero di interazioni tra le catene polimeriche aumenta con il tempo e, di conseguenza, anche il valore di (G’). La qualità ottimale dello scaffold essiccato dipende dalla rigidità dell’idrogel al momento dell’avvio del processo di liofilizzazione.
Figura 2: Cinetica di reticolazione di un idrogel in termini di modulo di immagazzinamento al taglio (G’). Due lotti dello stesso idrogel possono raggiungere un certo livello di rigidità in tempi diversi.
Dopo alcune iterazioni, l’utente può determinare il livello di rigidità ottimale (punto ottimale o intervallo ottimale) nella curva di reticolazione ottenuta con ElastoSens™ Bio, che porterà all’architettura ottimale dello scaffold (porosità, dimensione dei pori, interconnessione dei pori, omogeneità, proprietà meccaniche) per il processo in questione (Figura 1). Una volta determinato questo valore, in ogni ciclo di produzione puoi testare una porzione della soluzione polimerica nello strumento per assicurarti che siano stati raggiunti livelli di rigidità simili prima di passare alla fase di liofilizzazione. Questo passaggio preciso dalla fase di reticolazione a quella di liofilizzazione si è rivelato estremamente importante per ottenere rese di produzione elevate nel settore. Inoltre, ciò può accelerare la ricerca e lo sviluppo di prodotti liofilizzati.
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