Understanding Electrospinning

ويسمح الصبغ الضوئي باختلاق الألياف المتناغمة والشديدة السيطرة، ويصبح حجر الزاوية في هندسة الأنسجة، ولا سيما من أجل إيجاد مكوّنات للكهرباء المتناثرة في المصفوفة الأصلية التي تُستخدم في نهاية المطاف، ويُستخدم فيها البوليفات الضوئية ذات الصبغة الصبغة الكهربية في إطار إصلاح السوط، ويُقدِّم المذيبات.

كما أن تقنيات الاختلاق ذات النطاقات الاصطناعية التقليدية مثل تمزق الملح أو رغوة الغاز أو الصبغ المذيب، التي تنتج مواد إباحية في عشرات الميكرومترات ولكنها تفتقر إلى التضاريس المستمر، وتولد الصبغة الكهروائية شبكة من الألياف التي تلخص الظواهر الميكانيكية الفيزيائية التي تلتقي في النسيج.

فبعد النزعة الهيكلية، يوفر الصبغة الكهروائية القدرة على إدماج الجزيئات النشطة أحيائياً مباشرة في الألياف، إما بتمزيقها بحل متعدد المقاييس، عن طريق الشباك الفموية (الألياف الأساسية)، أو عن طريق التشغيل بعد التكوين، مما يجعل التصميم الكهرومغناطيسي منبراً جذاباً لتحقيق عوامل النمو، أو التغيّر في المواد المتبقية من المواد التي تفحصها الجيلات الخاضعة للمراقبة،

المواد المستخدمة في مقذوفات السيارات الميكروفية

وربما يكون اختيار البوليمر (البوليمر) هو أهم قرار في مجال الصبغ الكهرومغناطيسي لهندسة الكريات، ويجب أن تكون المواد قابلة للتحلل الأحيائي، وأن تكون قابلة للتحلل الأحيائي بمعدل يضاهي تكوين البيوت، ويمكن معالجتها بواسطة الصبغة الكهرومغناطيسية، وأن تكون قادرة على دعم الكيمياء الوبائية، وقد تم استكشاف البوليمرات الطبيعية والاصطناعية، التي تستخدم عادة في مزيج من أجل الجمع بين الممتلكات المستصوبة.

البوليمرات الاصطناعية

  • (Polycaprolactone (PCL): ] PCL is a semi-crystalline, biodegradable polyester with a slow degradation rate (2-4 years in vivo), excellent mechanism properties, and FDA approval for many medical devices. Its low melting point (~60 °C) and solubility in commonth organic solvents.
  • () عوامل الطاقة (التكليفية، ) -حمض الجيليك] (PLGA): PLGA) هي مزيج من أحماض التكتيك والجيليكول التي يمكن أن يصمم معدل تدهورها بنسبة المفردات.
  • (ب) قد تكون أيضاً عناصر التخصيب الكهربي (حامض التكتيك) وحامض الغليكول (PGA): ) PLA (وبخاصة الإيسومر وPLLA) وPGA هيدروسون (PG) هي أيضاً عناصر تزييف النسيج البلاستيكي وينحرف ببطء شديد، بينما تكيف الهيئة الوطنية لتوحيد المقاييس بسرعة.

البوليمرات الطبيعية

  • (Gelatin:] Gelatin is derived from collagen and retains many cell-binding motifs (e.g., RGD sequences) It is water-soluble, biodegradable, and relatively inexpensive. Gelatin can be electrospun from aqueous solutions or cosolvent systems, but
  • () Collagen type I and II:] Collagen is the major ECM protein in cartilage (type II) and is an ideal scaffold material due to its natural bioactivity, biocompatibility, and weak immunogenicity. Electrospinning pure collagen requires specialized solvents (eg3,, 1.
  • () شيتوسان هو مركب من البولي ساكناً مستمد من الشيشان، مع وجود تشابه هيكلي بين الغواصات في مادة الكيماويات، وهو متعدد السمات قابلة للتحلل الأحيائي، وله خصائص مضادة للصدمات، وحلول شيتوسان قابلة للكهرباء من حلول حمض كبير جداً، ولكن
  • Hyaluronic acid (HA): HA is a non-sulfated GAG abundant in cartilage and synovial fluid, playing key roles in joint lubrication and cell signaling. HA is highly hydrophilic and anionic, making it challenging to electrospin as a pure polymer; it is usuallyوتتماشى هذه البوليمرات الناقلة (مثلاً، PCL، Glatin) أو معدلة كيميائياً (مثل الميثاكريل) لتمكين الوصلات البيولوجية وتشكيل الألياف.

    Electrospinning Techniques

    وتم تنقيح تركيبة الكهرباء الأساسية إلى عدة متغيرات، حيث يقدم كل منها مزايا فريدة لهندسة السكافو المزروع.

    Solution Electrospinning

    وهذا هو أكثر الطرق استخداماً، إذ يمكن أن تُحل البوليمر في مذيب عضوي متقلب (أو نظام مائي لبوليمرات طبيعية) لتشكل حلاً له أفضل وجه وسلوكية وتوتر سطحي، وتزيد المذيبات السطحية (0.5 إلى 5 ملليترات/ساعة) من الفولطام المطبق (10 إلى 25 كيلوفولت، وتزيد من ضعف الإبر إلى 12)

    Melt Electrospinning

    ويستخدم الصبغ الكهربائي المميت في الآونة الأخيرة مذيباً متعدد المقاييس بدلاً من حله، ويلغي الحاجة إلى المذيبات العضوية ويتجنب قضايا السمية، وهذه الطريقة جذابة بوجه خاص بالنسبة للبوليمرات مثل PCL و PLA التي لها نقاط انصهار محددة تحديداً جيداً.

    Coaxial Electrospinning

    ويستخدم الصبغ الكهرومغناطيسي تركيبة ذاتية ثنائية العجلات: فالإبرة الداخلية تنطوي على حل أساسي (تحتوي في كثير من الأحيان على عوامل النمو، أو المخدرات، أو البوليمر الميكانيكي) بينما يحمل إبرة خارجية حلاً للبوليمرات، ويتسبب ارتفاع الفولطين في حرق كل منهما في وقت واحد، مما يشكل أليافاً صلبة تستوعب المادة الأساسية().

    Multijet and Needleless Electrospinning

    وعلى الرغم من أن الصبغة الكهربائية التقليدية ذات الاحتياجات الواحدة منخفضة من حيث الناتج )١-١ مليون ليرة/ساعة(، فإن استخدامها في صنع أنواع كبيرة من الاختناق، وأن النظم المتعددة الجذور التي تستخدم إبر متعددة أو طبولا متناوبا مع عدة أعمدة يمكن أن تزيد من معدلات الانتاج.

    مجموعة من المجندين في حركة تحرير شعب

    ويؤثر اتجاه الألياف الكهروبوتية المتناسقة إلى حد كبير على سلوك الخلايا، إذ تنتج الألياف الرطبة خصائص ميكانيكية متجانسة، وتعزز انتشار الخلايا في جميع الاتجاهات، بينما تؤدي الألياف المتوازية إلى توجيه الاتصال والخواص الميكانيكية المتوازية للتشبث بالجملة في المنطقة القطبية الوسطى، حيث تتجه ألياف الكولجين في المنطقة السطحية إلى جانب

    تصميم مجموعات الميكروفونات المتحركة

    ويتطلب تصميم مصفوف للكهرباء الكهربائية من أجل التخصيب توازناً بين الخصائص الهيكلية والميكانيكية والبيولوجية، ويجب أن يدعم هذا الغطاء انتشار الخلايا، وأن يحافظ على مورفولوجياً دائرية (مثلاً للخصائص)، وأن يعزز الترسب الكيميائي للقدرات، وأن يقاوم الحمولات الميكانيكية من الحركة المشتركة، وتشمل معايير التصميم الرئيسية مقاييس الألياف، والمواءمة، والتصويب، والحجم، ومعدل التحلل، والكيميائي السطحي.

    الاختبارات الميكانيكية

    كما أن الكراتيل المقطعي هو مادة مؤثرة في شكل مركب مركب مضغط يتراوح بين 0.5 و2 ميغاباي، وموصلات متحركة من 5 إلى 15 ميغابايا، وجهاز ميكانيكي للأشعة السينية المكشوفة، وجهاز ميكانيكي للغاز المضغوط، وجهاز ميكانيكي للأشعة السيلانية المزودة بمقياس ميكانيكي منخفض، وكمية صغيرة.

    Porosity and Pore Size

    إن زيادة السمعة )٠٨ في المائة( ضرورية لتداول المغذيات وإزالة النفايات في أنسجة مناظير مثل التخصيب، غير أن طرق التهزئة بالكهرباء الكهربية التي تخلق في كثير من الأحيان مسامير صغيرة )قليل من الميكرومتر( نتيجة لضغوط الألياف الكثيفة التي يمكن أن تعوق التسلل إلى الخلايا، وقد وضعت استراتيجيات مختلفة لزيادة حجم المزروعات:

    معدل التحلل

    كما أن البوليمرات السريعة التحلل مثل PGA (أسبوع إلى أشهر) قد تفقد السلامة الميكانيكية قبل إنتاج مصفوفة كافية، وقد تستمر البوليمرات البطيئة التحلل مثل PCL (سنوات) في التصليح، مما يعوق الاندماج الكامل.

    أداء سطح الأرض

    ولتحسين النشاط البيولوجي، يمكن تدوين الألياف الكهروسبونية ببروتينات الـ ECM (الكولاغن، ألياف النسيج، لامينين) أو محشوة بعوامل النمو، كما تم إثبات وجود مخاطر المضغ المضغي المميت، أو البروتين الجيني - 2 (BMP-2) على سطح الألياف لتعزيز الديجينات الخلية الخفيفة التي تشمل خلايا الجذعية.

    التطبيقات والبحوث الحالية

    Electrospun nanofiber scaffolds have been investigated for in vitro] cartilage model systems, invo repair of osteochondral defects in animal models, and early-stage clinical trials. Inin

    (أ) في اختبارات التلقيح العشوائية، وفي الاختبارات التي تتم تحت إشراف الأرنب والماعز، وفي نماذج الخراف، أظهرت نتائج واعدة، مثل الاختناق الكهروفوني PCL/chitosan الذي يزرع في عيوب النسيج الشوكي المصغرة التي تعزز إصلاح النسيج مع تحسين التكامل من الضوابط غير المعالجة.

    وبالإضافة إلى الإصلاح القائم على الكتف، تستخدم الألياف الكهرومائية في تسليم المخدرات لمكافحة التهاب (مثلا، إدراج العقاقير المضادة للتهاب مثل الدكروفيناك) وكحاجز مدمجة مصحوبة بأجهزة استرشاد النسيج أو لتزييف النسيج المشترك (الثدييات الحمضية الكهربية).

    التحديات والاتجاهات المستقبلية

    ورغم التقدم الهائل، لا تزال هناك تحديات عديدة قبل أن تصبح مقابر الكروسبون خيارا سريريا موحدا.

    التسلل خلية

    وقد يؤدي الحجم المحدود لمجموعات الكهرباء - التي تقل في كثير من الأحيان عن 20 ميكرو متراً - نقل خلايا الاختراق إلى داخلها، مما يؤدي إلى ظهور ريم خلايا على السطح ولبية نقية جديدة، وفي حين أن التقنيات مثل الغسل المالحي، والتكرير التراكمي، والطباعة المختلطة/الركودية قد تؤدي إلى تحسين التسلل، مما يؤدي إلى توزيع خلايا المتجانسة على نطاق واسع.

    التعميم وعلم الأنيسوتروب

    كما أن التخصيبات غير واضحة، وبالتالي فإن المكشوفات لا تتطلب ازدهار سفين الدم، ولكن بالنسبة للاختلالات الفستوغرافية (التي تشمل كل من المجازر والعظام)، يجب أن يخضع جزء العظام دون المستوى الدراسي للتعريف، كما أن التركيبات الزمنية للكهرباء الرئويين للتشييدات الثنائية أو الخريجة يجب تصميمها بحجم الجسم وعوامل النمو (مثلاً).

    التصعيد والتعقيم

    والانتقال من الإنتاج الصناعي إلى الإنتاج الصناعي مع الحفاظ على الجودة وإعادة الإنتاج يشكل تحديا هندسيا كبيرا، فالإكتروبين حساسة لظروف مائية (الثديية، درجة الحرارة)، وتقلب البخار المتعدد المقاييس، وتجميع الإبر، ويجري صقل نظم الموافقة على الازدهار، ولكن لا تزال هناك مسائل تتعلق بالوحدة.

    الاستقرار والتكامل على المدى الطويل

    وبعد زرعها، يجب أن يتحلل هذا النسيج مع مرور الوقت بينما يحل الأنسجة الجديدة محله، غير أن إنتاج التحلل الثانوي (مثلاً، الحمض التكتيكي من PLGA) يمكن أن يقلل من مستوى الهيدروجيني المحلي، مما قد يسبب الإلتهاب أو الحساب، كما أن التحكم في التدهور من خلال تصميم البوليمر واستخدام الملح الأساسي في حمض الحاجز هي استراتيجيات قيد التحقيق.

    الاتجاهات المستقبلية

    وتسمح تكنولوجيات الفرز الكهربائي المتقدمة مثل التلقيح الكهربائي القريب من الحقول بكتابة الألياف مباشرة بفحص دقيق للمترات، مما يتيح لمرضى محددين أشكالاً من الاختلالات التي تتطابق مع مساحات التكوين التي تصيب خلايا الاختلالات (المنبثقة عن التصوير بالرنين المغناطيسي أو المسح الكيميائي).

    For further reading, consult recent reviews on electrospinning for cartilage fabric engineering ()PubMed link), coaxial electrospinning for growth factor delivery (]Biomedical Materials), and the role of fiber alignment in chondrogenesis ([FL:])