提出了一种具有不同杨氏模量或厚度的高分子薄膜复合结构的制造工艺规程。影片为先进的细胞培养研究或作为皮肤胶粘剂被生产。
在本协议中, 我们提出了制备薄弹性体复合膜的方法, 用于先进的细胞培养应用和皮肤胶粘剂的发展。两种不同的聚 (二甲基硅氧烷) (中和软皮肤胶粘剂 (SSA)), 已被用于深入调查的生物效应和胶粘剂的特点。复合膜由柔性支撑层和粘接顶涂层组成。这两个层都是由医生刀片应用技术制造的。在本研究中, 对复合膜的粘接性能进行了研究, 作为层厚度的函数或顶层杨氏模量的变化。通过改变基向交联剂混合比, 使其杨氏模量发生了变化。此外, SSA 薄膜的厚度从大约16µm 到大约320µm. 扫描电镜 (SEM) 和光学显微镜已被用于厚度测量。弹性体膜的粘结性能强烈依赖于薄膜厚度、聚合物杨氏模量和表面特性。因此, 研究了这些薄膜在表面光滑粗糙的玻璃基片上的正常附着力。脱扣应力和分离工作取决于有机硅弹性体的配比。
此外, 软皮肤胶粘剂的厚度放置在支持层的顶部已经变化, 以产生补丁皮肤应用。对 L929 小鼠成纤维细胞的细胞毒性、增殖和细胞黏附力进行了研究。我们在这里首次展示了两种聚合物制备的薄层复合薄膜的并排比较, 并对它们的生物和胶粘剂性能进行了研究。
在该协议中, 提出了制备薄弹性体薄膜的详细方法。该技术广泛应用于薄层复合膜的生产中。在 polyethylenterephtalate (PET) 箔上进行了制造技术, 使这些薄膜能够在很大程度上得到后续生产。本协议的重点是对重复性的评估, 对复合膜的不同层的精确制造, 以及最终复合片的生物和粘附性能的测定。有机硅弹性体 (甲基) 广泛应用于生物医学技术, 包括皮肤胶粘剂的生产、微流体应用和其他研究领域1、2、3 ,4。最近, 一个新的子类, 即所谓的软皮肤胶粘剂 (SSAs) 已经被介绍, 特别是为温和的皮肤粘合和脱粘。
硅胶 ssa 是乙烯基功能弹性体, 不同于类似的聚合物, 没有加强二氧化硅5。类似于其他的, SSA 的杨氏模量可以通过调节交联器浓度或固化时间6,7,8来适应广泛的范围。硅弹性体杨氏模量的这种变化对材料的粘附性能有显著影响, 对9、10表面培养的原核和真核细胞也有深远的影响。,11. 在细胞生物学水平上, 它显示, 真核细胞在信号转导水平上响应, 以调制的基体弹性或厚度的表面9,10,12 ,13,14。因此, 广泛的兴趣在细胞培养应用的聚合物具有可调谐的机械性能存在。重要的是, 硅基弹性体的固有低表面能为真核细胞细胞培养提供了最佳条件。氧等离子体处理是一种应用广泛的技术, 可以暂时增加低表面能量, 从而提高其拉断强度, 减少分子表面吸附, 同时促进附着、扩散和真核细胞增殖15,16,17,18。
除材料性质外, 表面形貌显著影响细胞黏附力和两种材料之间的粘接作用19、20、21、22。表面粗糙度对两个表面的接触形成有若干影响: 接触面积的减少, 粗糙周围的高储能弹性能量, 以及对裂纹扩展的影响可以改变粘结强度23, 24。自粘膜对人体皮肤的粘附是一个新兴的应用领域,如伤口敷料, 心电图电极固定或其他可穿戴电子设备25,26,27, 28。为测量自粘胶在表面形貌方面的粘结性能, 不同粗糙度的玻璃基板可用于正常附着力测量8、21。在这里, 选择了两个玻璃基板来研究聚合物薄膜的粘结性能。首先, 以不同掺量比的10至1重零件的混合比为基材的复合膜。在第二个步骤中, 制备了一个胶粘剂 SSA 层, 其两个组分的重量相等, 并在支持的二甲基硅胶片上有不同的膜厚。
复合结构的设计使材料性能的简单调整, 如杨氏模量或试样的厚度。采用不同的硅胶弹性体30、31, 通过改变两组分的混合比或制造混合料, 可以有效地改变杨氏模量。所描述的方法并不局限于目前的研究中使用的, 但特别是胶粘剂的性能取决于所使用的特定类型。该协议中的一个关键步骤是复合薄膜的制造过程 (图 1)。结果表明, 薄膜厚度对不同基质 (包括皮肤) 的粘附性能有显著影响 (图 5和图 6)。除薄膜厚度外, 固化过程中的时间和温度影响材料性能32。因此, 需要对聚合物层厚度的参数进行仔细的调整和验证。
用两个不同表面粗糙度的玻璃基片对0.338 µm (图 3) 进行了常规力粘附测量, 对薄膜的粘接性能进行了分析。一般而言, 粗糙度对表面的附着力有显著影响, 特别是弹性材料33、34。玻璃的粗糙度可以很容易地由不同的粗糙度的砂纸研磨, 因此允许制造的衬底表现出更高的糙率值21。另外, 其他材料, 例如环氧树脂可以使用为基体15,35的生产。这可能是提出的协议的一个重要修改策略。例如, 如果需要提供不同表面自由能量的基板, 或者需要特定的地形。在此基础上, 用自定义的设置 (宏观粘附测量装置 (MAD,图 4) 分析了该薄膜的拉拔应力和分离工作。36压的光学对准是测量结果分析的关键步骤。因此, 倾斜角的调整需要与量角器, 尽可能精确。这可以达到足够的精度, 手动使基板接触到薄膜表面, 直到达到水平接触。
在当前协议中, 保持时间在一秒钟内保持不变 (图 5 和图 7)。特别是对弹性薄膜在粗糙衬底表面的粘接性能的研究, 保留时间的延长提供了额外的信息。例如, 增加了拉断应力, 增加了保持时间已报告8。除了在当前协议中进行的测量外, 还可以执行其他方法, 例如剥离测试, 允许对附着力性能进行更全面的调查37。
测定了不同膜厚的复合膜在软皮肤胶粘剂中的粘结性能 (图 7)。我们的结果与公布的数据一致, 表明薄膜厚度的降低导致拉断应力的增加,即衬底直径与膜厚度的比值, 增加38,39.根据这些结果和图 7中描述的数据, 我们得出的结论是, 复合薄膜的总厚度约为100µm (大约60µm 的 SSA 层的厚度适用于大约40µm 的一部以上的一片薄膜), 具有良好的附着力。roperties 在粗糙的表面上。
其次, 在原始复合膜和等离子处理复合膜上进行了与生物特性相关的实验 (图 8)。等离子处理硅弹性体是一种常用的, 多功能的技术, 以提高表面亲水性的性质和促进细胞附着和细胞传播40,41。有机硅是众所周知的低毒性和高 biostability, 但可能含有残留单体或催化剂, 可能影响生理过程, 也导致细胞毒性42,43。在进行的实验中, 我们观察到的细胞毒性小于 5%, 以 LDH 释放为指标和台盼蓝排斥试验。在所提出的协议中, 对整个细胞群, 包括从表面分离出来的细胞团聚体进行了分析, 以进行扩散分析 (图 9B)。对议定书的修改可以产生更有差别的结果。对于每个样品, 含有分离细胞集料的上清液可以转移到一个单独的反应管, 而不与酶从聚合物表面移除的细胞结合。这将允许对附着在表面的细胞进行精确的评估, 并最终揭示出聚合物对细胞黏附过程的影响的更详细的测定。除了这里提出的免疫细胞化学方法外, 还可以利用应用免疫印迹的方法来采集干细胞, 从而对蛋白质表达进行详细的定量评估。
总之, 我们已经建立了生产条件的薄弹性复合膜的应用, 在先进的细胞培养研究。此外, 这些薄膜具有很高的适应性, 皮肤粗糙度, 使复杂的皮肤胶粘剂设计。
The authors have nothing to disclose.
马丁 Danner 在准备样品和建立细胞培养程序方面得到了认可。作者要感谢 Biesterfeld Spezialchemie GmbH (德国汉堡), 特别是罗伯特 Radsziwill 为连续的支持和讨论。导致这些结果的研究得到了欧洲研究理事会根据欧洲联盟第七框架方案 (FP/2007-2013)/紧急救济协定340929的资助。
2-Propanol, 97% | Stockmeier Chemie | 1000452610000 | Isopropanol |
Abrasive diamnod hand pad | Bohle | MO 5007522 | Grit: 220 |
Accutase | Capricorn Scientific | ACC-1B | |
Albumin Fraktion V | Roth | 0163.2 | BSA |
Alexa Fluor 488 Phalloidin | ThermoFischer Scientific | A12379 | highly toxic |
Aquamount | Polysciences | 18606-20 | water soluble mounting medium |
CytoTox-ONE Homogeneous Membrane Integrity Assay | Promega | G7890 | |
DPBS, without Ca2+, Mg2+ | ThermoFischer Scientific | 14190094 | |
Fetal bovine serum gold | GE Health Care Life Science | A15-151 | FBS |
Goniometer OCA35 | Dataphysics | for the determination of the static water contact angle | |
Hoechst Dye 33342 | Sigma-Aldrich | B1155-100MG | bisBenzimide H 33342 trihydrochloride, highly toxic |
Microscope Axiovert 25 | Zeiss | Microscope used for cell culture documentation | |
Microscope Eclipse LV100ND | Nikon | Microscope used for film thickness determination | |
Paraformaldehyde, aqueous solution 16% | Electron Microscopy Sciences | RT 15710 | electron microscopy grade |
penicillin und streptomycin solution | Sigma-Aldrich | P4333-100ML | |
Phenom XL Scanning Electron Microscope (SEM) | Phenom | ||
Poly-(vinyl alcohol) 4-88, MW 31000 | Sigma-Aldrich | 81381-1KG | Mowiol 4-88 |
Poly-dimethyl siloxanes, Sylgard 184 | Dow Corning | (400)000108351397 | PDMS |
RPMI 1640 basal medium | ThermoFischer Scientific | 21875034 | |
soft skin adhesive (SSA) | Dow Corning | (400)000108251792 | MG 7-9800 Soft Skin Adhesive (SSA) |
speed mixer DAC 600.2 VAC-P | Hauschild | ||
stylus profilomter | Zeiss | Model: SURFCOM 1500SD3 | |
Tecan Infinite M200 pro | Tecan | fluorescence plate reader | |
Triton X 100 | Calbiochem | 648466 | |
Trypan Blue solution | Sigma-Aldrich | T8154-100ML | highly toxic |
Trypsin/EDTA solution | PAN-Biotech | P10-023500 | 0.05% Trypsin, 0.02% EDTA in PBS |
UV glue | Bohle | BO MV76002 | medium viscosity |