Automatické dávkovanie viskózneho hydrogélu

Vhodné riešenie vyvinuté pre UPM Biomedicals

V aplikačnom centre Festo LifeTech sa testovalo nastavenie pre UPM Biomedicals na automatické dávkovanie ich biokompatibilného nanocelulózového hydrogélu.

UPM Biomedicals vyrába vysoko biokompatibilný hydrogél GrowDex®, ktorý umožňuje výskumníkom na celom svete cielene vyvíjať farmaceutické aktívne zložky na humánne použitie pri použití menšieho množstva živočíšneho materiálu. Aby bunky vytvorili drobné orgány (organoidy a sféroidy), vyžadujú vláknité prostredie, ktoré napodobňuje extracelulárnu matricu nášho tela. Na vytvorenie týchto 3D kultivačných podmienok sa zvyčajne používajú živočíšne materiály. GrowDex je hydrogél pripravený na použitie vyrobený z brezového dreva, a preto neobsahuje žiadny materiál živočíšneho alebo ľudského pôvodu.

Výzva: Dávkovanie viskózneho hydrogélu s extrémnou presnosťou cez presný ventil

GrowDex je tepelne stabilný pri teplotách od 0 °C do viac ako 100 °C, vďaka čomu je ideálny pre automatizáciu a vysokovýkonné skríningy. GrowDex je strihovo riediaci materiál. To znamená, že viskozita sa mení so silou pôsobiacou na materiál - pri vysokom dávkovacom tlaku je tekutý a akonáhle sa tlak uvoľní, materiál tuhne a opäť sa stáva viskóznym. Keďže nanovlákna vyrobené z celulózy sa vo vnútri materiálu nezosieťujú, ale iba prepletú, materiál je skutočným hydrogélom. To si vyžaduje osobitnú pozornosť pri riadení tlaku vytváraného v dávkovacom systéme.

Spoločnosť UPM Biomedicals sa preto obrátila na odborníkov z aplikačného centra Festo LifeTech, aby vykonali analýzu uskutočniteľnosti automatického dávkovania hydrogélu stenčujúceho šmykom. Cieľom bolo bezpečne dosiahnuť špecifikované hodnoty CV (variačný koeficient) pre dve cieľové množstvá – 25 µl a 100 µl. Tieto objemy sú typické pre dávkovanie v 96-jamkových a 384-jamkových mikrotitračných platniach.

„Často vydávame prispôsobené tekutiny. Keď som prvýkrát videl GrowDex Hydrogel v injekčných striekačkách, vedel som, že nebude ľahké ho dávkovať – dokonca ani v zriedenej forme. Viem však aj to, že náš systém ponúka veľa možností na nájdenie správneho riešenia,“ hovorí aplikačný inžinier Festo Manuel Rausch.

Cesta: Obmieňajte a optimalizujte produkty a parametre

Festo sa pri automatizovanej manipulácii s kvapalinami spolieha na metódu dávkovania riadeného tlakom. Parametre ako tlak a čas otvorenia je možné flexibilne prispôsobiť vlastnostiam kvapaliny. Pri teste sa menili použité produkty Festo aj parametre procesu, ako sú ventily oddelené od média, ihly, tlaky a časy otvorenia ventilov.

Najprv sa testované hydrogély GrowDex alebo GrowDex-T manuálne zriedili médiom bunkovej kultúry DMEM a naplnili sa do sklenenej fľaše s uzáverom. Fľaša bola natlakovaná cez spojovaciu hadicu pomocou tlakovo-vákuového generátora (PGVA-1). Riadiaci modul ventilu VAEM-V presne ovládal ventil VYKB-F12 oddelený od média na dávkovanie vytlačenej hydrogélovej zmesi do cieľovej nádoby. Vydané množstvo sa zaznamenalo gravimetricky pomocou stupnice a použilo sa na vyhodnotenie hodnoty CV.

Ventil VYKB-F12 a veľký vnútorný priemer ihly sa ukázali ako najlepšie riešenie na udržanie nízkeho prietokového odporu. Zvolená konštrukcia umožnila aj použitie kompaktného tlakovo/vákuového generátora PGVA-1, vďaka čomu nie je potrebné pripojenie stlačeného vzduchu v laboratóriu.

Úspech: Perfektný proces dávkovania hydrogélov GrowDex

Aplikační inžinieri Festo vyvinuli štruktúru komponentov, ktoré umožnili dávkovanie GrowDex v koncentrácii 0,75 % a GrowDex-T v koncentrácii 0,5 %, každý zmiešaný s DMEM v pomere 1:1. Hodnoty CV boli v rámci špecifikovanej tolerancie.

Spoločnosť UPM si teraz môže byť istá, že jej hydrogély GrowDex môžu byť dávkované automaticky na použitie v systémoch špecifických pre zákazníka – berúc do úvahy špecifické technické nastavenie. „Automatizácia teraz môže nahradiť ďalší manuálny krok a robí 3D kultiváciu buniek spoľahlivejšou a rýchlejšou,“ hovorí Piia Mikkonen z UPM.

Toto je náš spoločný krok smerom k zníženiu používania živočíšneho materiálu pri súčasnom zlepšení spoľahlivosti a opakovateľnosti výsledkov 3D kultúry. Či už ide o skríning liekov alebo regeneratívnu medicínu, pri plnení regulačných požiadaviek budú zohrávať dôležitú úlohu prispôsobené automatizované systémy.

O autoroch


Manuel Rausch
Aplikačný inžinier
Festo Deutschland
Kontakt

Vesa Tomukorpi
Business Driver
Festo Fínsko
Kontakt

Globálne, na riešenie orientované a prepojené: LifeTech Application Engineering

LifeTech Application Engineering spoločnosti Festo ponúka príležitosť podporovať zákazníkov na celom svete pri hľadaní riešení a vykonáva štúdie uskutočniteľnosti a optimalizáciu parametrov, školenia, konštrukciu prototypov, uvádzanie do prevádzky a inštalácie, ako aj objasňovanie požiadaviek zákazníkov na nové otázky. Tamojší aplikační inžinieri majú rozsiahle skúsenosti v oblasti manipulácie s kvapalinami, pohybu a riadenia kvapalín.

novembra 2023

Prehľad