การจ่ายไฮโดรเจลหนืดโดยอัตโนมัติ

UPM Biomedicals ผลิตไฮโดรเจลที่เข้ากับร่างกายมนุษย์ได้สูง นั่นก็คือ GrowDex® ซึ่งช่วยให้นักวิจัยทั่วโลกสามารถมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาส่วนผสมทางเภสัชกรรมสำหรับใช้ในมนุษย์โดยใช้วัตถุดิบจากสัตว์น้อยลง เซลล์จำเป็นต้องมีสภาพแวดล้อมที่มีเส้นใยซึ่งเลียนแบบเนื้อหุ้ม (Matrix) นอกเซลล์ของร่างกายเรา เพื่อให้เซลล์สามารถสร้างอวัยวะเล็กๆ ได้ (ออร์แกนอยด์และสฟีรอยด์) โดยปกติแล้ว จะมีการใช้วัสดุจากสัตว์เพื่อใช้ในการเพาะเลี้ยงเชื้อแบบ 3 มิติ GrowDex เป็นไฮโดรเจลพร้อมใช้ที่ได้มาจากไม้อัดเบิร์ช จึงไม่มีส่วนผสมของสัตว์หรือมนุษย์

ความท้าทายคือการจ่ายไฮโดรเจลที่มีความหนืดด้วยความแม่นยำสูงผ่านวาล์วที่แม่นยำ

GrowDex มีความเสถียรทางความร้อนที่อุณหภูมิตั้งแต่ 0 °C ถึงกว่า 100 °C ทำให้เหมาะสำหรับระบบอัตโนมัติและการคัดกรองที่มีปริมาณงานสูง GrowDex เป็นวัสดุที่มีความหนืดลดลงเมื่ออัตราเฉือนเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าความหนืดจะเปลี่ยนไปตามแรงที่ใช้กับวัสดุ เมื่อแรงดันจ่ายสูง วัสดุจะกลายเป็นของเหลว และทันทีที่ไม่ใช้แรงดัน วัสดุจะแข็งตัวและมีความหนืดอีกครั้ง เนื่องจากเส้นใยนาโนเซลลูโลสที่อยู่ภายในวัสดุไม่ได้เชื่อมโยงข้ามกัน แต่เพียงแค่พันกันเท่านั้น ทำให้วัสดุนี้กลายเป็นไฮโดรเจลที่แท้จริง ซึ่งต้องได้รับการดูแลเป็นพิเศษในแง่ของการควบคุมแรงดันที่เกิดขึ้นในระบบการจ่าย

UPM Biomedicals จึงหันไปหาผู้เชี่ยวชาญที่ Festo LifeTech Application Center เพื่อขอให้ดำเนินการวิเคราะห์ความเป็นไปได้ในการจ่ายไฮโดรเจลที่มีความหนืดลดลงเมื่ออัตราเฉือนเพิ่มขึ้นโดยอัตโนมัติ เพื่อจุดประสงค์ดังกล่าว เราจะต้องบรรลุค่า CV (ค่าสัมประสิทธิ์การแปรผันหรือ Coefficient Of Variation) ที่ระบุไว้อย่างปลอดภัยสำหรับปริมาณเป้าหมายสองรายการ ได้แก่ 25 µl และ 100 µl ปริมาตรดังกล่าวถือเป็นเรื่องปกติสำหรับการจ่ายในไมโครไทเทอร์เพลทที่มี 96 และ 384 หลุม

“เรามักจะจ่ายของเหลวที่สั่งทำพิเศษ เมื่อผมเห็นไฮโดรเจล GrowDex ในกระบอกฉีดครั้งแรก ผมรู้เลยว่าไม่ใช่เรื่องง่ายเลยที่จะจ่าย แม้จะอยู่ในรูปแบบเจือจางก็ตาม และผมก็รู้ด้วยว่าผมสามารถค้นหาโซลูชันที่เหมาะสมได้จากระบบของเรา" Manuel Rausch วิศวกรด้านการใช้งานของ Festo กล่าว

เส้นทาง: การเปลี่ยนแปลงและเพิ่มประสิทธิภาพผลิตภัณฑ์และพารามิเตอร์

Festo ใช้วิธีการจ่ายแบบควบคุมแรงดันสำหรับการจัดการของเหลวแบบอัตโนมัติ พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น แรงดันและเวลาเปิดสามารถปรับให้เข้ากับคุณสมบัติของของเหลวได้อย่างยืดหยุ่น ในการทดสอบ ทั้งผลิตภัณฑ์ของ Festo ที่ใช้และพารามิเตอร์กระบวนการจะแตกต่างกัน เช่น วาล์วที่แยกอาหาร เข็ม แรงดัน และเวลาเปิดวาล์ว

วาล์ว VYKB-F12 และเข็มที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในขนาดใหญ่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นโซลูชันที่ดีที่สุดในการรักษาความต้านทานการไหลให้อยู่ในระดับต่ำ การออกแบบที่เลือกยังทำให้สามารถใช้เครื่องสร้างแรงดัน/สุญญากาศ PGVA-1 ขนาดกะทัดรัดได้อีกด้วย

ความสำเร็จ: กระบวนการจ่ายไฮโดรเจล GrowDex ที่สมบูรณ์แบบ

วิศวกรด้านการใช้งานของ Festo ได้พัฒนาชุดส่วนประกอบที่ช่วยให้สามารถจ่าย GrowDex ที่ความเข้มข้น 0.75% และ GrowDex-T ที่ความเข้มข้น 0.5% โดยที่แต่ละองค์ประกอบผสมกับ DMEM ในอัตราส่วน 1:1 ได้ ค่า CV อยู่ภายในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ระบุ

ปัจจุบัน UPM สามารถมั่นใจได้ว่าสามารถจ่ายไฮโดรเจล GrowDex ได้โดยอัตโนมัติเพื่อใช้ในระบบที่ปรับแต่งตามความต้องการของลูกค้า โดยที่มีการคำนึงถึงการตั้งค่าทางเทคนิคเฉพาะ "ตอนนี้สามารถใช้ระบบอัตโนมัติทำงานแทนในขั้นตอนที่ต้องใช้แรงงานได้ อีกทั้งยังทำให้การเพาะเลี้ยงเซลล์แบบ 3 มิติมีความน่าเชื่อถือและรวดเร็วยิ่งขึ้นอีกด้วย" Piia Mikkonen จาก UPM กล่าว

นี่คือขั้นตอนโดยรวมของเราในการลดการใช้วัสดุจากสัตว์ของเรา ในขณะเดียวกันก็ยังปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความสามารถในการเกิดผลลัพธ์ของการเพาะเลี้ยงแบบ 3 มิติซ้ำๆ ได้อีกด้วย ไม่ว่าจะเป็นในการคัดกรองยาหรือเวชศาสตร์ฟื้นฟู ระบบอัตโนมัติแบบปรับแต่งเองก็มีบทบาทสำคัญในการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ

ระดับโลก มุ่งเน้นโซลูชัน และเชื่อมโยงเครือข่าย: LifeTech Application Engineering

LifeTech Application Engineering ของ Festo ช่วยสนับสนุนลูกค้าทั่วโลกในการค้นหาโซลูชัน รวมถึงดำเนินการศึกษาความเป็นไปได้และการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์ การฝึกอบรม การสร้างต้นแบบ การทดสอบการใช้งานและการติดตั้ง รวมถึงการชี้แจงข้อกำหนดของลูกค้าเมื่อมีการสอบถามในเรื่องใหม่ๆ วิศวกรด้านการใช้งานมีประสบการณ์อย่างกว้างขวางในด้านการจัดการของเหลว การเคลื่อนไหว และการควบคุมของเหลว