Автоматизоване дозування в'язкого гідрогелю

Відповідне рішення, розроблене для UPM Biomedicals

У Festo LifeTech Application Center для UPM Biomedicals було випробувано налаштування для автоматичного дозування біосумісного наноцелюлозного гідрогелю.

UPM Biomedicals виробляє високобіосумісний гідрогель GrowDex®, який дозволяє дослідникам по всьому світу розробляти фармацевтичні інгредієнти спеціально для людини, використовуючи при цьому менше матеріалу тваринного походження. Щоб клітини утворювали крихітні органи (органоїди та сфероїди), їм потрібне волокнисте середовище, яке імітує позаклітинний матрикс нашого тіла. Зазвичай для створення таких 3D-культур використовують матеріали тваринного походження. GrowDex - це готовий до використання гідрогель, виготовлений з деревини берези, тому не містить речовин тваринного чи людського походження.

Завдання: дозування в'язкого гідрогелю з надзвичайною точністю за допомогою прецизійного клапана

GrowDex термічно стабільний при температурі від 0°C до понад 100°C, що робить його ідеальним для високопродуктивної автоматизації та скринінгу. GrowDex - це матеріал, що розріджується при зсуві. Це означає, що в’язкість змінюється залежно від сили, прикладеної до матеріалу – за високого тиску дозування він рідкий, і як тільки тиск скидається, матеріал твердіє та знову стає в’язким. Оскільки нановолокна з целюлози не зшиваються всередині матеріалу, а лише переплітаються між собою, матеріал є справжнім гідрогелем. Це вимагає особливої уваги до контролю тиску, що створюється в системі дозування.

Тому компанія UPM Biomedicals звернулася до експертів Festo LifeTech Application Centers для проведення аналізу доцільності автоматизованого дозування гідрогелю, що розріджується зсувом. Метою було безпечне досягнення заданих значень CV (коефіцієнта варіації) для двох цільових кількостей – 25 мкл і 100 мкл. Ці об’єми типові для дозування в 96-лункові та 384-лункові мікропланшети.

«Ми часто дозуємо індивідуальні рідини. Коли я вперше побачив GrowDex Hydrogel у шприцах, я знав, що його буде нелегко дозувати – навіть у розведеному вигляді. Але я також знаю, що наша система пропонує багато варіантів для пошуку правильного рішення», — говорить Manuel Rausch Festo Application Engineer.

Шлях: Варіюйте та оптимізуйте продукти та параметри

Festo покладається на метод дозування з контрольованим тиском для автоматизованої обробки рідин. Такі параметри, як тиск і час відкриття, можна гнучко регулювати відповідно до властивостей рідини. Під час випробування змінювалися як продукти Festo, так і параметри процесу, такі як клапани, що розділяють середовище, голки, тиск і час відкриття клапана.

Спочатку гідрогелі GrowDex або GrowDex-T, що підлягають тестуванню, вручну розвели середовищем для культивування клітин DMEM і залили у скляну пляшку з кришкою. Для створення тиску в пляшці використали тиск-вакуумний генератор (PGVA-1) через з'єднувальну трубку. Модуль VAEM-V точно керував клапаном VYKB-F12 з розділеним середовищем, для дозування витісненої суміші гідрогелю в цільову ємність. Дозовану кількість реєстрували гравіметрично за допомогою ваг і використовували для аналізу значення CV.

Клапан VYKB-F12 і голка з великим внутрішнім діаметром виявилися найкращим рішенням для мінімізації опору потоку. Обрана конструкція також дозволила використовувати компактний генератор тиску-вакууму PGVA-1, що робить непотрібним підведення стисненого повітря в лабораторію.

Успіх: ідеальний процес дозування гідрогелів GrowDex

Інженери Festo підібрали набір компонентів, який дозволив дозувати GrowDex у концентрації 0,75% і GrowDex-T у концентрації 0,5%, кожен з яких змішувався з DMEM у співвідношенні 1:1. Значення CV були в межах заданого допуску.

Тепер компанія UPM може бути впевнена, що її гідрогелі GrowDex можуть бути автоматично дозовані для використання в індивідуальних установках - з урахуванням конкретних технічних параметрів. «Тепер автоматизація може замінити інший ручний етап і зробити 3D-культивування клітин надійнішим і швидшим», — каже Piia Mikkonen з UPM.

Це наш спільний крок до зменшення використання тваринного матеріалу, одночасно покращуючи надійність і повторюваність результатів 3D-культивування. У скринінгу ліків чи регенеративній медицині адаптовані автоматизовані системи відіграватимуть важливу роль у дотриманні нормативних вимог.

Про авторів


Manuel Rausch
Application Engineer
Festo Deutschland
Контакти

Vesa Tomukorpi
Business Driver
Festo Finnland
Контакти

Глобальна, орієнтована на рішення та мережева: LifeTech Application Engineering

Festo LifeTech Application Engineering пропонує можливість підтримувати клієнтів у всьому світі в пошуку рішень і проводить техніко-економічні обґрунтування та оптимізацію параметрів, навчання, створення прототипу, введення в експлуатацію та інсталяцію, а також уточнення вимог клієнтів для нових запитів. Інженери-розробники мають великий досвід у сфері обробки, переміщення та контролю рідин.

Більше статей

листопада 2023

Загальний огляд