Biotekniikka
Biotekniikassa sovelletaan biologian käsitteitä biotieteiden reaalimaailman ongelmien ratkaisemiseen1. Menetettyjen ja vaurioituneiden elinten tai kudosten korvaaminen on yksi tärkeimmistä aloista, joilla kudostekniikka ja biotuotanto ovat tärkeitä strategioita2.
NETZSCH tarjoaa ratkaisuja termiseen ja reologiseen karakterisointiin koko arvoketjussa raaka-aineista kudoksiin ja keinotekoisiin kudoksiin.
1Pavlovic, Bioengineering A Conceptual Approach, Springer, 2015, DOI 10.1007/978-3-319-10798-1
2Malda, J. et al., 25th Anniversary Article: Engineering Hydrogels for Biofabrication, Advanced Materials, 2013, https://doi.org/10.1002/adma.201302042
Raaka-aineet (bioainekset, biohartsit, soluviljely)
alginaattihydrogeelien 3D-tulostus:
- Arvioidaan hydrogeelien tulostettavuutta ekstruusiopohjaista 3D-tulostusta varten
- Tutkitaan, miten lääkeaineen kuormitus vaikuttaa hydrogeelien reologisiin ominaisuuksiin
.
Kryosäilytys:
- Kiteytymisprosessien määrittäminen DSC:n avulla
- Tutkitaan solujen ja biopolymeerien vitrifikaatiota pakastekuivauksen aikana
.
Geeliytymisen reaaliaikainen karakterisointi:
- Biopolymeerisen hydrogeelin geeliytymisen tutkiminen reaaliajassa
- Tutkitaan kemiallisen ympäristön muuttumisen vaikutusta leikkauksen aikana
.
Jotkin edellä luetelluista haasteista johtuvat monikomponenttisten bioaineksen ja biomateriaalien monimutkaisesta virtauskäyttäytymisestä, jossa mekaaninen vaste ja kemiallinen ympäristö ovat tiiviisti yhteydessä toisiinsa.
Kehittyneet reologiset tekniikat, kuten reodialyysi, mahdollistavat näytteen kemian kontrolloidut muutokset leikkauksen aikana, jolloin voidaan tutkia yksittäisten aineiden osuutta reologiseen kokonaisvasteeseen realistisissa prosessiolosuhteissa.
3D-bioprinttaus
Sähkökuitukehruu:
- Ymmärtää ja ennustaa sähkökuitujen kehräysprosessia käyttämällä reologiaa
- Tehokas prosessin optimointi reologisen ymmärryksen perusteella
Biomusteiden validointi 3D-biotulostusprosessien kalibrointia varten:
- Kattavat riittävän laajan reologisten ominaisuuksien kirjon 3D-bioprinttausta varten
- Varmistetaan vankat kalibrointiprosessit valitsemalla sopivia mallimateriaaleja
Telineet
Biomolekyylien denaturointi:
- Analysoi denaturaation vaikutusta biomolekyyleihin
- Sovelletaan verikuitumattoihin ja kollageeniin
.
Kollageenin ja gelatiinin denaturaatio:
- Tutkitaan hydrogeelien, kuten kollageenin tai gelatiinin, tärkeiden komponenttien denaturoitumista
.
Telineiden laadunvalvonta:
- Thermal Fingerprinting laadunvalvontaa varten DSC:n ja TGA:n avulla
- Ominaisuussiirtymien ja painonhäviöaskelten käyttö laadunvalvontaparametreina.
- Nopea seulonta eräkohtaisen yhdenmukaisuuden varmistamiseksi
- Monissa tapauksissa näytteen valmistelu ei ole ainetta tuhoavaa.
Viljely
Viljelyprosesseissa biologiset järjestelmät ovat usein hyvin herkkiä ympäröivän kemiallisen ympäristön muutoksille, erityisesti mekaanisen rasituksen vaikutuksesta.
Jotta voitaisiin tutkia, miten rakenteelliset ja reologiset ominaisuudet kehittyvät tällaisissa dynaamisissa olosuhteissa, reodialyysin avulla voidaan muuttaa näytteen kemiaa paikan päällä ja seurata viskoelastista käyttäytymistä reaaliajassa kontrolloidussa leikkauksessa.
Kudos ja keinotekoinen kudos
Kalkkiutuminen:
- Vastaa kalkkeutumista koskeviin kysymyksiin, jotka koskevat implanttien tai kudosten koostumusta ja astetta
.
Keinoveri:
- Varmistetaan keinoveren vertailukelpoinen reologinen käyttäytyminen ihmisen kokoveriin verrattuna
- Hyödynnetään keinoveren reologista ymmärrystä lääketieteellisten laitteiden, kuten stenttien ja sydänläppien, kehittämisessä
.
Iho:
- Tutkitaan ikään liittyviä muutoksia ihon mekaanisissa ominaisuuksissa leikkausreologian avulla
.
Aivojen regeneroituminen:
- Tutkimus peptidihydrogeelin geeliytymisestä loukkaantuneiden aivojen uudistamiseksi
- Sovelletaan reologiaa geelin karakterisointiin
.
Joissakin kudoksiin liittyvissä sovelluksissa käytetään pehmeitä, erittäin dynaamisia materiaaleja, joiden mekaaniset ominaisuudet kehittyvät vastauksena rakenteen tai kemiallisen ympäristön muutoksiin.
Näissä monimutkaisissa järjestelmissä kehittyneet reologiset lähestymistavat, kuten reodialyysi, mahdollistavat kontrolloidun kemiallisen vaihdon mittauksen aikana, jolloin saadaan syvällisempi käsitys geeliytymisestä ja rakenne-ominaisuussuhteista realistisessa mekaanisessa kuormituksessa.
Yhteistyökumppanimme
