Forbedret elektrospray-aflejringsteknik kunne give stødfrie vaccinationer – Physics World

Forbedret elektrospray-aflejringsteknik kunne give stødfrie vaccinationer – Physics World

Tidsstempel: 26. september 2023 kl. 12

Billede, der viser en række mikronåle belagt med en farvet-lyserød DNA-vaccine. De lyserøde nåle stikker op af en orange baggrund
Lyserød behandling: Farvet DNA-vaccine coatet på en mikronåle-array ved effektiv elektrosprayaflejring. (Med høflighed: Sarah H Park/Rutgers School of Engineering)

En ny og meget nøjagtig elektrosprayteknik kunne bruges til at skabe belægninger af biomaterialer og bioaktive forbindelser til medicinske anvendelser såsom vaccinationer. Teknikken, som er udviklet af forskere ved Rutgers University i USA, er bedre til at målrette den region, der sprøjtes, end eksisterende metoder og giver øget kontrol over den elektriske udladning af de ladede partikler, der aflejres. Resultatet er, at mere af sprayen ender med at belægge området af interesse.

Elektrosprayaflejring involverer påføring af en højspænding til en flydende væske for at omdanne den til en tåge af fine partikler med ladede overflader. Når disse ladede partikler bevæger sig mod målområdet, fordamper de og afsætter et fast bundfald.

Selvom teknikken er effektiv til at belægge massive genstande som bilkarosserier, er den meget mindre for mindre mål. Dette skyldes, at ladning opbygges omkring målet og effektivt skærmer det fra "synet" af sprayen. Uden et mål destabiliserer sprayen til en større, mindre rettet tåge, forklarer Jonathan Singer, en materialeingeniør hos Rutgers og leder af en undersøgelse af den nye teknik.

Dråber "ser" målet

I undersøgelsen, som er detaljeret i Nature Communications, Singer og kolleger holdt dråberne rettet mod målet ved at placere en stor, jordet støtte under den, som er isoleret fra spraydråberne ved hjælp af isolerende belægninger. "Formålet med denne støtte er at stabilisere det elektriske felt og sikre, at alle dråber, der nærmer sig målet, 'ser' det," forklarer Singer.

Holdet demonstrerede denne teknik med flere materialer, herunder biokompatible polymerer, proteiner og bioaktive molekyler, og på både flade og mikronåle-array-mål, som er komplekse overflader. Disse bioaktive stoffer kan være dyre, men deres kliniske anvendelighed betyder, at de i stigende grad bliver brugt til at belægge medicinsk udstyr såsom stents, defibrillatorer og pacemakere, der er implanteret i kroppen. For nylig er de også dukket op i produkter som plastre, der leverer medicin og vacciner gennem huden. I begge tilfælde betyder det at være i stand til at deponere dem mere effektivt at spilde mindre af det dyrebare materiale.

"Nuværende metoder opnår kun omkring 40 % effektivitet," bemærker Singer, "men ved at inkorporere forskellige strategier til at manipulere 'ladningslandskabet' af de partikler, der aflejres, kan vi producere belægninger, der indeholder næsten 100% af det sprøjtede materiale på en overflade, der måler 3 mm2".

Høj effektivitet i en bred vifte af materialer

Ud over at være mere effektiv er den nye teknik mere fleksibel end eksisterende metoder, som ofte kræver en del optimering af materialets formulering for at få den rigtige viskositet og overfladespænding til en specifik film. "En af de ting, vi viste i vores arbejde, er, at vi kan opnå høj effektivitet til belægning af en lang række materialer, herunder lægemidler med små molekyler, vacciner og polymerer," siger Singer. "Det betyder, at vi kan bruge en bredere vifte af formuleringer og fokusere formuleringsudviklingen på, hvad den funktion end er."

I tilfælde af vacciner kan det for eksempel betyde fokus på formuleringer, der er bedre til at få stoffet ind i målcellerne, siger han. Fysik verden.

Indtil nu har holdets forskning fokuseret på tørbelægning af mikronåle-arrays med DNA-vacciner i samarbejde med deres sponsor GeneOne Life Science Inc., som fremstiller småmolekylære lægemidler og vacciner. "Microneedle arrays er lettere at administrere og mindre smertefulde end typiske injektioner, og tørcoatede lægemidler er generelt mere stabile," forklarer Singer. "Det betyder, at de kan transporteres til fjerntliggende eller undertjente befolkninger. Det faktum, at belægningerne kan afsættes på komplekse overflader, bør også give mulighed for andre applikationer, såsom mere permanente implantater som vaskulære stenter, der er behandlet med lægemidler for at forhindre koagulation."

Længere nede i linjen vil det at være i stand til at målrette mod mønstrede elektrode-arrays også muliggøre anvendelser inden for mikroelektronik i såkaldt "lab-on-chip"-diagnostik, tilføjer han.

De næste skridt for denne teknologi er at demonstrere dens effektivitet i dyreforsøg og i sidste ende i mennesker. "Vi fortsætter også forskning i at oversætte den hardware, vi skal bruge for at overføre processen fra laboratoriebænken til et mere kommercielt produkt," siger Singer og tilføjer, at samarbejdet mellem universiteter og industri har været afgørende for at fremskynde deres tidligere arbejde til kliniske forsøg.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden