Ny inkjet-udskrivningsmetode kunne fremskynde opdagelse af lægemidler og trykt personlig lægemiddellevering

Cambridge-ingeniører har demonstreret - for første gang - den digitale inkjet-printning og selvorganisering af mikrodråber på flydende overflader for at skabe strukturer af funktionelle materialer.

Disse trykte dråber er naturligt fanget på væskeoverfladen. Det er på dette tidspunkt, at de fanges, da væsken størkner omkring dråberne til en fast polymerfilm. Inspireret af de mønstre af kondens, der dannes på overflader, denne banebrydende metode, der er nem at fremstille, baner vejen for opskalering af fremtidige applikationer inden for lægemiddelopdagelse og trykt personlig lægemiddellevering.

Fluids in Advanced Manufacturing-forskerholdet fra Institute for Manufacturing (IfM), en del af Institut for Ingeniørvidenskab, kigger på at bruge dråberne som reagensglas i mikroskala til reaktioner. De håber, at de millioner af dråber, i stand til at passe på et lille område, kan bruges til at fremskynde lægemiddelopdagelsesreaktioner. Holdet vil undersøge dette yderligere i arbejde finansieret af BBSRC—Biotechnology and Biological Sciences Research Council. Desuden, holdet udforsker brugen af ​​at fange og frigive dråberne til skræddersyet behandling af sår. I tæt samarbejde med BBSRC Impact Acceleration Account og University of Cambridge spin-out LIFNano Rx Limited, som bruger kvantebiologi til at fange de helbredende egenskaber af stamcellevækstfaktoren "LIF", holdet forestiller sig trykte produkter med potentiel værdi til at transformere sårheling.

Polymerfilm med justerbare porer er essentielle, når det kommer til design til applikationer såsom kontrolleret frigivelse af lægemidler. Et eksempel inkluderer levering af en personlig kombinationsdosis via et plaster eller en opløselig film placeret på tungen. Nu har forskerne kombineret denne avancerede trykteknik med principperne for en naturinspireret metode, at give en fremstillingsbar måde at levere funktionalitet til porøse polymerfilm. Resultaterne af undersøgelsen er publiceret i tidsskrifterne Materials Horizons og International Journal of Pharmaceutics.

Naturlige vandkondensmønstre, der ses hver dag på faste overflader, og som blev studeret af Lord Rayleigh i 1911, bliver ofte omtalt som 'Breath Figures (BF'er)'. Siden 1990'erne, det har været kendt, at disse BF'er kunne forekomme som vanddråber i mikronskala på en væskeoverflade, med evnen til at selvorganisere og præge i en permanent mikroporøs polymerstruktur. Inspireret af dette, Cambridge-forskerholdet har brugt drop-on-demand (DoD) inkjet-print til at kontrollere størrelsen af ​​dråber, dets indhold og placering på væskeoverfladen. I sammenligning med BF-metoden, denne nye proces giver forbedret stabilitet, med fremragende kontrol over porevolumen og struktur, og muliggør hurtig fremstilling af funktionelle, strukturerede polymerfilm, gør applikationer mulige og skalerbare.

Inkjet printprocessen er meget programmerbar, med dråbestørrelsen og mønsteret af dråberne leveret til substratet let at kontrollere. Indholdet af dråberne kan formuleres til at indeholde en lang række funktionelle materialer, mens de stadig udskriver pålideligt. Dette kan omfatte farmaceutisk og biologisk trykning. Hver dråbe er for det meste nedsænket og fanget i væsken, men med en lille åbning til ydersiden. I den første ansøgning, for opdagelse af lægemidler, dette gør det muligt at tilføje efterfølgende dråber og blande dem med dråber, der allerede er på overfladen, som om de var reagensglas i mikroskala. I den anden ansøgning, denne lille åbning tillader materiale at blive frigivet gennem diffusion. Dette gjorde det muligt for forskerne Dr. Qingxin Zhang og Dr. Niamh Willis-Fox at undersøge hvert trin i processen – print, fange og frigive. Dr. Clare Conboy, fra Printed Electronics Ltd., bidrog også med ekspertise og målinger af væskers adfærd, når de begynder at størkne og fange dråberne.

For at forbedre droppositioneringsnøjagtigheden, selvorganisering blev udforsket som en måde at bringe dråberne tættere sammen. Dette viser sig at være en yderst pålidelig og gentagelig måde at sikre næsten perfekt dråbepakning, og teamet har vist, hvordan man fanger dråberne i firkantede arrays eller som en sekskantet honeycomb-lignende struktur.

Dr. Ronan Daly, lektor i fremstillingsvidenskab og teknologi, sagde:"Dette niveau af kontrol og orden er aldrig blevet opnået med de alternative Breath Figure droplet-selvorganiseringsteknikker. Vi har også muliggjort et skift mod sikrere, mere miljømæssigt ansvarlig fremstilling af disse strukturer. Resultatet er en billig og tilpasselig teknik, der er blevet dramatisk mere gentagelig og tunerbar, og en, der baner vejen for hurtig oversættelse til applikationer i kombination af lægemiddellevering og lægemiddelopdagelsesteknikker."

Dr. Su Metcalfe, CEO for LIFNanoRx, sagde:"De kombinerede kræfter ved trykt personlig levering sammen med kvantebiologi af biomimetik, bringe en ny æra med bæredygtig og universel behandling til lave omkostninger og høj værdi."