دانلود مقاله تولید داربست های پلیمری لایه سازی غشاء

لایه سازی غشاء برای درمان سلول های کپسوله شدن برای رهایش دامنه گسترده ای از محصولات به دست آمده از مولکول های کوچک (برای مثال، دوپامین، انکفالین‏ها) تا محصولاتی با ژن های بسیار بزرگ (مانند فاکتورهای رشد، ایمیونوگلوبولین ها (گلوبولین های ایمنی)) را در بر می گیرد.

بسیاری از بیماری ها درمدل های حیوانی کوچک و بزرگ و موارد انسانی مطالعه شده اند.

اهداف بیماری شامل از کار افتادگی کبد، دیابت نوع I ، درد مزمن، آلزایمر، اسکلروزه شدن سلول های عصبی مسئول حرکت عضلات (amyotrophic lateral sclerosia)، کره هنگینگتون (Huntington’s chorea) و بیماری پارکینسون است.

کلیه دستگاهها دارای سطوحی از ایمنی سلول های بیگانه زا یاد گرزا (زنوژنیک یا آلوژنیک) هستند.

اولین دستگاهی که در حال دریافت تأئیدیه در ایالت متحده است دستگاهی به نام «کبدیار» است (liver assist) (به عبارت دیگر، کاشت یک پل(bridge )در کبد) نکات کلیدی در استفاده از مواد جهت ساخت این دستگاهها عبارتند از: 1- غشاء زیست سازگار، اجزاء دستگاه و مواد ماتریس 2- کاشتنی های مستحکم و 3- موادی که قابلیت تبدیل به غشاهایی با ویژگی های مناسب کاشت را داشته باشند.

این فصل بر روش های تأثیر گذار بر غشا یا سنجش توان آن و خصوصیات کاشت تأکید می‌کند.

هر دو این خصوصیات برای هر سیستم تجاری کاشت حیاتی خواهد بود.

خصوصیات کاشت غشا برای همه سیستم ها بحرانی است چه دستگاه کاشتنی باشد وچه خارج بدنی.

شیوه های ساخت غشا می توانند غشاءهایی با قدرت دو تا چهار برابر قدرت غشاء های معکوس فاز سنتی تهیه کنند.

با استفاده از ابزار آلات جدید سنجش وزن های ملکولی کوچک و بزرگ می توان غشاهایی با ترکیبات ایزولاسیون ایمنی و نرخ رهایش دلخواه را برای کاربردهای بی شماری تهیه دید که بالقوه پرگستره و سیعی از درمان بیماری اثر می گذارند.

پشگفتار یک حوزه مهم برای بیوموادها، رهایش مواد فعال در مناطق خاصی از بدن (invivo) است.

به طور سنتی این حوزه توسط کپسول های پلیمری تخریب پذیر و غیره تخریب پذیر که شامل یک یا چند دارو هستند احاطه شده است.

در این حوزه مواد در حین ساخت با یک ماتریس پلیمری ترکیب شده و سپس بعد از مدت زمانی از میان ماده یا در خلال تخریب ماده آزاد می شوند.

در اینجا کنترل مناسب کنتیک های آزاد شده از اهمیت خاصی برخوردار است.

یک مثال در این مورد کنتیک های رها شده مرتبه صفر به دست آمده از میله های کوپلیمر استات اتیلن- ونیل (EVAc) به کار رفته در رهایش عاملهای شیمی درمانی در مغز است.

در طول دو دهه پیش محققان تلاش کرده اند که مواد را از ناقل های رهایش هیبریدی زیست مصنوعی (bioartificial) که شامل لایه های غشا بر سطح اجزا سلولی کپسوله شده که درون غشا هستند آزاد کنند، (به عبارت دیگر درمان غشاء کپسوله شده سلول).

هدف از تحقیقات درمان غشاء کپسوله شده سلول توسعه کاشتنی های حاوی سلول های زنده بیگانه زا یا دگر زا برای درمان شرایط وخیم و ناتوانی های انسانی است.

برداشت از توانایی عبارت است از سلولها یا توده های کوچک بافت که توسط لایه غشا انتخابی احاطه می شوند و اجازه عبور آزادانه اکسیژن و دیگر احتیاجات متابولیسمی همراه با آزاد سازی ترشحات سلولی زیست فعال را می دهند اما از عبور عامل های سمی بزرگ تر سیستم ایمنی دفاعی بدن جلوگیری می کنند.

کاربردهای اصلی و هدف از درمان سلول کپسوله شده عبارتند از : درد مزمن، بیماری پارکینسون و دیابت نوع I ، همچنین ناتوانی های دیگر ناشی از افت ترشح عملکرد سلول که با کاشت اندام یا درمان های دارویی به طور کامل قابل مداوا نیستند.

علاوه بر این شرایطی که بالقوه قابلیت پاسخ دهی به حفظ رهایش موضعی فاکتورهای رشد و دیگر تصحیح کننده های پاسخ بیولوژیک را داشته باشند با این روش بررسی شده اند.

گونه های متضاد درمان سلول های ایزوله شده ایمنی در مدل های کوچک و بزرگ حیوانی و انسانی شامل درد مزمن، بیماری پارکینسون، دیابت نوع I، و از کار افتادگی وخیم کبد (خارج بدنی) و در چندین گروه از مدل های حیوانی کره هتگینکتون، هموفیلی، بیماری آلزایمر، اسکلروزه شدن سلول های عصبی مسئول حرکت عضلات و صرع می باشند.

از این میان به نظر می رسد که از کار افتادگی وخیم کبد اولین درمانی باشد که برای استفاده تجاری در انسان تأئید می شود.

کپسوله کردن بافت عموماً به دو شکل انجام می گیرد: لایه بندی غشاء میکروکپسوله و ماکرومتخلخل (درون عروقی و برون عروقی) در میکروکپسوله سازی یک یا چند سلول با پراکندگی های کروی فراوان (با قطر 100-300nm) کپسوله می شوند.

در ماکروکپسوله سازی تعداد زیادی از سلول ها یا توده های سلولی در یک یا چند کپسول نسبتاً بزرگ کاشته می شوند.

(برای فیبرهای توخالی، ابعاد معمول 0.5-6nm) قطر، با طول کلی 0.5-10cm) مزایای روش ‎آخر عبارت است از پایداری شیمیایی و مکانیکی و سادگی بازیافت در صورت نیاز یا خطر.

-روابط خصوصیات ساختاری برای پلیمرهای به کار رفته در لایه بندی غشاء STRUCTURE– PROPERTY RELATIONSHIPS FOR POLYMERS USED IN MEMBRANE LAMINATON ثابت بودن خصویات غشاء انتخاب شده و ماده غشاء درطول زمان اهمیت زیادی دارد.

تخریب غشاء شامل تغییر خصوصیات فیزیکی و ویژگی های انتقالی در طول زمان میشود که به دلیل بر هم کنش با محیط داخل بدن میباشد.

خصوصیات اصلی که قابل تغییر هستند، اندازه خلل و فرج (و توزیع سراسری اندازه خلل و فرج) و ضرائب پخشندگی انتقال توده می باشند.

دامنه وسیعی از مواد غشاء را می توان برای اندام های مصنوعی از این نوع به کار برد.

یکی از پر استفاده ترین مواد برای این کاربرد، پلی اکریلونیتریل- کوپلیمر شده با- ونیل کلراید [P(AN-VC)] است.

P(AN-VC) یک کوپلیمر آماری (statistical copolymer)ساخته شده از مونومرهای نیتریل و ونیل کلراید است که در بسیاری از مطالعات لایه سازی غشاء سلول به کار رفته است.

کاندیدهای دیگر عبارتند از، پلی اکریلونیتریل (PAN)، پلی سولفون (PS)، پلی اتر سولفون (PES) پلی ونپلیدین دی فلوراید (PVDF)، پلی آمیدها (PA)، پلی کربنات (PC)، پلی اتر ایمایدها (PEI) پلی پروپیلن (PP)، و پلی اتیلن (PE).

علاوه بر این مواد ساخته شده از پلیمرهای متعارف غشاها از ساختارهای کامپوزیت تهیه می شوند .

از جمله غشاهای ساخته شده از (پلی اکریلونیتریل- کوپلیمر شده با ونیل کلراید)- (پلی اکسیداتیلن).

ساختار فیزیکی غشاهای به کار رفته در لایه های غشاء به وسیله شرایط متابولیکی سلول های کپسوله شده ،اندازه مواد درمانی آزاد شده، درجه حفاظت ایمنی مورد نیاز، و زیست سازگاری مناسب بافت تعیین می شود.

مهم ترین خصیصه انتقالی غشاها به وسیله شرایط متابولیکی سلول کپسوله شده تعیین می گردد.

غشا باید دارای گذرگاههای کافی مواد غذایی برای سلولهای کپسوله شده باشد تا آنها را زنده و فعال حفظ کند.

همچنین در ضمن حفظ عملکرد سلول ها ،غشاء باید دارای خلل و فرج هایی مناسب برای عبور آزادانه عامل های درمانی به محل هدف باشد.

اگر سلول های کپسوله شده نیاز به حفاظت ایمنی داشته باشند، غشاء باید از ورود عناصر ایمونولوژیکی (Immunological) به درون کپسول جلوگیری کند.

علاوه بر این، شکل (مورفولوژی) غشاء تأثیر شدیدی بر زیست سازگاری در حد فاصل غشاء- میزبان خواهد داشت.

خصوصیات انتقالی و شکل (مورفولوژی) خارجی را می توان توسط روش هایی که بعداً ذکر می شوند دستکاری کرد، (تغییر داد).

غشاهای نیمه تراوا به طور گسترده در مطالعات ماکروکپسوله سازی سلول های مترشحه انسولین برای درمان دیابت نوع I به کار برده می شوند.

غشاءهای نیمه تراوای وارونگی فاز، با استفاده از پلیمر P(AN-VC) به کار رفته در کپسوله سازی سلول های مترشحه انسولین ساخته می شوند.

روش به کار رفته توسط این دسته شامل جایگزینی جزایر لانگرهانس است که حاوی سلول های مترشحه انسولین در یک غشاء فیبری توخالی است که اجازه ترشح انسولین از طریق تحریک گلوکوزی در ضمن حفظ زیست پذیری (حیات) سلول توسط انتشار اکسیژن و مواد غذایی به درون کاشتنی را می دهد.

روش هایی مشابه کپسوله کردن سلول های مترشحه انسولین وجود دارند که از غشاء های میکرومتخلخل ساخته شده از پلی اورتان (PU) و پلی 2 هیدروکسی اتیل متاکریلات (PHEMA) استفاده می کنند.

در غشاء PU با حل کردن یک شکل دهنده، خلل و فرج حبس شده تشکیل می شود، در صورتی که غشاء PHEMA توسط عاملهای شبکه ساز ایجاد می شود.

لایه سازی غشاء بر روی جزایر لانگرهانس همچنین در تجهیزات درون شریانی درون کاشت و برون کاشت بررسی شده است.

با وجود اینکه اساس چنین سیستم هایی هنوز بر مبنای انتشار است اما اجزاء پیوندی هنوز وجود دارند.

در طراحی این دستگاهها سلول ها در اطراف غشاء قرار گرفته و خون از میان مجرای غشاء عبور می‌کند.

چیک و همکارانش مطالعاتی را بر روی کوپلیمر (AN-VC)P در فیبرهای چند گانه غضروفی انجام داده اند.

مواد غشائی دیگر مانند غشاهای PS نیمه تراوا نیز توسط سان و همکارانش ارزیابی شده است.

سگا و همکارانش از دستگاههای فیبری چند گانه ساخته شده از پلی ونیل الکل (PVA) جهت میکروکپسوله کردن سلول های مترشحه انسولین استفاده کردند.

سولیوان و همکارانش با استفاده از روش مشابهی، از یک غشاء دهانه بزرگ منفرد درون پانکراس مصنوعی قابل کاشت که خون از میان آن عبور می‌کرد استفاده کردند.

دستگاههای تک فیبره ساخته شده از غشاکهای نیمه تراوای PA نیز توسط کاتاپانو و همکارانش در این سیستم به کار گرفته شدند.

علاوه بر جزایر لانگرهانس سلول های غدد درون ریز نیز به وسیله غشاهای حفاظتی ایمنی (AN-Ve)P در طرح درمانی پرکاری تیروئید تحت بررسی قرار گرفتند.

کریستنسون و همکارانش کمبود ایمنی غده تیموس را با غشاء مشابهی ارزیابی کردند.

بافت همبند (رشته ای) میکرومتخلخل PS، در هنگام کاشته شدن با هپاتوسیت ها به شکل تجهیزات فوق بدنی (مادی) به عنوان دستگاه کبدیار به کار گرفته می شود.

خون هپارین زده به دورن غضروف پمپ می شود تا خروج متابولیت های مضر را تسریع کند.

این دستگاه به زودی توسط سازمان غذا و دارو (اداره خوراک و دارو) برای فروش به عنوان پل کاشتنی کبد تأئید می شود.

همچنین برای درمان نقص (کمبود) رشد و تسکین دردهای مزمن از میکروکپسوله ها استفاده می شود.

لایه سازی سلول های غشا برای درمان بیماری های مختل کننده سیستم عصبی مانند پارکینسون در گروه جوندگان و میمون ها توسط آئبیشر و همکارانش بررسی شده است.

آنها از P(AN-VC) به عنوان ماده غشاء استفاده کردند.

کپسوله کردن و کاشت سلول هایی که از خود فاکتور رشد عصبی (NGF) ترشح می کنند توسط هوف من و همکارانش و وین و همکارانش بررسی شد.

وی بقای نرون های بازال کولینرژیک مغز قدامی قوس های لبه ای صدمه دیده مشو را ثابت کرد.

ناتوانی حافظه دریادگیری در بیماری آلزایمر نتیجه از دست رفتن (اختلال) این نرون هاست.

-فرایند لایه سازی غشاء MEMBRANE LAMINATION PROCESSING وارونگی فاز PHASE INVERSION اکثریت غشاهای میکروپالایش (MF) و فراپالایش (UF) ترموپلاستیک جهت کپسوله کردن سلول ها از طریق وارونگی فاز محلول پلیمر همگن ساخته می شوند.

غشاهای فراپالایش دارای خلل و فرج هایی با اندازه هایی در حدود nm5 تا 1/0 هستند در حالی که غشاهای میکروپالایش (یا میکرومتخلخل) دارای خلل و فرج هایی در محدوده 5/0 تا 3 هستند.

وارونگی فاز یک روش چند جنبه ای است، که اجازه شکل گیری غشاهایی با حدود گذردهی، مورفولوژی و جرم مولکولی نامی بسیار وسیع را می دهد.

مورفولوژی و خصوصیات غشاء بستگی به پارامترهای ترمودینامیک و کینتیک های فرایند دارد.

پلیمر در یک حلال مناسب حل می شود.

سپس محلول به صورت یک صفحه تخت یا یک فیبر توخالی (پوک) برجسته قالبگیری می شود.

به عنوان قسمتی از فرایند ریخته گری یا برجسته سازی، محلول پلیمر توسط انتقال فاز که با تغییر دما یا ترکیبات محلول صورت می گیرد، ته نشین می شود.

این فرایند شامل انتقال یک محلول پلیمر مایع تک فاز به یک سیستم دو فاز می شود که از یک فاز غنی از پلیمر که ساختار غشاء را شکل می دهد و یک فاز ثانویه مایع فقیر از پلیمر که خلل و فرج های غشاء را شکل می دهد تشکیل می شود.

هر پلیمری که بتواند یک محلول همگن تشکیل دهد که تحت دما و ترکیبات خاص به دو فاز تفکیک شود، در این فرایند قابل استفاده است.

پارامترهای ترمودینامیک و کنتیک (جنبشی) مانند پتانسیل شیمیایی اجزا و انرژی آزاد ترکیب اجزاء، وضعیتی را که در آن تفکیک فازی رخ می دهد تعیین می‌کند.

این فرایند با نمودار فاز سه متغیره پلیمر حلال غیر حلال قابل توصیف است.

-وارونگی فاز انعقاد گرمایی (ژل سازی گرمایی) THERMAL GELATION PHASE INVERSION فرایند وارونگی فاز القای گرمایی از پلیمر حل شده در دمای بالا در یک حلال بالقوه (نهفته) (حلالی که برای یک پلیمر خاص در دمای پائین از خود حلالیت کمی نشان می دهد) استفاده می‌کند که به خاطر ضعف توان حلال دردمای پائین در زمان سرد شدن یک محلول ژلاتینی تولید می‌کند.

سپس باید با استفاده از یک سیال دیگر که حلال بالقوه را در خود حل می‌کند و برای پلیمر غیر حلال است، حلال های بالقوه غیر متغیر را از ژل خارج کرد.

فرایند انعقاد گرمایی قابلیت تولیدساختارهای فراپالایش یا میکرو پالایش متقارن یا نامتقارن را دارد.

-ته نشینی القایی انتشارDIFFUSION – INDUCED PRECIPITATION ته نشینی بر مبنای انتشار نیاز به حذف حلال دارد که منجر به حل نشدن پلیمر می شود.

در یک روش، حلالی که پلیمر درآن حل می شود در اثر تماس با بخار غیر حلال، تبخیر، یا فرو رفتن کامل در حمام غیر حلال خارج می شود.

تبخیر یک حلال متغیر با غشاء قالبگیری شده، یک ساختار همگن چگال ایجاد می‌کند.

شیوه های بخار یا فرورفتن کامل، به انتشار غیر حلال درون محلول بستگی دارد که به واسطه کاهش حلالیت سبب ته نشینی پلیمر می گردد.

-پس رفتارهای فیلم های چگالیPOST-TREATMENTS OF DENSE FILMS برخی از انواع خاص غشاهای MF توسط کشش مکانیکی یا زدودن (پرداخت) شیمیایی فیلم های چگال تهیه می شود.

برای مثال غشاهای پلی تترا فلورواتیلن با قرار دادن فیلم تحت تنش کششی تهیه می شود.

غشاهای پلی کربنات توسط فرایند زدودن مسیر تهیه می گردند.

غشاهایی که برای ماکروکپسوله سازی ارزیابی می شوند.

عموماً از نوع MF یا UF هستند.

یک غشاء UF بر اساس نوع غشا به گونه هایی با جرم مولکولی در حدود 300000-300 مشخص می شود.

کاشت اکثر سلول های زنوگرافت (xenograft) به غشا UF نیازمند است، در حالی که سلول های آلوگرافت (allograft) یا دارای امتیاز ایمنی (Immunoprivileged) به طور موفقیت آمیزی در غشاهای درجه MF که گونه ها را در محدوده nm10-1/0 نگه می دارد کپسوله شده و به تنهایی از تماس سلول کاشته شده با سلول میزبان جلوگیری می‌کند.

خصوصیات غشاء MEMBRANE PROPERTIES قدرت (توان) STRENGTH کشسانی (ارتجاع) یک وسیله پزشکی در محیط داخل بدن نهایتاً سبب محدود شدن نتیجه مطلوب می گردد.

طراحی ترکیب نهایی یک وسیله، میزان توان مورد نیاز غشاء را مشخص میکند.

باید توجه داشت که، توان غشا به طور کلی با جابجایی انتشاری در سری های مشابه نسبت معکوس دارد.

غشاء همچنین باید دارای چند درجه انعطاف پذیری باشد تا در حین کاشت و بازیافت سالم باقی بماند.

اگر اجزاء دیگر وسیله به عنوان عضو محتمل توان مورد استفاده قرار گیرد، گزینه ساختار غشاء، ابعاد، ترکیب و مواد به آنهایی که سبب بهینه شدن خصوصیات انتقالی می شوند، محدود می گردد.

اگر توان غشاء به خاطر توان کلی دستگاه محدود گردد، غشاء باید با ملاحظات خاصی از جمله تغییر ابعاد، ترکیبات و ساختار غشاء برای افزایش توان ساخته شود.

انتخاب ماده ای ذاتاً مستحکم تر (به عبارت دیگر با قوام تر) یا با وزن مولکولی بالاتر که غشاء باآن قالب گیری می شود باید باعث افزایش کلی خصوصیات مکانیکی شود.

غشاهای UF یا MF را میتوان با ایجاد میکروحفره هایی درون دیواره یا به شکل ابر باز سلولی(open cell foam) با میکروحفره های متصل به هم ساخت.

با تلفیق روش هایی که سبب افزایش ساختار شبکه ای همگن درون دیواره غشا می شود می توان توان کششی را افزایش داد.

همچنین با زیاد شدن سطح مقطع غشاء به واسطه ضخیم کردن دیواره ها می توان توان را نیز افزایش داد.

کاهش تخلخل کلی غشاء سبب بالا رفتن توان سرتاسری غشاء می شود.

مثال هایی که شامل ساختارهای ماکروحفره ای و شبکه ای همگن هستند به ترتیب در شکل های 1-59 و2-59 آورده شده است.

مورفولوژی (شکل) خارجی غشاها در طول ساخت یا در اثر پس رفتارهایی که برای اصلاح عکس العمل مطلوب برای یک کاشتن موفق صورت می گیرد، تغییر می‌کند.

با استفاده از روش های مختلف وارونگی فاز سطح خارجی غشا می تواند از پوست پس زده شده تا ساختارهایی که برای ورود به سلولها به داخل دیواره (با قطر تقریبی 10) به اندازه کافی بزرگ هستند، گسترش یابد، ترکیب مناسب انتقال غشا و مورفولوژی های دیگر نیز با استفاده از غشاهای کامپوزیت قابل تهیه است.

باگز و همکارانش از چنین غشاهایی برای درمان دیابت نوع I استفاده کردند.

مشخصه های انتقالTRANSPORT CHARACTRISTIC بسیاری از سنجش های متفاوت انتقال شامل گذردهی هیدرولیک، پس زنی ماده حل شده و ضریب پراکندگی را می توان برای تعیین مشخصه های پدیده شناسی انتقال غشاء کپسوله شده به کار برد.

نفوذ پذیری هیدرولیک و پس زنی ماده حل شده به فرایندهای همرفتی بستگی پیدا می‌کند.

که در آنها حرکت توده سیال از طریق اختلاف فشار فراغشایی به دست می آید.

این مقاومت های همرفت برای آب و جریان ماده حل شده به ترتیب از طریق اندازه گیری نفوذپذیری هیدرولیک و پس زنی ماده حل شده به دست می آید.

انتشار فرایندی است که توسط آن مولکول ها به واسطه گرادیانهای غلظت به جنبش درآمده و با حرکت «برونی» از منطقه با غلظت زیاد به منطقه با غلظت کم جابجا می شوند.

اندازه گیری خصوصیات انتشاری و همرفت غشاء کپسوله شده نشانگر ظرفیت حفظ ایزولاسیون ایمنی است.

-روش های همرفت Convective Techniques نفوذ پذیری هیدرولیک (HP) یک غشا از طریق شارش همرفت آب در یک فشار فراغشایی ثابت معین می گردد.

نفوذپذیری هیدرولیک با ملاحظه سطح منطقه در معرض و فشار فراغشایی نرمالیزه می شود که منجر به ایجاد واحدهای شار- سطح- فشار می گردد.

محدوده غشاهای همودیالیز امروزی در نفوذپذیری هیدرولیک از ml/[hm2mmHg] 6-2 برای غشاای کم شار و ml/[hm2mmHg] 200-10 برای غشاهای پرشار است.

این پارامتر عملیاتی که با درصد خلل و فرج‏های سطح که به طور پیوسته در دیواره غشا وجود دارند متناسب است، از اندازه خلل و فرج و توزیع اندازه خلل و فرج ها میانگین گرفته و آنها را در یک پارامتر نشان می دهد.

سنجش های آزمایشگاهی را میتوان با شارش های نظری محاسبه شده از معادلات هاگن- پسیلی مقایسه کرد.

در حالی که = شارش حجمی آب (m3/s)، n= تعداد خلل و فرج ها (بدون واحد(بعد)) = ویسکوزیته (Kg/[m.s])، r= شعاع خلل و فرج, (m)= پیچیدگی (انحنا) (بدون بعد)، l= ضخامت غشا (m) و اختلاف فشار در طول غشاء (N\m2) می باشند.

ضخامت لایه پوست برای فراپالایش نامتقارن غشاء پلی فنیلین اکسید (PPO) با استفاده از محلول ذرات کلوئیدی طلا سنجیده شده و توزیع اندازه خلل و فرج های باز توسط روش پرم پورومتری تعیین می شود.

با فرض پیچیدگی (انحنا) 1 در معادله (1) شارش آب برای غشاهای PPO محاسبه می شود که با مقادیر اندازه گیری شده همخوانی دارد.

مقایسه شارش نظری و اندازه گیری شده آب خالص نشان دهنده وابستگی پارامترهای مورفولوژیکی غشاء به دست آمده از روش پرم پورومتری و روش ذرات کلوئیدی طلا به خصوصیات انتقال غشاء است.

در بررسی های ثانویه شعاع خلل و فرج ها برای نمایش نکلئوپور بر مبنای سنجش شار محاسبه شد.

محاسبات به دست آمده برای تخمین ضخامت هیدوردینامیک دکستران روشین شده (قابل صرفنظر) پلی اتیلن اکسید (PEO) (nm7-6) و پلی ونیل پیرولیدون (PVP) (nm6-3) به عنوان ردیاب در آزمایشات انتشار به کار می رود.

اندازه خلل و فرج غشا را می توان با تعیین نرخ فراپالایش شار نیز ارزیابی کرد.

شار فراپالایشی به صورت نسبت شار حجمی بر واحد سطح غشاء A مطابق معادله ذیل تعریف می شود.

(2) نرخ حذف ماده حل شده M عبارت است از: (3) جائی که غلظت ماده حل شده فراپالایشی است.

غلظت ماده حل شده فراپالایشی به غلظت توده نگهداری شده در ضریب پالایش مشاهده شده S بستگی دارد.

(4) البته در برخی متن ها ضریب پس زنی ماده حل شده R به کار برده می شود.

(5) از ترکیب معادلات (2) تا (5) می توان ارتباط شار ماده حل شده را با شار فراپالایشی و ضریب پالایش مشاهده شده به شکل زیر درآورد.

(6) بنابراین با داشتن شار فراپالایشی غلظت توده حل شده و ضریب پس زنی غشا برای ماده حل شده می توان شارش ماده حل شده در میان غشا را محاسبه کرد.

محدوده اندازه های ماده حل شده نشان دهنده پروفیل (نمای) ضریب پس زنی غشاء است.

این پروفیلهای را می توان توسط برش نامی وزن مولکولی (nMWCO) که نشان دهنده اندازه متوسط خلل و فرج است، به دست آورد.

در حالی که شیب منحنی نشان دهنده توزیع اندازه خلل و فرج می باشد.

پلاریزاسیون غلظت ایجاد شده به وسیله آرایش لایه مرزی در طول سنجش پس زنی می تواند اثر شدیدی بر منحنی های پس زنی اندازه گیری شده داشته باشد.

برای به دست آوردن پروفیل خهای پس زنی که به جای اثرات هیدرودینامیک نشان دهنده خصوصیات غشاء هستند باید شرایط عملیاتی شارش بر مبنای هندسه فیبرکنترل شود.

این کار شامل تنظیم نرخ های جریان لومینار جهت ایجاد مجموعه ای از نرخ های برشی و تنظیم شار نفوذی برای کمینه کردن پلیرازاسیون غلظت می شود.

مواد حل شده متداول در تولید منحنی های پس زنی شامل پروتئین های گلوبولی (آلبومین سرم گاوی (BSA)، MW=67KDa؛ IgG ، اوال بومین، MW59Kda ؛ و میوگلوبین ، MW 16Kda [ و پولی ساکارید ها مانند دکسترال و فیکول هستند.

این محلول ها را می توان به تنهایی یا به صورت ترکیبی از ردیاب هایی با اندازه های مختلف تهیه کرد.

سیستم های تشخیص پروتئین شامل اسپکترومتری (طیف سنجی) برای محلول های تک جزئی و کروماتوگرافی (size exclusion chromatography)اندازه مجاز تزویج شده با طیف سنجی UV برای ترکیبات پروتئین می باشند.

برای بالا بردن حساسیت، آنزیم هایی مانند لاکتیت دهیدروژناز، یا پیروات کیناز را می توان با آزمون های آنزیمی مربوطه یا پروتئین نشان دار فلورسئین تزویج شده با شناساننده های فورسنانس مورد استفاده قرار داد.

از محلول های دکستران چند طیفی ( 2000000-2000) معمولاً برای ایجاد منحنی های پس زنی غشاء استفاده می شود.

کروماتوگرافی اندازه مجاز به همراه شناساننده‏های ضریب شکست برای تحلیل غلظت های پالایشی و انباشته شده (ذخیره ای) به شکل تابعی از وزن مولکولی به کار گرفته می شود و دکستران های نشان دار فلوروسئین باشنا شناساننده های ضریب شکست برای تحلیل غلظت های پالایشی و انباشته شده (ذخیره‌ای) به شکل تابعی از وزن مولکولی به کار گرفته می شود و دکستران های نشان دار فلورسئین با شناساننده های فلورسانس برای افزایش حساسیت قابل استفاده هستند.

خطای ذاتی ایجاد شده در غشاء منحنی های پس زنی پروتئین با بکارگیری محلول های دکستران که دارای قابلیت باندشدن کمی با اکثر ساختارهای غشاء پلیمری هستند، به حداقل می رسد.

تأثیر رونشینی پروتئین بر بسته شدن خلل برای غشاء پلی سولفون و پلی اتر سولفون ثابت شده است.

این و همکارانش کاهش MWCO از KDa40 به KDa14 را پس از قرار گرفتن در معرض محلول BSA که در برابر کاهش اندازه خلل و فرج در اثر رونشینی پروتئین ثابت باقی می ماند را نشان دادند.

مقایسه ای میان منحنی های پس زنی دکستران و پروتئین بر اساس اندازه ماده حل شده نشان دهنده هماهنگی خوب برای منحنی BSA اضافه شده به دکستران است.

-روش های انتشاری آزمون تشریح MWCO همرفت، اطلاعاتی را در مورد خصوصیات پالایشی غشاء فراهم کرده و توسط فرایندهای انتقال همرفت ایجاد شده در اثر فشار تحت تأثیر قرار می گیرد.

انتقال مولکولی در بسیاری از دستگاههای ایزولاسیون ایمنی توسط فرایندهای انتشاری که به وسیله گرادیان های فشار ایجاد می شوند کنترل می گردد.

شار انتشاری را می توان بر اساس قانون فیک نشان داد: (7) جایی که F= شار انتشاری در واحد سطح بخش = ضریب مؤثر انتشار = گرادیان غلظت ماده حل شده در طول ضخامت غشاء () می باشند.

معادله (7) را می توان به صورت ذیل خلاصه کرد.

که ضخامت غشاء پخشندگی و ضریب تفکیک همگی در ضریب انتقال توده غشاء با واحد سانتی متر بر ثانیه نهفته است.

معادله (7) بیان می‌کند که شار انتشاری با ضخامت غشا نسبت معکوس دارد اما گزینش گری مستقل ضخامت است.

این امر منجر به توسعه غشاهای فوق نازک که دارای شرایط تفکیک قابل قبول شار انتشاری فراغشایی هستند شد.

(توجه داشته باشید که این حالت برای غشاهای به کار رفته در کاربردهای همرفت نیز صدق می‌کند).

غشاهای نامتقارن متداول بصورت یک سری لایه جداساز با بستر محافظ عمل می کنند.

بستر محافظ حداقل مقاومت انتقالی و حداکثر استحکام مکانیکی را فراهم می‏کند.

تعیین آزمایشگاهی خصوصیات انتشاری دستگاه در هر دو محدوده وزن مولکولی وزن بالا و پایین برای درک محیط کپسوله شده سلولی ضروری است.

انتقال مولکولی در یک دستگاه ایزولاسیون ایمنی به وسیله پس زنی (رانش) فضایی ایجاد شده توسط خلل و فرج های غشاء و تخلخل توده تخت تأثیر قرار میگیرد.

خصوصیات انتشاری گونه های با وزن مولکولی کوچکتر توسط تخلخل سراسری غشاء کنترل می شود، در حالی که خصوصیات انتشاری وزن مولکولی بزرگ تر توسط اندازه خلل و فرج غشا کنترل می شود.

جهت اندازه گیری انتقال توده انتشاری برای شارش بالا، گونه هایی با وزن مولکولی کم (g/mol 1000-180 ) و همچنین شارش کم، گونه هایی با وزن مولکولی بالا (g/mol 150000-60000) برای غشاهای فیبر توخالی (P(AN-VC روش هایی توسعه یافته اند.

دستگاه آزمایشگاهی اندازه گیری انتشار وزن مولکولی کوچک شامل یک بخش دیالیز است که در آن یک محلول ردیاب پیرامون فیبر در خارج گردش می‌کند در حالی که محلول نمونه برداری به طرف پائین مجرای فیبر جریان دارد.

نرخ های شارش طوری تنظیم می شود که آرایش لایه مرزی درونی و خارجی فیبر حداقل باشد.

ضرائب انتشار از اختلاف غلظت میان مجرا و حمام در یک نرخ شارش مجرای مشخص محاسبه می شوند.

این آزمون برای اندازه گیری ضرائب انتشار در میان این غشاهای شارش آب نسبتاً بالاتری برای گلوکز (186 MW) ویتامین (MW1.3kDa)B12 و سایتورکروم (MW13.4kDa).

برای گونه های مولکولی بزرگ، مقاوت های غشاء بسیار بزرگ تر از مقاومت ای لایه مرزی است، بنابراین طرح آزمایشگاهی، شار (جریان) را در بر نمی گیرد.

اندازه گیری را می توان با انتشار ردیاب در طول غشاء در هر راستا انجام داد.

زیرا سنجش در دو راستا نتایج یکسانی را برای مقدار ضریب انتشار می دهد.

این آزمون برای سنجش میوگلوبین گونه های پروتئین BSA و IgG و گونه های دکستران از MW50000 تا 300000 توسعه یافته است.

برای افزایش حساسیت اندازه گیری، گونه های نشان دار فلورسانت به کار برد می شود.

شکل 3-59، نمودار انتشار دکستران در طول غشاء P(AN-VC) را با در نظر گرفتن آب کل به صورت تابعی از وزن مولکولی دکستران نشان می دهد.

خلاصه (چکیده) لایه سازی غشاء برای درمان سلول کپسوله شده به منظور ارائه دامنه گسترده ای از محصولات نشأت گرفته از مولکلول های کوچک (برای مثال، دپامین، انکفالینز) تا محصولات ژنی بسیار بزرگ (برای مثال، فاکتورهای رشد، گلوبولین های ایمنی) تحت بررسی است.

نکات کلیدی در استفاده از مواد جهت ساخت این دستگاهها عبارتند از: 1- غشاء زیست سازگار، اجزاء دستگاه و مواد ماتریس 2- کاشتنی های محکم و 3- موادی که با خصوصیات انتقال مناسب درون غشاء قابل ساخت هستند.

این فصل تلاش می‌کند که به روش های تأثیر گذار یا سنجش استحکام غشاء و خصوصیات انتقال متمرکز شود.

هر دو این خصوصیات برای هر سیستم کاشتنی تجاری ضروری است.

خصوصیات انتقال غشاء برای کلیه سیستم ها حیاتی است، چه دستگاه کاشتنی باشد و چه برون بدنی.

با استفاده از روش های ساخت غشا می توان غشاهایی با استحکام دو یا چهار برابر استحکام وارونگی فاز در غشاهای سنتی تولید کرد.

با استفاده از تجهیزات جدید اندازه گیری انتقال با وزن مولکولی کوچک و بزرگ می توان غشاهایی با ترکیب ایزولاسیون ایمنی دلخواه ساخته و نرخ های تحویل محصولات را برای بسیاری از کاربردهایی که بالقوه بر درمان مجموعه گسترده ای از بیماریها تأثیر می گذارد، گزینش کرد.