Solukapselointiin käytettävien biomateriaalien huokoistaminen

Abstract

Biomateriaalien tavoite on parantaa tai korvata biologisia toimintoja. Biomateriaaleja voidaan käyttää sellaisenaan tai niihin voidaan kapseloida soluja. Kudosteknologiassa käytettävien biomateriaalien tärkeimmät ominaisuudet ovat huokoisuus ja mekaaniset ominaisuudet (kuten elastinen moduuli), joiden pitää vastata kohdekudoksia. Opinnäytetyön tavoitteena oli lisätä huokoisuutta silikapohjaiseen biomateriaaliin ja valmistaa huokoista materiaalia solukapselointia varten.

Silikapohjaiset biomateriaalit valmistettiin sooli-geelimenetelmällä. Menetelmällä valmistettu materiaali on helposti muokattavissa ja ominaisuuksiltaan viskoelastinen. Materiaalin huokoisuutta lisättiin vaahdottamalla sekä lisäämällä huokoistajia, eli porogeenejä, jotka liuotettiin pois soluviljelyolosuhteissa. Materiaalien reologisia ominaisuuksia ja stabiilisuutta tutkittiin reometrillä.

Opinnäytetyössä valmistettujen materiaalien huokostilavuutta saatiin lisättyä moninkertaiseksi vaahdottamalla. Partikkelien liuotusmenetelmällä vaahdotettujen materiaalien huokostilavuus nousi vielä noin 1-5 % huokostilavuutta, riippuen porogeenistä ja sen pitoisuudesta. Materiaalit olivat elastiselta moduuliltaan stabiileja viiden vuorokauden ajan soluviljelyolosuhteissa. Valmistettujen materiaalien elastisten moduulien perusteella materiaaleja voidaan käyttää esimerkiksi lihassolujen kapseloinnissa.

The purpose of biomaterials is to improve or replace biological functions. Biomaterials can be used as such or cells can be encapsulated into biomaterials. The critical characteristics of biomaterials are porosity and certain mechanical properties (such as elastic modulus), which must correspond to the properties of the target tissue. The purpose of this thesis was to increase porosity in silica-based materials and produce a porous material for cell encapsulation.

Silica-based biomaterials were produced by the sol-gel method. The material produced by this method is easily customizable and has viscoelastic properties. The porosity of the material was enhanced by foaming and adding porogens, which were removed by dissolution in cell culture conditions. The rheological properties and stability of the materials were studied by rheometry.

Multifold porosity of the materials produced in this thesis was achieved by foaming and the porosity of the foamed material was increased by around a further 1 to 5 % by the particle dissolution method, depending on the porogen and its concentration. The elastic modulus of silica based materials is stable for five days in cell culture conditions. The silica-based materials produced in this thesis can be used for encapsulation of muscle cells.