ES2426754T3

ES2426754T3 - Microtubos y métodos para producirlos

Info

Publication number: ES2426754T3
Application number: ES07826621T
Authority: ES
Inventors: Eyal Zussman; Yael Dror; Wael Salalha; Ron Avrahami
Original assignee: Technion Research and Development Foundation Ltd
Current assignee: Technion Research and Development Foundation Ltd
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2013-10-25
Anticipated expiration: 2027-10-02
Also published as: AU2007303821B2; US20170175296A1; US20100129656A1; CA2664972C; CN101595251B; US11299822B2; WO2008041183A2; WO2008041183A3; CN101595251A; CA2664972A1; EP2079860A2; AU2007303821B9; EP2079860B1; AU2007303821A1

Abstract

Un método para producir un microtubo, comprendiendo el método co-electrohilar dos disoluciones poliméricas por capilares co-axiales para producir de ese modo el microtubo, en el que una primera disolución polimérica de dichas dos disoluciones poliméricas es para conformar un revestimiento del microtubo y una segunda disolución polimérica de dichas dos disoluciones poliméricas es para conformar una envoltura por una superficie interna de dicho revestimiento, dicha primera disolución polimérica se selecciona que solidifique más rápido que dicha segunda disolución polimérica y un disolvente de dicha segunda disolución polimérica se selecciona incapaz de disolver dicha primera disolución polimérica

Description

Microtubos y métodos para producirlos

Campo y antecedentes de la invención

La fabricación de estructuras huecas nanoscópicas y microscópicas tales como tubos poliméricos recibe creciente atención debido a la potencial aplicación de los tubos en microfluídica, catálisis, liberación de fármacos, guía nerviosa y oxigeneradores. Se conoce el procedimiento de electrohilatura para producir nanofibras y nanofibras poliméricas en particular (Reneker DH., et al., 2.006; Ramakrishna S., et al., 2.005; Li D, et al, 2.004; patente internacional PCT WO 2006/106506 a los presentes autores).

Hay dos propuestas conocidas para fabricar tubos usando electrohilatura. Una propuesta, también conocida como el procedimiento TUFT (Bognitzki et al. 2.000) se basa en el uso de nanofibras electrohiladas como plantillas. En este caso, las nanofibras poliméricas son producidas por electrohilatura y después son recubiertas por diversos métodos de deposición con un material precursor a partir del cual se hacen los tubos. Con posterioridad, se retira la fibra electrohilada interna por disolución selectiva o degradación térmica y se logran tubos con diámetro interno nanométrico y controlado. Una modificación de este procedimiento usando el procedimiento sol-gel para recubrir la nanofibra de plantilla fue empleada para fabricar tubos de dióxido de titanio con morfologías especiales (Caruso et al., 2.001). La segunda propuesta usa el procedimiento de co-electrohilatura en que se hilan dos disoluciones diferentes simultáneamente usando una hilera de dos capilares coaxiales para producir nanofibras con núcleo y revestimiento (Sun Z, et al., 2.003; Yu JH, et al., 2.004; Huang ZM, et al., 2.006; Jiang H., et al., 2.005; Zhang YZ., et al., 2.006). Se retira el núcleo después de manera selectiva y se conforman fibras huecas. Este método se usó para fabricar fibras huecas cerámicas por co-electrohilatura de aceite de parafina viscoso como el núcleo y una mezcla de Polivinilpirrolidona (PVP) y Ti(OiPr)4 en etanol como revestimiento (Li D., et al., 2.004; Li D., et al., 2.005). Se extrajo con posterioridad el aceite de parafina y finalmente, después de calcinación, se obtuvieron fibras huecas hechas de titania. También se obtuvieron nanotubos de carbono turboestráticos por co-electrohilatura de Poliacrilonitrilo (PAN) / Poli(metacrilato de metilo) (PMMA) con una degradación térmica posterior del núcleo de PMMA y finalmente carbonización del revestimiento de PAN (Zussman E, et al., 2.006). Estas dos propuestas de fabricación de tubos se usaron principalmente para producir tubos de cerámica, carbono o metálicos.

Los estudios muestran que la co-electrohilatura de dos disoluciones poliméricas que son suficientemente viscosas, hilables e inmiscibles puede dar como resultado fibras con núcleo y revestimiento sólidas (es decir, fibras rellenas y no fibras huecas) (Li D., et al., 2.006; Loscertales IG., et al., 2.002; Loscertales IG., et al., 2.004). Otro estudio por los presentes autores (Sun Z et al., 2.003) mostró que aunque se pueden conseguir nanofibras con núcleo y revestimiento hechas de disoluciones miscibles este procedimiento es menos controlable puesto que puede tener lugar difusión mutua en el cono de Taylor y durante el estiramiento del chorro.

Los pequeños vasos sanguíneos (10 – 2.000 micrómetros) incluyendo capilares, arteriolas y vénulas conectan arterias a venas y proporcionan funciones esenciales del sistema circulatorio tales como intercambio de nutrientes y gases con el tejido y distribución de flujo sanguíneo. El daño de los tejidos (por ej., enfermedades de aterosclerosis, enfermedades de isquemia) debido a interrupción de flujo sanguíneo se puede corregir en el caso de arterias grandes (4 mm - 30 mm) usando conductos artificiales o autólogos. La forma más común de tratamiento es la cirugía de derivación aortocoronaria con injerto (CABG, por sus siglas en inglés). Los injertos usados actuales tienen éxito, pero cuando se usan en el sistema coronario, donde los diámetros son 0,01 mm - 2 mm, los sucesos trombóticos los bloquean rápidamente. Por lo tanto, en muchos laboratorios, la ingeniería de tejidos avanza hacia el logro de un sustituto de vaso sanguíneo que presente todas las características funcionales de un vaso sanguíneo normal. Esto requiere que el sustituto logrado no sólo sea no trombogénico, también debe presentar vasoactividad y poseer propiedades mecánicas apropiadas.

Sumario de la invención

Según un aspecto de la invención se proporciona un método para producir un microtubo, comprendiendo el método: co-electrohilatura de dos disoluciones poliméricas por capilares co-axiales para producir de ese modo el microtubo, en el que una primera disolución polimérica de las dos disoluciones poliméricas es para conformar un revestimiento del microtubo y una segunda disolución polimérica de las dos disoluciones poliméricas es para conformar una envoltura por una superficie interna del revestimiento, la primera disolución polimérica se selecciona que solidifique más rápido que la segunda disolución polimérica y un disolvente de la segunda disolución polimérica se selecciona incapaz de disolver la primera disolución polimérica.

Según otro aspecto de la invención se proporciona un microtubo que comprende un revestimiento electrohilado y una envoltura electrohilada por una superficie interna del revestimiento.

Según más características en las realizaciones de la invención descritas a continuación, el revestimiento electrohilado se conforma de una primera disolución polimérica y la envoltura electrohilada se conforma de una segunda disolución polimérica.

Según otras características más en las realizaciones descritas, la primera disolución polimérica solidifica más rápido que la segunda disolución polimérica.

Según otras características más en las realizaciones descritas, un disolvente de la segunda disolución polimérica es incapaz de disolver la primera disolución polimérica.

Según otras características más en las realizaciones descritas, el revestimiento electrohilado comprende un polímero seleccionado del grupo que consiste en: poli(e-caprolactona) (PCL), poliamida, poli(siloxano), poli(silicona), poli(etileno), poli(vinilpirrolidona), poli(metacrilato de 2-hidroxietilo), poli(N-vinilpirrolidona), poli(metacrilato de metilo), poli(alcohol vinílico), poli(ácido acrílico), poli(acetato de vinilo), poliacrilamida, poli(etileno-co-acetato de vinilo), poli(etilenglicol), poli(ácido metacrílico), polilactida, poliglicolida, poli(lactida-coglicolida), polianhídrido, poliortoéster, poli(carbonato), poli(acrilonitrilo), poli(óxido de etileno), polianilina, polivinilcarbazol, poliestireno, poli(vinilfenol), polihidroxiácido, poli(caprolactona), polianhídrido, polihidroxialcanoato, poliuretano, colágeno, albúmina, alginato, quitosán, almidón, ácido hialurónico y mientras la envoltura electrohilada comprende un polímero seleccionado del grupo que consiste en: poli(ácido acrílico), poli(acetato de vinilo), poliacrilamida, poli(etileno-co-acetato de vinilo), poli(etilenglicol), poli(ácido metacrílico), polilactida poliglicolida, poli(lactida-coglicolida), polianhídrido, poliortoéster, poli(carbonato), poli(óxido de etileno), polianilina, polivinilcarbazol, poliestireno, poli(vinilfenol), polihidroxiácido, alginato, almidón, ácido hialurónico.

Según otras características más en las realizaciones descritas, un disolvente de la primera disolución polimérica se evapora más rápido que un disolvente de la segunda disolución polimérica.

Según otras características más en las realizaciones descritas la electrohilatura se efectúa usando un colector rotativo.

Según otras características más en las realizaciones descritas, un disolvente de la segunda disolución polimérica es capaz de evaporarse por la superficie interna del revestimiento.

Según otras características más en las realizaciones descritas, la segunda disolución polimérica se selecciona capaz de humedecer la superficie interna del revestimiento.

Según otras características más en las realizaciones descritas un espesor del revestimiento es de aproximadamente 100 nm a aproximadamente 20 micrómetros.

Según otras características más en las realizaciones descritas un diámetro interno del microtubo es de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 20 micrómetros.

Según otras características más en las realizaciones descritas la primera y la segunda disolución polimérica se seleccionan del grupo que consiste en: poli(e-caprolactona) al 10% (PCL) en cloroformo (CHCI3) y dimetilformamida (DMF) (80:20 en peso) como la primera disolución polimérica y poli(óxido de etileno) (PEO) al 4% en agua (H2O) y etanol (60:40 en peso) como la segunda disolución polimérica, PCL al 10% en CHCI3 y DMF (80:20 en peso) como la primera disolución polimérica y PEO al 6% en H2O y etanol (60:40 en peso) como la segunda disolución polimérica, PCL al 9% en CHCI3 y DMF (90:10 en peso) como la primera disolución polimérica y PEO al 7% en H2O como la segunda disolución polimérica y PCL al 10% en CHCI3 y DMF (800:20 en peso) como la primera disolución polimérica y poli(alcohol vinílico) (PVA) al 9% en agua y etanol (50:50 en peso) como la segunda disolución polimérica.

Según otras características más en las realizaciones descritas, la primera disolución polimérica comprende polietilenglicol (PEG).

Según otras características más en las realizaciones descritas el revestimiento comprende poros.

Según otras características más en las realizaciones descritas el microtubo se llena con un líquido.

Según otras características más en las realizaciones descritas el líquido es sangre.

Según otras características más en las realizaciones descritas la primera y la segunda disolución polimérica son biocompatibles.

A menos que se defina de otro modo, todos los términos técnicos y científicos usados en la presente memoria tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto en la materia a que pertenece esta invención. Aunque se pueden usar métodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la presente memoria en la práctica o ensayo de la presente invención, se describen métodos y materiales adecuados a continuación. En caso de conflicto, controlará la memoria descriptiva de la patente, incluyendo definiciones. Además, los materiales, métodos, y ejemplos sólo son ilustrativos y no se desea que sean limitantes.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describe en la presente memoria, como ejemplo sólo, con referencia a los dibujos adjuntos. Con referencia específica ahora a los dibujos con detalle, se destaca que los detalles mostrados son como ejemplo y para fines de discusión ilustrativa de las realizaciones preferidas de la presente invención sólo y se presentan para proporcionar lo que se cree que es la descripción más útil y fácilmente comprensible de los principios y aspectos conceptuales de la invención. Con respecto a esto, no se hace ningún intento para mostrar detalles estructurales de la invención con más detalle que lo necesario para un entendimiento fundamental de la invención, haciendo evidente la descripción tomada con los dibujos para los expertos en la materia cómo se pueden incorporar las diversas formas de la invención a la práctica.

En los dibujos:

La FIG. 1 es una imagen de una gota colgante de compuesto de disolución de PCL como un revestimiento y disolución de PEO como núcleo (revestimiento 1, núcleo 1 como se describe en la Tabla 2 de la sección Ejemplos que sigue). La flecha blanca señala a la protusión del capilar interno fuera del capilar del revestimiento. La flecha negra señala a la interfase Gelificada entre disoluciones. Caudal del revestimiento= 4 ml/hora, caudal del núcleo = 0,5 ml/hora;

Las FIGs. 2a-d son fotomicrografías de nanofibras con revestimiento - PCL núcleo - PEO co-electrohiladas (revestimiento 1, núcleo 1, como se describe en la Tabla 2 de la sección Ejemplos que sigue): Figura 2a – micrografía de microscopio óptico (LM, por sus siglas en inglés); Figuras 2b-d - micrografías HRSEM (por sus siglas en inglés, microscopio electrónico de barrido de alta resolución) a diferentes aumentos. Caudal del revestimiento = 4 ml/hora, caudal del núcleo = 0,5 ml/hora;

Las FIGs. 3a-c son fotomicrografías de HRSEM de fibras co-electrohiladas: Figuras 3a-b - revestimiento - PCL, núcleo - PVA (revestimiento 1, núcleo 2, como se describe en la Tabla 2 de la sección Ejemplos que sigue), caudal del revestimiento= 3,5 ml/hora, caudal del núcleo = 0,5 ml/hora; Figura 3c - revestimiento - PCL núcleo - PEO (revestimiento 1, núcleo 3, como se describe en la Tabla 2 de la sección Ejemplos que sigue), caudal del revestimiento = 3,5 ml/hora, caudal del núcleo = 0,5 ml/hora;

La FIG. 4 es una micrografía de HRSEM de secciones transversales de las fibras hechas de PCL sólo (en la misma composición que el revestimiento 1, como se describe en la Tabla 2 de la sección Ejemplos que sigue).

Las FIGs. 5a-b son imágenes que representan ángulos de contacto: Figura 5a - gota de disolución de PEO (núcleo 1, como se describe en la Tabla 2 de la sección Ejemplos que sigue) en película de PCL; Figura 5b - gota de agua en película de PCL;

Las FIGs. 6a-c son micrografías de HRSEM de fibras hechas de PCL (revestimiento 1) PEO (núcleo 1): Figuras 6a-b

-: núcleo 4 - conductividad de 0,02 S/m (200 µS/cm), caudal del revestimiento = 3 ml/hora y caudal del núcleo = 0,3 ml/hora; Figura 6c -núcleo 1 -conductividad de 1,3x10-3 S/m (13 µS/cm), caudal del revestimiento = 3 ml/hora, caudal del núcleo = 0,3 ml/hora (b); Los polímeros del núcleo y del revestimiento se describen en la Tabla 2 de la sección Ejemplos que sigue.

Las FIGs. 7a-b son fotomicrografías de HRSEM de microtubos muy porosos: Figura 7a - revestimiento 2, núcleo 1; Figura 7b - revestimiento 3, núcleo 1; Los polímeros del núcleo y del revestimiento se describen en la Tabla 2 de la sección Ejemplos que sigue.

La FIG. 8 es una ilustración esquemática del procedimiento de evaporación del disolvente del núcleo de la fibra coelectrohilada;

Las FIGs. 9a-i representan el procedimiento de evaporación de microtubos de PCL/PEO (revestimiento 1, núcleo 1). Figuras 9a-d – Imágenes tomadas a intervalos de 2 segundos [t = 0 segundos (Figura 9a), t = 2 segundos (Figura 9b), t = 4 segundos (Figura 9c) y t = 6 segundos (Figura 9d)] representan el procedimiento de evaporación del microtubo de PCL/PEO con el siguiente diámetro y longitud de los trozos: Xo = 0,7 mm, a = 5 µm, b = 6 µm, (ensayo ii). La posición del menisco está señalada por flechas; Figuras 9e-h – Las imágenes tomadas a t = 0 (Figura 9e), t = 1,3 (Figura 9f), t = 2,6 (Figura 9g) y t = 3,9 (Figura 9h) representan evaporación del microtubo de PCL/PEO con el siguiente diámetro y longitud de los trozos: X0= 0,2 mm, a = 7 µm, b = 8 µm, (ensayo iii), la distancia desde el centro del trozo a la salida fue L = 0,22 mm. La posición del menisco está señalada por flechas; Figura 9i - una gráfica que representa el desplazamiento (medido en mm) del menisco (presentado como Lx/x0) como función del tiempo, resultados experimentales (puntos) y calculados (línea continua) donde los ensayos i y ii se calcularon según la Ecuación (2) y el ensayo iii se calculó según combinación lineal de las Ecuaciones (2) y (3). El ensayo iii se refiere a Xo = 1,1 mm, a = 5 µm, b = 6 µm. La humedad relativa en estos experimentos fue 40% (H = 0,4) y LX = X0-X. Los polímeros del núcleo y revestimiento se describen en la Tabla 2 de la sección Ejemplos que sigue.

Las FIGs. 10a-b son micrografías de HRSEM del patrón interno de microtubos de PCL/PEO (revestimiento 1, núcleo 1). Los polímeros del núcleo y revestimiento se describen en la Tabla 2 de la sección Ejemplos que sigue.

Las FIGs. 11a-e representan relleno capilar de aceite de silicio de los microtubos. Figuras 11a-d –Secuencia de fotogramas de vídeo de relleno capilar de aceite de silicio de los microtubos PCL/PEO (revestimiento 1, núcleo 1) tomados a t = 0 segundos (Figura 11a), t = 2,4 (Figura 11b), t = 3 (Figura 11c) y t = 3,5 (Figura 11d). La posición del menisco está señalada por flechas; Figura 11e - una gráfica que representa el desplazamiento del menisco como

función del tiempo de dos experimentos (i, ii) con los microtubos (revestimiento 1, núcleo 1) y (iii) modelo de elevación capilar de Washburn X�0,31�t.

Los polímeros del núcleo y revestimiento se describen en la Tabla 2 de la sección Ejemplos que sigue.

Las FIGs. 12a-b representan una construcción microfluida. Figura 12a – Una imagen óptica de la red microfluídica vascular conectada con microtubos de Teflón. Se muestran la entrada y las salidas de la red microfluídica. La construcción está montada sobre una lámina de plástico para fines de manipulación; Figura 12b – Imagen de microscopio electrónico de barrido de la sección transversal del microfluido.

La FIG. 13 es una imagen más óptica, que representa la vista desde arriba de la red microfluídica vascular, que muestra glóbulos rojos individuales. Barra de tamaño = 40 micrómetros.

Descripción de realizaciones de la invención

Algunas realizaciones de la presente invención proporcionan microtubos y métodos para producir los mismos. Más específicamente, se conforman microtubos de la presente invención por electrohilatura.

Los principios y operación del método para producir un microtubo según la presente invención se pueden entender mejor con referencia a los dibujos y descripciones adjuntas.

Antes de explicar al menos una realización de la invención con detalle, se tiene que entender que la invención no está limitada en su aplicación a los detalles explicados en la siguiente descripción o ejemplificados por los Ejemplos. La invención es capaz de otras realizaciones o de practicarse o llevarse a cabo de diversas maneras. También, se tiene que entender que la fraseología y terminología empleadas en la presente memoria es para el fin de descripción y no se deberían considerar como limitantes.

Como se usa en la presente memoria, los términos "que comprende " e "incluyendo" o variantes gramaticales de los mismos se tienen que considerar como que especifican las características, números enteros, etapas o componentes indicados pero no excluyen la adición de una o más características, números enteros, etapas, componentes o

grupos adicionales de los mismos. Este término incluye los términos "que consiste en " y “que consiste esencialmente en”.

La expresión "que consiste esencialmente en” o variantes gramaticales de la misma cuando se usan en la presente memoria se tienen que considerar como que especifican las características, números enteros, etapas o componentes indicados, pero no excluyen la adición de una o más características, números enteros, etapas, componentes o grupos adicionales de los mismos pero sólo si las características, números enteros, etapas, componentes o grupos adicionales de los mismos no modifican materialmente las características básicas y nuevas de la composición, dispositivo o método reivindicado.

El término "método" se refiere a modos, medios, técnicas y procedimientos para llevar a cabo una tarea determinada incluyendo, pero no limitado a, esos modos, medios, técnicas y procedimientos conocidos o fácilmente desarrollados de modos, medios, técnicas y procedimientos conocidos por profesionales habilitados de la técnica química y física.

Al tiempo que se reducen algunas realizaciones de la invención a la práctica, los presentes autores no cubren un procedimiento de una etapa para producir microtubos.

Como se muestra en la Figuras 1, 2a-d, 3a-b, 10a-b y se describe en los Ejemplos 1-8 de la sección Ejemplos que sigue, los presentes autores pudieron producir fibras poliméricas huecas, es decir, microtubos, por electrohilatura por capilares co-axiales de dos disoluciones poliméricas seleccionadas cuidadosamente para producir microtubos caracterizados por un fuerte revestimiento de los microtubos de una anchura uniforme (de aproximadamente 100 nm a aproximadamente 20 micrómetros) que no se hunde y un diámetro interno de aproximadamente 200 nm a aproximadamente 50 micrómetros. Además, como se muestra en la Figuras 7a-b y se describe en el Ejemplo 4 de la sección Ejemplos que sigue, la presencia y el tamaño de los poros en el revestimiento de los microtubos se pueden controlar fácilmente por la selección de disolventes de la disolución polimérica del revestimiento y/o la inclusión de polímeros solubles en agua tales como PEG. Por otra parte, el espesor del revestimiento del microtubo y el diámetro del tubo se pueden controlar por el caudal relativo de las disoluciones poliméricas del revestimiento o envoltura (Figuras 6a-c, Ejemplo 3 de la sección Ejemplos que sigue). Así, se usó un par de polímeros biocompatibles y biodegradables (por ej., PEO como un polímero de envuelta y PCL como polímero de revestimiento, Tabla 2, a continuación) para conformar bio-microtubos. Como se describe además en los Ejemplos 6 y 8 de la sección Ejemplos que sigue, estos microtubos se pueden llenar con diversos líquidos tales como aceite de silicio (Véanse las Figuras 11a-e) o sangre (Figuras 12a-b y 13) que pueden fluir en los mismos, que demuestra el posible uso de estos tubos como microfluídica.

Así, según un aspecto de la invención se proporciona un método para producir un microtubo. El método se efectúa por co-electrohilatura de dos disoluciones poliméricas por capilares co-axiales para producir de ese modo el microtubo, en el que una primera disolución polimérica de las dos disoluciones poliméricas es para conformar un revestimiento del microtubo y una segunda disolución polimérica de las dos disoluciones poliméricas es para conformar una envoltura por una superficie interna del revestimiento, la primera disolución polimérica se selecciona que solidifique más rápido que la segunda disolución polimérica y un disolvente de la segunda disolución polimérica se selecciona incapaz de disolver la primera disolución polimérica.

Como se usa en la presente memoria, el término "microtubo" se refiere a un tubo hueco con un diámetro interno de por ej., aproximadamente 200 nm a aproximadamente 50 µm y un diámetro externo de por ej., aproximadamente 0,5 µm a 100 µm.

Como se usa en la presente memoria, la expresión "co-electrohilatura" se refiere a un procedimiento en que al menos dos disoluciones poliméricas son electrohiladas a partir de capilares co-axiales (es decir, al menos dos dispensadores capilares en los que se pone un capilar dentro del otro capilar al tiempo que se comparte una orientación co-axial) formando la hilera dentro de un campo electrostático en una dirección de un colector. El capilar puede ser, por ejemplo, una jeringa con una aguja de metal o un baño provisto de una o más aberturas capilares a partir de las que se puede extruir la disolución polimérica, por ej., bajo la acción de presión hidrostática, presión mecánica, presión del aire y alto voltaje.

El colector sirve para recoger el elemento electrohilado (por ej., el microtubo electrohilado) a continuación. Dicho colector puede ser un colector rotatorio o un colector estático (que no rota). Cuando se usa un colector que rota, tal colector puede tener una conformación cilíndrica (por ej., un tambor), sin embargo, se apreciará que el colector rotatorio puede ser también de una geometría plana (por ej., un disco horizontal). La hilera se conecta típicamente a una fuente de alto voltaje, preferiblemente de polaridad positiva, al tiempo que se pone a masa el colector, formándose así un campo electrostático entre el capilar dispensador (dispensador) y el colector. Alternativamente, la hilera se puede poner a masa al tiempo que el colector se conecta a una fuente de alto voltaje, preferiblemente con polaridad negativa. Como apreciará un experto en la materia, cualquiera de las configuraciones anteriores establece movimiento de chorro cargado de manera positiva desde la hilera al colector. También se considera polaridad inversa para establecer movimientos de un chorro cargado de manera negativa desde la hilera al colector.

A un voltaje crítico, la repulsión de carga empieza a vencer la tensión superficial de la gota líquida. Los chorros cargados salen de la hilera y se desplazan dentro del campo electrostático hacia el colector. Moviéndose con alta velocidad en el espacio entre los electrodos, el chorro se estira y el disolvente en el mismo se evapora, formándose así fibras que son recogidas en el colector.

Como se mencionó anteriormente, los microtubos de algunas realizaciones de la presente invención se conforman por electrohilatura. Así, la primera disolución polimérica se inyecta en el capilar externo de los capilares co-axiales mientras que la segunda disolución polimérica se inyecta en el capilar interno de los capilares co-axiales. Para conformar un microtubo (es decir, una estructura hueca, como se mencionó anteriormente), la primera disolución polimérica (que es para conformar un revestimiento del microtubo) solidifica más rápido que la segunda disolución polimérica (también referido en la presente memoria como una disolución polimérica del núcleo, y es para conformar una envoltura por una superficie interna del revestimiento). Además, la formación de un microtubo también requiere que el disolvente de la segunda disolución polimérica sea incapaz de disolver la primera disolución polimérica.

Así, las velocidades de solidificación de la primera y segunda disolución polimérica son críticas para conformar el microtubo. Por ejemplo, para un microtubo de aproximadamente 100 µm, la solidificación del primer polímero (de la primera disolución polimérica) puede estar dentro de aproximadamente 30 milisegundos (ms) mientras que la solidificación del segundo polímero (de la segunda disolución polimérica) puede estar dentro de aproximadamente 10-20 segundos. Se apreciará que la solidificación puede ser un resultado de la velocidad de polimerización y/o la velocidad de evaporación.

Según una realización de la invención, el disolvente de la primera disolución polimérica se evapora más rápido que el disolvente de la segunda disolución polimérica (por ej., el disolvente de la primera disolución polimérica presenta una presión de vapor mayor que el disolvente de la segunda disolución polimérica).

Según una realización de la invención, la velocidad de evaporación del disolvente de la primera disolución polimérica es al menos aproximadamente 10 veces más rápida que la del disolvente de la segunda disolución polimérica. Así, la velocidad de evaporación del disolvente de la primera disolución polimérica puede ser al menos aproximadamente 100 veces más rápida o al menos aproximadamente 1.000 veces más rápida que la velocidad de evaporación del disolvente de la segunda disolución polimérica. Por ejemplo, la evaporación de cloroformo es significativamente más rápida que la evaporación de una disolución acuosa (agua) debido a la alta presión de vapor a temperatura ambiente del cloroformo (26 kPa (195 mm de Hg)) frente a la de la disolución acuosa (3 kPa (23,8 mm de Hg)).

Se apreciará que por la selección de un disolvente de la segunda disolución polimérica que sea incapaz de disolver la primera disolución polimérica, el polímero de la primera disolución polimérica puede solidificar y conformar un fuerte revestimiento de microtubo que no se hunda y se caracterice por una anchura uniforme. Así, la primera disolución polimérica (por ej., el disolvente del primer polímero) es sustancialmente inmiscible en el disolvente del segundo polímero.

Como se usa en la presente memoria la expresión "disolución polimérica" se refiere a un polímero soluble, es decir, un medio líquido que contiene uno o más polímeros, co-polímeros o mezclas de polímeros disueltos en un disolvente. El polímero usado por la invención puede ser un polímero natural, sintético, biocompatible y/o biodegradable.

La expresión "polímero sintético" se refiere a polímeros que no se encuentran en la naturaleza, incluso si los polímeros están hechos de biomateriales que se encuentran en la naturaleza. Ejemplos incluyen, pero no se limitan a, poliésteres alifáticos, poli(aminoácidos), copoli(éter-ésteres), poli(alquilenos - oxalatos), poliamidas, policarbonatos procedentes de tirosina, poli(iminocarbonatos), poliortoésteres, polioxaésteres, poliamidoésteres, polioxaésteres que contienen grupos amino, poli(anhídridos), polifosfacenos y combinaciones de los mismos.

Polímeros sintéticos adecuados para uso por la invención también pueden incluir polímeros biosintéticos basados en secuencias encontradas en: colágeno, elastina, trombina, fibronectina, almidones, poli(aminoácido), poli(fumarato de propileno), gelatina, alginato, pectina, fibrina, celulosa oxidada, quitina, quitosán, tropoelastina, ácido hialurónico, polietileno, poli(tereftalato de etileno), poli(tetrafluoroetileno), policarbonato, polipropileno y poli(alcohol vinílico), ácidos ribonucleicos, ácidos desoxirribonucleicos, polipéptidos, proteínas, polisacáridos, polinucleótidos y combinaciones de los mismos.

La expresión "polímero natural" se refiere a polímeros que se encuentran en la naturaleza. Ejemplos no limitantes de dichos polímeros incluyen, seda, materiales a base de colágeno, quitosán, ácido hialurónico, albúmina, fibrinógeno y alginato.

Como se usa en la presente memoria, la expresión "co-polímero" se refiere a un polímero de al menos dos monómeros químicamente diferentes. Ejemplos no limitantes de co-polímeros incluyen, poli(ácido láctico) (PLA)polietilenglicol (PEG), tereftalato de polietilenglicol (PEGT) / tereftalato de polibutileno (PBT), PLA-poli(ácido glicólico) (PGA), PEG-policaprolactona (PCL) y PCL-PLA.

Como se usa en la presente memoria, la expresión "mezclas de polímeros" se refiere al resultado de la mezcla de dos o más polímeros juntos para crear un nuevo material con diferentes propiedades físicas.

La expresión "polímero biocompatible" se refiere a cualquier polímero (sintético o natural) que cuando está en contacto con células, tejidos o fluido corporal de un organismo no induce efectos adversos tales como reacciones inmunológicas y/o rechazos y similares. Se apreciará que un polímero biocompatible también puede ser un polímero biodegradable.

Según una realización de la invención, la primera y la segunda disolución polimérica son biocompatibles.

Ejemplos no limitantes de polímeros biocompatibles incluyen: Poliésteres (PE), PCL, Sulfato de calcio, PLA, PGA, PEG, poli(alcohol vinílico), polivinilpirrolidona, Politetrafluoroetileno (PTFE, teflón), Polipropileno (PP), Poli(cloruro de vinilo) (PVC), Poli(metacrilato de metilo) (PMMA), Poliamidas, poliuretano segmentado, policarbonato-uretano y poliéter uretano termoplástico, silicona-poliéter-uretano, silicona-policarbonato-uretano Colágeno, PEG-DMA, Alginato, Hidroxiapatito y Quitosán, mezclas y copolímeros de los mismos.

La expresión "polímero biodegradable" se refiere a un polímero sintético o natural que se puede degradar (es decir, descomponer) en el entorno fisiológico tal como por proteasas. La biodegradabilidad depende de la disponibilidad de sustratos de degradación (es decir, materiales biológicos o porción de los mismos que son parte del polímero), la presencia de materiales biodegradables (por ej., microorganismos, enzimas, proteínas) y la disponibilidad de oxígeno (para organismos aeróbicos, microorganismos o porciones de los mismos), dióxido de carbono (para organismos anaeróbicos, microorganismos o porciones de los mismos) y/u otros nutrientes. Ejemplos de polímeros /materiales biodegradables incluyen, pero no se limitan a, colágeno (por ej., Colágeno I o IV), fibrina, ácido hialurónico, poli(ácido láctico) (PLA), poli(ácido glicólico) (PGA), policaprolactona (PCL), polidioxanona (PDO), carbonato de trimetileno (TMC), polietilenglicol (PEG), Colágeno, PEG-DMA, Alginato, copolímeros de quitosán o mezclas de los mismos.

Según una realización, la disolución polimérica se puede hacer de un polímero o más, cada una puede ser un polímero o un co-polímero tal como se describió anteriormente.

Según una realización de la invención, la disolución polimérica de la invención es una mezcla de al menos un polímero biocompatible y un co-polímero (biodegradable o no biodegradable).

Según una realización de la invención, el revestimiento electrohilado se puede hacer de un polímero tal como: poli(ecaprolactona) (PCL), poliamida, poli(siloxano), poli(silicona), poli(etileno), poli(vinilpirrolidona), poli(metacrilato de 2hidroxietilo), poli(N-vinilpirrolidona), poli(metacrilato de metilo), poli(alcohol vinílico), poli(ácido acrílico), poli(acetato de vinilo), poliacrilamida, poli(etileno-co-acetato de vinilo), poli(etilenglicol), poli(ácido metacrílico), polilactida, poliglicolida, poli(lactida-coglicolida), polianhídrido, poliortoéster, poli(carbonato), poli(acrilonitrilo), poli(óxido de etileno), polianilina, polivinilcarbazol, poliestireno, poli(vinilfenol), polihidroxiácido, poli(caprolactona), polianhídrido, polihidroxialcanoato, poliuretano, colágeno, albúmina, alginato, quitosán, almidón, ácido hialurónico y mezclas y copolímeros de los mismos.

Según una realización de la invención, la envoltura electrohilada se puede hacer de un polímero tal como: poli(ácido acrílico), poli(acetato de vinilo), poliacrilamida, poli(etileno-co-acetato de vinilo), poli(etilenglicol), poli(ácido metacrílico), polilactida poliglicolida, poli(lactida-coglicolida), polianhídrido, poliortoéster, poli(carbonato), poli(óxido de etileno), polianilina, polivinilcarbazol, poliestireno, poli(vinilfenol), polihidroxiácido, alginato, almidón, ácido hialurónico y mezclas y copolímeros de los mismos.

5 Se apreciará que para conformar un microtubo hueco, el disolvente de la segunda disolución polimérica se puede evaporar mientras que el polímero conforma una capa delgada sobre la superficie interna del revestimiento.

Según una realización de la invención, el disolvente de la segunda disolución polimérica es capaz de evaporarse por la superficie interna del revestimiento.

Además, se apreciará que durante la formación del revestimiento del microtubo (es decir, la solidificación de la 10 primera disolución polimérica) la segunda disolución polimérica fluye dentro de la superficie interna del revestimiento.

Según una realización de la invención, la segunda disolución polimérica se selecciona capaz de humedecer la superficie interna del revestimiento.

Se pueden usar diversas disoluciones poliméricas que son conocidas en la técnica como capaces de humedecer otras superficies poliméricas (conformado el revestimiento). A continuación hay una lista no limitante de pares de 15 disoluciones poliméricas en que la segunda disolución polimérica es capaz de humedecer la superficie interna del revestimiento conformado por la primera disolución polimérica.

Tabla 1

Pares de disoluciones poliméricas para producir el microtubo de la invención Según una realización de la invención, la primera y la segunda disolución polimérica se seleccionan del grupo de: poli(e-caprolactona) (PCL) al 10% en cloroformo (CHCl3) y dimetilformamida (DMF) (80:20 en peso) como la primera disolución polimérica y poli(óxido de etileno) (PEO) al 4% en agua (H2O) y etanol (60:40 en peso) como la segunda disolución polimérica, PCL al 10% en CHCI3 y DMF (80:20 en peso) como la primera disolución polimérica y PEO al 6% en H2O y etanol (60:40 en peso) como la segunda disolución polimérica, PCL al 9% en CHCI3 y DMF (90:10 en peso) como la primera disolución polimérica y PEO al 7% en H2O como la segunda disolución polimérica y PCL al 10% en CHCI3 y DMF (800:20 en peso) como la primera disolución polimérica y poli(alcohol vinílico) (PVA) al 9% en agua y etanol (50:50 en peso) como la segunda disolución polimérica.

Primera disolución polimérica que conforma el revestimiento: Segunda disolución polimérica capaz de humedecer la superficie interna del revestimiento

poli(e-caprolactona) (PCL) al 10% en cloroformo (CHCl3) y dimetilformamida (DMF) (80:20% en peso): poli(óxido de etileno) (PEO) al 4% en agua (H2O) y etanol (60:40 en peso)

Nailon 6,6 en ácido fórmico 7 a 12% en peso: poli(óxido de etileno) (PEO) al 4% en agua (H2O) y etanol (60:40 en peso)

Poli(L-lactida-co-glicolida) (PLGA 10:90) en concentraciones de hexafluoroisopropanol (HFIP) que oscilan de 2 a 7% en peso de disolución.: poli(óxido de etileno) (PEO) al 4% en agua (H2O) y etanol (60:40 en peso)

Concentraciones de poli(L-lactida-co-glicolida) (PLGA 15:85) hexafluoroisopropanol (HFIP) que oscilan de 2 a 7% en peso de disolución.: poli(óxido de etileno) (PEO) al 4% en agua (H2O) y etanol (60:40 en peso)

concentraciones de poli(lactida-co-glicolida) (PLGA; llactida/glicolida_ 50/50) 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (HFIP) que oscilan de 2 a 7% en peso de disolución.: poli(óxido de etileno) (PEO) al 4% en agua (H2O) y etanol (60:40 en peso)

poliglicolida (PGA) en cloroformo 3-10% en peso de disolución.: poli(alcohol vinílico) (PVA) al 9% en agua y etanol (50:50 en peso)

poli(l-lactida) (PLA) en cloroformo 3-10% en peso de disolución.: poli(alcohol vinílico) (PVA) al 9% en agua y etanol (50:50 en peso)

Poliuretano segmentado en DMF y THF (80:20% en peso): poli(alcohol vinílico) (PVA) al 9% en agua y etanol (50:50 en peso)

Poliuretano en DMF y tetrahidrofurano, THF (80:20% en peso): poli(alcohol vinílico) (PVA) al 9% en agua y etanol (50:50 en peso)

PLGA (ácido poli(láctico-co-glicólico)) en cloroformo y DMSO (dimetilsulfóxido) en cloroformo y DMSO (80:20% en peso).: poli(alcohol vinílico) (PVA) al 9% en agua y etanol (50:50 en peso)

PCL al 10% en CHCI3 / DMF (80:20 en peso): PEO al 6% en H2O / EtOH (60:40 en peso)

PCL al 9% en CHCI3 / DMSO (90:10 en peso): PEO al 7% en H2O

PCL al 10% en CHCI3 / DMF (80:20 en peso): PVA al 9% en etanol/agua (50:50 en peso)

Como se describe en el Ejemplo 3 de la sección Ejemplos que sigue, el espesor y diámetro interno del microtubo se pueden controlar durante el proceso de electrohilatura. Por ejemplo, la proporción entre los caudales de la primera y segunda disolución polimérica puede determinar el diámetro externo de la fibra y si la fibra resultante es hueca o sólida (véanse también las Figuras 6a-c).

Según una realización de la invención el espesor del revestimiento del microtubo de la invención puede variar de desde unos nanómetros a varios micrómetros, tal como de 100 nm a 20 µm, por ej., de 200 nm a 10 µm, de 100 nm a 5 µm, de 100 nm a 1 µm, por ej., aproximadamente 500 nm.

Según una realización de la invención el diámetro interno del revestimiento del microtubo de la invención puede variar de unos nanómetros a varios micrómetros, tal como de 50 nm a 50 µm, por ej., de 100 nm a 20 µm, de 200 nm a 10 µm, de 500 nm a 5 µm, de 1 µm a 5 µm, por ej., aproximadamente 3 µm.

Se apreciará que el revestimiento de los microtubos puede ser muy poroso creando así un tubo "de respiración" o por otra parte puede estar completamente cerrado conformando así un sistema de flujo axial. Un microtubo "de respiración", es decir, un microtubo que comprende poros en el revestimiento del mismo, puede ser conformado incluyendo un alto porcentaje de un componente volátil en la primera disolución polimérica que conforma el revestimiento. Por ejemplo, un alto porcentaje de cloroformo (por ej., al menos 80%) dentro de la disolución polimérica puede dar como resultado un revestimiento poroso (véase por ejemplo, la Figura 7a y el Ejemplo 4 de la sección Ejemplos que sigue).

Según una realización de la invención, para formar un revestimiento poroso la primera disolución polimérica incluye un disolvente volátil tal como Tetrahidrofurano (THF), Cloroformo, acetona o trifluoroetanol (TFE).

Adicionalmente o alternativamente, los poros en el revestimiento del microtubo de la invención pueden ser conformados incluyendo un polímero soluble en agua tal como polietilenglicol (PEG) en la primera disolución polimérica. Así, después de humedecer el microtubo en una disolución acuosa, el polímero soluble en agua se disuelve y se forman poros. Por ejemplo, la primera disolución polimérica puede incluir una mezcla de polímeros en que uno es soluble en agua y el otro es insoluble en agua. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 7b y se describe en el Ejemplo 4 de la sección Ejemplos que sigue, se usó una mezcla de PEG y PCL como una primera disolución polimérica para conformar un revestimiento poroso.

Según una realización de la invención, la primera disolución polimérica comprende PEG para formar poros en el revestimiento. Por ejemplo, para generar poros de > 150 nm de diámetro, la primera disolución polimérica puede incluir aproximadamente PEG al 4% Mp 35 kDa. De manera similar, para generar poros de < 150 nm de diámetro, la primera disolución polimérica puede incluir PEG aproximadamente al 2% Mp 6 kDa.

Se apreciará que los poros en el revestimiento electrohilado también se pueden generar después de la terminación del proceso de electrohilatura haciendo pasar una chispa eléctrica por el revestimiento electrohilado, esencialmente como se describe en la patente internacional PCT WO 2006/106506 a los presentes autores. Dicha chispa eléctrica se puede generar por cualquier chispa eléctrica que produzca un elemento, tal como, pero no limitado a, un electrodo de tipo aguja. La chispa eléctrica puede variar dependiendo del voltaje aplicado, su duración y la distancia entre el electrodo y el revestimiento electrohilado.

La chispa eléctrica es producida con un campo eléctrico que sea suficiente para generar descomposición de aire. En condiciones normales, dicha descomposición tiene lugar a aproximadamente 30 kV/cm. El campo eléctrico se puede generar por una diferencia de potencial de al menos 10 kV, por ej., al menos 15 kV. Así, el campo de descomposición se genera colocando el electrodo a una distancia de aproximadamente 10 mm, por ej., a una distancia de 5 mm o 1 mm del revestimiento electrohilado. El voltaje usado para generar la chispa eléctrica se puede proporcionar durante un periodo de tiempo de aproximadamente 5 segundos, por ej., aproximadamente 1 segundo o 0,1 segundo.

Adicionalmente o alternativamente, se apreciará que los poros en el revestimiento electrohilado también se pueden generar haciendo pasar un elemento de perforación calentado por el revestimiento electrohilado.

Como se usa en la presente memoria, la expresión "elemento de perforación" se refiere a cualquier elemento afilado y puntiagudo, por ej., un instrumento de metal que sea capaz de ser calentado y así que perfore (es decir, que hace un agujero) el elemento electrohilado. Ejemplos no limitantes de dichos elementos de perforación incluyen, una aguja de metal y un alfiler de metal.

Así, el elemento de perforación se calienta a una temperatura de al menos 90°C, por ej., al menos 91°C, 92°C, 93°C, 94°C, 95°C, 96°C, 97°C, 98°C, 99°C, 100°C, digamos aproximadamente 100°C, aproximadamente 101°C, aproximadamente 102°C y el paso del elemento de perforación por el revestimiento electrohilado se puede efectuar durante un periodo de tiempo de 0,1-10 segundos, por ej., durante un periodo de tiempo de 1-5 segundos.

Adicionalmente o alternativamente, se apreciará que los poros en el revestimiento electrohilado también se pueden generar por un haz de rayos láser pulsado o continuo. El haz de rayos láser se puede generar por cualquier dispositivo láser capaz de proporcionar radiación láser que extirpe o funda las fibras de polímero en algún grado. Estos incluyen, pero no se limitan a, los siguientes dispositivos láser: Dispositivo láser de excímero, dispositivo láser a base de Kr, dispositivo láser a base de Xe, dispositivo láser a base de Er, dispositivo láser de Ho:YAG, dispositivo láser de dióxido de carbono, dispositivo láser a base de Nd y dispositivo de diodo láser. Los dispositivos láser a base de Kr incluyen, pero no se limitan a, dispositivos láser de fluoruro de kriptón (KrF). Los dispositivos láser a base de Xe incluyen, pero no se limitan a, dispositivos láser de fluoruro de xenón (XeF). Los dispositivos láser a base de Er incluyen, pero no se limitan a, Er:YAG, Er:YSGG, Er:vidrio y similares. Los dispositivos láser a base de Nd incluyen, pero no se limitan a, Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:vidrio y similares. También se consideran dispositivos láser de CO2 y Colorante.

Por ejemplo, se realiza perforación de un revestimiento electrohilado usando un haz de rayos láser pulsado a una energía específica (por ej., 200 vatios) que se proporciona en un rango específico (por ej., 200 Hz), usando varios pulsos para cada agujero.

Se apreciará que para permitir flujo de un líquido dentro del microtubo, es decir, a lo largo del polímero de la envoltura que cubre la superficie interna del revestimiento, la superficie (película delgada) conformada por el polímero de la envoltura se debería diseñar de manera que se pueda humedecer por el líquido de interés. La humectabilidad de las películas poliméricas por líquidos es conocida en la técnica. Por ejemplo, aceite de silicona o agua pueden humedecer una superficie hecha de un polímero de PEO. Se apreciará que se puede controlar la humectabilidad del polímero de la envoltura que cubre la superficie interna del revestimiento (por ej., mejorar) por ejemplo por unión de grupos funcionales tales como grupo hidroxilo (OH) que aumentan la hidrofilicidad de la envoltura por un tratamiento de plasma [véase Thurston RM, Clay JD, Schulte MD, Effect of atmosferic plasma treatment on polymer surface energy and adhesion, Journal of Plastic Film & Sheeting 23 (1): 63-78 JUN 2.007.

Así, la presente invención proporciona un microtubo que comprende un revestimiento electrohilado y una envoltura electrohilada por una superficie interna del revestimiento.

Como se usa en la presente memoria, la expresión "revestimiento electrohilado" se refiere a un elemento hueco de una forma tubular, hecho de uno o más polímeros, producido por el procedimiento de electrohilatura como se detalló anteriormente.

Como se usa en la presente memoria la expresión "envoltura electrohilada" se refiere a una capa delgada que cubre la superficie interna del revestimiento del microtubo de la invención que se hace de uno o más polímeros por el procedimiento de electrohilatura como se detalló anteriormente.

Un experto en la materia conocerá cómo distinguir un objeto electrohilado de objetos hechos por medios que no comprenden electrohilatura por la alta orientación de las macromoléculas, la morfología de la piel (por ej., revestimiento) y las dimensiones típicas del microtubo que son únicas para electrohilatura.

Se apreciará que el microtubo producido por el método de la invención puede conformar un microtubo individual (por ej., solo o separado) o puede conformar parte de una pluralidad (por ej., una disposición alineada) de microtubos que que se pueden conectar entre sí o separados (como microtubos solos, no conectados).

Así, para la producción de un solo microtubo se une una abrazadera de tipo horquilla al borde del disco rotativo. El disco está rotando durante 1-2 segundos y se recogen los microtubos individuales entre los dientes de la horquilla. De una manera similar se recogen fibras electrohiladas individuales (véase E. Zussman, M, Burman, A. L. Yarin, R. Khalfin, Y. Cohen, "Tensile Deformation of Electrospun Nylon 6,6 Nanofibers," Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 44, 1.482-1.489, 2.006.

Alternativamente, cuando se usa un colector rotativo, se puede conformar una pluralidad de microtubos y recoger en el borde del colector como se describió en otra parte para fibras electrohiladas (A. Theron, E. Zussman, A. L. Yarin, "Electrostatic field-assisted alignment of electrospun nanofibers", Nanotechnology J., 12, 3: 384-390, 2.001.

La pluralidad de microtubos se puede disponer en una sola capa, pero, más preferiblemente, la pluralidad de los microtubos define una pluralidad de capas por lo tanto forman una estructura tridimensional. Los microtubos pueden tener una orientación aleatoria general o una orientación preferida, como se desea por ej., cuando las fibras se recogen en un colector cilíndrico tal como un tambor, los microtubos se pueden alinear predominantemente axialmente o predominantemente circunferencialmente. Las diferentes capas de los microtubos electrohilados pueden presentar diferentes características de orientación. Por ejemplo, sin limitar el alcance de la presente invención a cualquier orden o número específico de capas, los microtubos de una primera capa pueden tener una primera orientación predominante, los microtubos de una segunda capa pueden tener una segunda orientación predominante y los microtubos de la tercera capa pueden tener orientación aleatoria general.

Según una realización de la invención un líquido llena el microtubo. El líquido puede ser sangre o componentes sanguíneos, por ej., plasma, glóbulos rojos, factores de coagulación, glóbulos blancos, leucocitos, neutrófilos o cualquier disolución fisiológica que incluya agua y concentraciones fisiológicas de sales (por ej., solución salina tamponada de fosfato) y/o proteínas.

Se apreciará que el microtubo de la invención se puede configurar como o en un dispositivo de microfluídica. Se describe "Laboratorio en un chip" en una serie de artículos de revisión [véase por ejemplo, Craighead, H. Future labon-a-chip technologies for interrogating individual molecules. Nature 442, 387-393 (2.006); deMello, A. J. Control and detection of chemical reactions in microfluidic systems. Nature 442, 394-402 (2.006); EI-Ali, J., Sorger, P. K. & Jensen, K. F. Cells on chips. Nature 442, 403-411 (2.006); Janasek, D., Franzke, J. & Manz, A. Scaling and the design of miniaturized chemical-analysis systems. Nature 442, 374-380 (2.006); Psaltis. D., Quake, S. R. & Yang, C.

H. Developing optofluidic technology through the fusion of microfluidics and optics. Nature 442, 381-386 (2.006); Whitesides, G. M. The origins and the future of microfluidics. Nature 442, 368-373 (2.006); Yager, P. et al. Microfluidic diagnostic technologies for global public health. Nature 442, 412-418 (2.006)].

Así, el microtubo de la invención (o un dispositivo de microfluídica que lo comprende) se puede usar como un injerto de la longitud, anchura y diámetro interno deseados para reemplazar un vaso sanguíneo dañado, lesionado o enfermo (por ej., en una cirugía de derivación aortocoronaria con injerto (CABG) o para tratar otras enfermedades de aterosclerosis o isquemia).

Como se usa en la presente memoria el término "aproximadamente" se refiere a ± 10%.

Objetos, ventajas y características nuevas adicionales de la presente invención serán evidentes para un experto en la materia con el examen de los siguientes ejemplos, que no están destinados a ser limitantes. Adicionalmente, cada una de las diversas realizaciones y aspectos de la presente invención como se delimitaron anteriormente y según la sección de reivindicaciones a continuación encuentra soporte experimental en los siguientes ejemplos.

Ejemplos

Ahora se hace referencia a los siguientes ejemplos, que junto con las descripciones anteriores, ilustran la invención de un modo no limitante.

En general, la nomenclatura usada en la presente memoria y los procedimientos de laboratorio utilizados en la presente invención incluyen técnicas moleculares, bioquímicas, microbiológicas y de ADN recombinantes. Dichas técnicas se explican a fondo en la bibliografía. Véase, por ejemplo, "Molecular Cloning: A laboratory Manual" Sambrook et al, (1.989); "Current Protocols in Molecular Biology" Volúmenes I-III Ausubel, R. M., ed. (1.994); Ausubel et al., "Current Protocols in Molecular Biology", John Wiley and Sons, Baltimore, Maryland (1.989); Perbal, "A Practical Guide to Molecular Cloning", John Wiley & Sons, Nueva York (1.988); Watson et al., "Recombinant DNA", Scientific American Books, Nueva York; Birren et al. (eds) "Genome Analysis: A Laboratory Manual Series", Vols. 1-4, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Nueva York (1.998); metodologías como se explican en las patentes de EE.UU. Nos. 4.666.828; 4.683.202; 4.801.531; 5.192.659 y 5.272.057; "Cell Biology: A Laboratory Handbook", Volúmenes I-III Cellis, J. E., ed. (1.994); "Current Protocols in Immunology" Volúmenes I-III Coligan J. E., ed. (1.994); Stites et al. (eds), "Basic and Clinical Immunology" (8ª Edición), Appleton & Lange, Norwalk, CT (1.994); Mishell and Shiigi (eds), "Selected Methods in Cellular Immunology", W. H. Freeman and Co., Nueva York (1.980); se describen extensamente inmunoanálisis disponibles en la patente y bibliografía científica, véanse, por ejemplo, las Patentes de EE.UU. Nos. 3.791.932; 3.839.153; 3.850.752; 3.850,578; 3.853.987; 3.867.517; 3.879.262; 3.901.654; 3.935.074; 3.984.533; 3.996.345; 4.034.074; 4.098.876; 4.879.219; 5.011.771 y 5.281.521; "Oligonucleotide Synthesis" Gait, M. J., ed. (1.984); "Nucleic Acid Hybridization" Hames, B. D., y Higgins S. J., eds. (1.985); "Transcription and Translation" Hames, B. D., y Higgins S. J., Eds. (1.984); "Animal Cell Culture" Freshney, R. I., ed. (1.986); "Immobilized Cells and Enzymes" IRL Press, (1.986); "A Practical Guide to Molecular Cloning" Perbal, B., (1.984) y "Methods in Enzymology" Vol. 1-317, Academic Press; "PCR Protocols: A Guide To Methods and Applications", Academic Press, San Diego, CA (1.990); Marshak et al., "Strategies for Protein Purification and Characterization - A Laboratory Course Manual" CSHL Press (1.996); D. H. Reneker, A. Yarin, E. Zussman, S. Koombhongse, y W. Kataphinan, "Nanofiber Manufacturing: Toward Better Process Control", en: Polymeric Nanofibers, ACS Symposium Series, Vol. 918, Ed. Reneker, D. H.; Fong, H., ACS, Washington DC, 2.005; A. L. Yarin, E. Zussman, A. Greiner, J.

H. Wendorff, "Material encapsulation and transport in core-shell micro/nanofibers, polymer and carbon nanotubes and micro/nano channels", J. of Materials Chemistry, 17, 2.585 – 2.599, 2.007; A. Greiner, J. H. Wendorff, A. L. Yarin, E. Zussman, "Biohybrid nanosystems with polymer nanofibers and nanotubes," Applied Microbiology and Biotechnology, 71, 387-393, 2.006; D. H. Reneker, A. L. Yarin, E. Zussman, H. Xu, "Electrospinning of nanofibers from polymer solutions," Advances in Applied Mechanics (Artículo de Revisión), 41, 43-195, 2.007; Z. M. Huang, Y.

Z. Zhang, M. Kotaki, S. Ramakrishna (2.003) Composites Science and Technology 63: 2.223; S. Ramakrishna, K. Fujihara, W. -e. Teo, Lim, T. C., Z, Ma, An Introduction to Electrospinning and Nanofibers, World Scientific Publishing Company, 2.005. Otras referencias generales se proporcionan por todo este documento. Se cree que los procedimientos en las mismas son conocidos en la técnica y se proporcionan por la conveniencia del lector.

Materiales generales y métodos experimentales

Disoluciones poliméricas y caracterización -Los polímeros, poli(e-caprolactona) (PCL) Mn 80 kDa, poIi(óxido de etileno) (PEO) Mp 600 kDa, poli(alcohol vinílico)) (PVA) Mp 100 kDa y polietilenglicol (PEG) Mn 6 kDa fueron adquiridos en Sigma-Aldrich y se usaron sin más tratamiento o purificación. Los disolventes, cloroformo, dimetilformamida (DMF), etanol y la disolución salina tamponada de fosfato (PBS - Dulbecco) también se adquirieron en Sigma-Aldrich. Se usó agua desionizada para la disolución acuosa. Las composiciones de las disoluciones poliméricas del núcleo y revestimiento se proporcionan en la Tabla 2, a continuación.

Tabla 2

Polímeros del núcleo y revestimiento usados para producir microtubos electrohilados.

Polímero: Disolvente Contenido en polímero % (p/p) Conductividad (S/m (mS cm-1)) Viscosidad de cizallamiento (Pa.s ((cP))

Revestimiento 1: PCL Mn =80 KDa Cloroformo/DMF 80/20 (en peso) 10 1x10-4 (1) 1,3 (1.300)

Revestimiento 2: PCL Mn=80 KDa Cloroformo/DMF 90/10 (en peso) 10 / /

Revestimiento 3: PCL:PEG Mn (PCL) = 80 KDa Mn (PEG) = 6 KDa Cloroformo /DMF 80/20 (en peso) 9: 2 / /

Núcleo 1: PEO Mp=600 KDa Etanol/agua 40/60 (en peso) 4 11-13 2,7 (2.700)

Núcleo 2: PVA Mp=100 KDa Etanol/agua 50/50 (en peso) 9 22 2 (2.000)

Núcleo 3: PEO Mp=600 KDa DMF 4 3,2 1,4 (1.400)

Núcleo 4: PEO Mp=600 KDa Etanol/agua 40/60 (en peso) 1 ml disolución de PEO +50 ml PBS 4 200 2,7 (2.700)

10 Se midieron las viscosidades de cizallamiento de las disoluciones a diferentes velocidades de cizallamiento usando un viscosímetro Couette (viscosímetro programable Brookfield DVII). Los valores indicados son los resultados de extrapolación a velocidades de cizallamiento cero. Se midió la conductividad con un medidor de conductividad Oyster/temperatura. El ángulo de humectación de los fluidos se midió con un aparato casero.

Electrohilatura – Se fabricaron fibras con núcleo y revestimiento por un procedimiento de co-electrohilatura usando el

15 montaje descrito por Sun et al. (Z. Sun, E. Zussman, A. L. Yarin, J. H. Wendorff, A. Greiner, Adv. Mater. 2.003, 15, 1.929) y Zussman et al. (E. Zussman, A. L. Yarin, V. Bazilevsky, R. Avrahami, M. Feldman, Adv. Mater. 2.006, 18, 348). Todos los experimentos se realizaron a temperatura ambiente y humedad relativa de 50-60%. Para la mayoría de los barridos los parámetros de hilatura fueron como sigue: campo electrostático de aproximadamente 0,5 kV/cm, distancia entre la hilera y la placa del colector entre 16 y 20 cm. Los caudales de las dos disoluciones del núcleo y

20 revestimiento se controlaron mediante dos bombas de jeringa y se proporcionan en cada subtítulo de la figura.

Formación de imágenes – Se obtuvieron imágenes de las fibras usando microscopio electrónico de barrido de alta resolución (HRSEM) Leo Gemini a voltaje de aceleración de 2-4 kV y muestra a distancia del detector de 2-5 mm. Las muestras se recubrieron con una película de oro delgada para aumentar su conductividad.

Para formar imágenes de la sección transversal de las fibras, se recogieron las fibras en una rueda rotatoria

25 siguiendo la propuesta de Theron et al. (A. Theron, E. Zussman, A. L. Yarin, Nanotechnology 2.001, 12, 384) y se cortó el malla orientada mediante una hoja especial usando nitrógeno líquido. Se formaron imágenes de las fibras usando un microscopio óptico Olympus BX51 (LM) y una cámara digital Olympus DP12 con una resolución de 3,34 millones de píxeles.

Ejemplo 1 Formación de microtubos usando co-electrohilatura de una etapa

Resultados Experimentales

Generación de un microtubo usando el montaje de núcleo - revestimiento para electrohilatura (núcleo 1: PEO, revestimiento 1: PCL, véase la Tabla 2, anterior) - Usando el montaje de núcleo - revestimiento, se consiguió una gota de compuesto estable, cono de Taylor y posterior chorro como se presenta en la Figura 1. Se puede ver un límite definido entre la disolución del núcleo y la disolución del revestimiento en la gota. En el caso presente la disolución acuosa de PEO del núcleo y la disolución orgánica de PCL en el revestimiento son inmiscibles y se consigue una nanofibra con núcleo -revestimiento con un límite claro entre el núcleo y el revestimiento. Se debería mencionar que en este caso ambas disoluciones son hilables, esto es, se pueden electrohilar como componentes individuales. Esto es probablemente parcialmente responsable del proceso notablemente estable logrado. Por supuesto, como se puede ver por las micrografías LM vistas en la Figura 2a, se ha conseguido una nanofibra con núcleo - revestimiento con separación clara entre el núcleo y el revestimiento y uniformidad de espesor de ambos. Sin embargo, las micrografías SEM de la sección transversal de estas fibras electrohiladas revelan que las fibras resultantes son huecas con un revestimiento relativamente delgado y uniforme y núcleo hueco grande como se muestra en la Figura 2b-d. Así, el polímero de núcleo está recubriendo la superficie interna del revestimiento (conformado por el polímero de revestimiento). El diámetro externo de los tubos es varios micrómetros mientras que el espesor de las paredes es 0,5-1 µm. Una sección longitudinal vista en la Figura 2d demuestra indudablemente que el hecho de ser hueca ocurre a lo largo de la fibra completa. Se confirma entonces que la co-electrohilatura en una etapa da como resultado microtubos poliméricos. Es interesante observar que la mayoría de las fibras reservan su forma cilíndrica sin ningún hundimiento catastrófico que indique que las paredes, aunque sean relativamente delgadas, son suficientemente robustas.

Un microtubo conformado usando PVA y PCL como disoluciones de núcleo y revestimiento, respectivamente – Se obtuvieron resultados similares con otro sistema en que la disolución del núcleo de PEO se reemplazó por una disolución de PVA a la concentración dada en la Tabla 2 (núcleo 2). Las observaciones dadas anteriormente son válidas para este sistema también, como se puede ver en la Figura 3a-b.

Un microtubo conformado usando PEO disuelto en DMF como un núcleo y PCL como un revestimiento -En la Figura 3c se presenta una micrografía de las secciones transversales de fibras hechas de revestimiento de PCL y PEO disuelto en DMF (núcleo 3, véase la Tabla 2, anterior). Se puede ver que los microtubos se conforman también, sin embargo, el espesor de la pared así como el diámetro de los tubos son mucho menos uniformes. También, los tubos adyacentes tienden a unirse como se puede ver al lado derecho de la micrografía. El núcleo 2 y el núcleo 3 difieren en su miscibilidad con la disolución de revestimiento. Mientras que el núcleo 2 es immiscible, el núcleo 3 es miscible y la diferencia entre los tubos resultantes se ve claramente.

Estos casos son comunes en el hecho de que el revestimiento (revestimiento 1; Tabla 2, anterior) solidifica primero debido al disolvente relativamente volátil de que consta la disolución de revestimiento y que los pares de disoluciones son inmiscibles (revestimiento 1, núcleo 1, 2; Tabla 2, anterior). La solidificación de la disolución de núcleo tiene lugar después una vez que el revestimiento ya es sólido y el diámetro total de las fibras no cambia. El proceso de evaporación del disolvente del núcleo en el tubo solidificado se discute a continuación.

Sin estar limitados por ninguna teoría, para conseguir tubos huecos, la solidificación del polímero de revestimiento será mucho más rápida que la evaporación del disolvente del núcleo (el disolvente del polímero de la envoltura).

Sin estar limitados por ninguna teoría, parece que la evaporación rápida del disolvente del revestimiento y el contacto con un no disolvente, son responsables de la formación y estabilización de los microtubos. Sin estar limitados por ninguna teoría, el procedimiento específico descrito en la presente memoria se puede considerar como una electrohilatura seca/húmeda. La superficie exterior del revestimiento experimenta un proceso de hilatura seca cuando se expone al aire circundante y así la difusión del disolvente y la evaporación dominan la solidificación y la morfología de la superficie exterior. Puesto que el disolvente de la disolución de revestimiento es más bien volátil, la evaporación es rápida. Por otra parte, la capa interna del revestimiento experimenta un proceso de hilatura húmeda cuando se pone en contacto con la disolución de núcleo relativamente no volátil que contiene disolvente agua/etanol que es un no disolvente para el polímero del revestimiento. La disolución del núcleo se puede considerar entonces como un baño de coagulación para el revestimiento. Cuando la disolución acuosa empieza a penetrar en el revestimiento tiene lugar una precipitación inmediata de las capas internas del revestimiento. Cuando la afinidad entre el no disolvente de la disolución del núcleo y el disolvente de la disolución del revestimiento es buena, la precipitación del polímero debido a la entrada del no disolvente en el revestimiento es muy rápida (C. C. Pereira, R Nobrega, C. P. Borges, Beaz. J. Chem. Eng. 2.000, 17). Por supuesto, la afinidad entre la disolución acuosa y DMF es fuerte mientras que el cloroformo tiende a separarse del DMF y se evapora primero. La formación de un "filamento de gel" sólido en la interfase entre el núcleo y el revestimiento tienen lugar probablemente ya en el cono de Taylor (el tiempo de contacto de un líquido en el cono de Taylor es aproximadamente 1 s) (A. L. Yarin, S. Koombhongse, D. H. Reneker, Journal of Applied Physics 2.001, 90, 4.836). De hecho, en tal caso que se pueda generalizar a todo proceso de co-electrohilado de disoluciones inmiscibles, el flujo coaxial consta de una película sólida que envuelve la disolución del núcleo. Esto es a diferencia de dos disoluciones miscibles donde el cono y el chorro se hacen de simplemente dos líquidos que fluyen. El procedimiento total estimula una solidificación rápida del revestimiento por las dos contribuciones ya mencionadas, mientras que la disolución del núcleo permanece húmeda durante un largo tiempo después de que ha solidificado el revestimiento.

En el caso presentado en la Figura 3c la forma de los tubos es relativamente deficiente con un revestimiento distinguido menos uniforme. Sin estar limitados por ninguna teoría, esto se puede asignar al hecho de que el disolvente del núcleo es DMF (núcleo 3) que es un buen disolvente para el polímero del revestimiento y así no contribuye a la precipitación rápida de las capas internas del revestimiento. Por el contrario, el DMF facilita que el polímero permanezca en disolución. Por otra parte, es importante enfatizar que la electrohilatura de la misma disolución de revestimiento sola (sin núcleo), es decir un procedimiento de electrohilatura ordinario, no dio como resultado fibras huecas como se puede ver en la Figura 4, aunque el proceso de evaporación aún era rápido. Así, sin estar limitados por ninguna teoría, para lograr tubos huecos se requiere tanto la evaporación rápida del disolvente del revestimiento como la existencia de un núcleo que solidifique lentamente.

Ejemplo 2

El polímero del núcleo proporciona humectación de la superficie interna del polímero de revestimiento.

Resultados Experimentales

El polímero del núcleo (por ej., PEO) reduce la tensión superficial y proporciona la humectación del polímero de revestimiento solidificado (por ej., PCL) -La disolución del núcleo polimérica que está confinada en el revestimiento sólido puede solidificar por deposición de película sobre la superficie interna de los tubos o contracción para formar una fibra separada, interna, sólida. Sin estar limitados por ninguna teoría, parece que la humectación de la superficie interna del revestimiento por la disolución del núcleo es responsable de la manera en que el núcleo solidifica. En el caso presente, el PEO que es un polímero tensioactivo (R. Nagarajan, Colloids and Surfaces 1.985, 13, 1; D. Suss,

Y. Cohen, Y. Talmon, Polymer 1.995, 36, 1.809), proporciona una buena humectación de la superficie interna del revestimiento de PCL y así se deposita una película adherente delgada durante la evaporación del núcleo como se muestra a continuación, un procedimiento que termina con tubos huecos. Esta propiedad puede ser representada por el ángulo de contacto. El ángulo de contacto (ángulo de humectación) entre gota de disolución de PEO (núcleo 1, Tabla 2, anterior) y una película de PCL fundida como se midió de manera visual es ~42°, mientras que el ángulo de contacto entre el agua y la película de PCL es mucho mayor (~ 90°), véanse las Figuras 5a-b. Por lo tanto, el PEO reduce la tensión superficial y proporciona la humectación del PCL solidificado. La película de PEO depositada, interna, también proporciona una resistencia mecánica suplementaria más allá de la resistencia inherente del revestimiento de PCL.

Ejemplo 3

Los caudales relativos de las disoluciones del núcleo y revestimiento pueden determinar el diámetro de la fibra y la formación de fibra hueca.

Resultados Experimentales

La proporción entre los caudales de las disoluciones del núcleo y revestimiento desempeña un papel importante en la determinación tanto del diámetro externo de la fibra como si la fibra resultante es hueca o sólida -Intuitivamente es comprensible que a medida que la fibra se hace más delgada mientras el caudal del núcleo proporcional permanece invariable, la fibra será sólida puesto que el núcleo rellenará el espacio total dentro de las paredes de los tubos. Las Figuras 6a-c representan secciones transversales de fibras hechas de las mismas disoluciones con sólo diferencia en sus conductividades eléctricas. Se sabe que la conductividad eléctrica de la disolución hilada tiene una influencia importante en el diámetro de la fibra resultante. A medida que aumenta la conductividad de la disolución, la fibra se hace más delgada (S. A. Theron, E. Zussman, A. L. Yarin, Polymer 2.004, 45, 2.017). Por lo tanto, la conductividad de la disolución del núcleo fue modificada por adición de PBS (núcleo 4, Tabla 2, anterior) pero la proporción de los caudales no se ajustó de acuerdo con esto. Como se visualiza, las fibras más delgadas (Figuras 6 a y b), 2,1 µm en diámetro de media, son en su mayoría sólidas mientras que las fibras más espesas (Figura 6c), 6 µm en diámetro de media, hechas de disolución del núcleo con la conductividad baja regular son huecas.

Ejemplo 4

Morfología del revestimiento.

Resultados Experimentales

Control de la forma de la morfología del revestimiento -La morfología del revestimiento se puede adaptar según los requerimientos de las aplicaciones. Por ejemplo, el revestimiento puede ser muy poroso creándose así un tubo "de respiración" o por otra parte puede estar completamente cerrado formando así un sistema de flujo axial. Para producir tubos "de respiración" los presentes autores han usado dos propuestas: En la primera propuesta se usó un porcentaje mayor del componente volátil (cloroformo) para la disolución de revestimiento (revestimiento 2 en la Tabla 2 anterior), solidificado así incluso más rápido conformando un revestimiento muy poroso como se muestra en la Figura 7a. La segunda propuesta explota el comportamiento de la fase en mezcla polimérica. Aquí se usó una mezcla de PEG y PCL como el revestimiento (revestimiento 3 en la Tabla 2 anterior). La separación de fases durante la solidificación terminó con tubos muy porosos como se presenta en la Figura 7b.

Ejemplo 5

El procedimiento de evaporación de polímero del núcleo.

5 Resultados Experimentales

El procedimiento de evaporación del polímero del núcleo - La evaporación de la disolución del núcleo de PEO tiene lugar una vez que se asume que el revestimiento está completamente seco. La evaporación empieza con la nucleación de burbujas que crecen pronto al tamaño del diámetro interno de los microtubos. Con posterioridad, las burbujas continúan creciendo longitudinalmente al tiempo que están confinadas radialmente por la pared del tubo

10 dejando una película delgada de disolución polimérica. La nucleación de las burbujas tiene lugar en muchos sitios distantes a lo largo de las fibras, consecuentemente muchos trozos empiezan a hundirse independientemente en ambos lados. Las burbujas se pueden nuclear en los sitios de los defectos o irregularidades en el revestimiento, tales como poros, agujeros, reducción local del revestimiento y más.

Una ilustración esquemática de la evaporación del disolvente se muestra en la Figura 8. La evaporación puede tener

15 lugar tanto en el revestimiento (región I) como en los meniscos (región II). En la región I el disolvente se difunde por el revestimiento total y se evapora. La región II describe la evaporación por el menisco y la difusión del vapor a la salida de los tubos. Sin embargo, siempre que los trozos son mucho más largos que el diámetro de los tubos (como se determina a continuación), se abandona la evaporación por la región II. Como el vapor se difundirá una gran distancia para alcanzar la salida, el gradiente de concentración por la fase de vapor en el interior del tubo es más

20 bien pequeño retardando el transporte de masa. Por otra parte, debido a la muy grande superficie de los microtubos y la concentración insignificante del disolvente en el aire que rodea a los tubos, tiene lugar un gran transporte de masa de disolvente que se difunde por el revestimiento a pesar del pequeño coeficiente de difusión

DI z10-13 m2/s

(Y. Peng, P. Y. Wu, Y. L. Yang, Journal of Chemical Physics 2.003, 119, 8.075). Esta pérdida transversal de masa

25 causa que el menisco se hunda a alta velocidad. Una velocidad media medida típica del menisco es aproximadamente U z 50 µm/s. De acuerdo con esto, el índice capilar que corresponde a este sistema es:

Ca = µU/( ~ 10-3,

donde µ y ( son la viscosidad de la disolución del núcleo 1 y la tensión superficial del agua (www.knovel.com) respectivamente.

30 Para la región I, conociendo la difusividad del disolvente a través del revestimiento, la cantidad de disolvente evaporado se puede calcular y se puede estimar la evolución del hundimiento del menisco por la siguiente ecuación de equilibrio de masa:

donde el término medio describe la difusión por el revestimiento y el lado derecho describe el movimiento del 35 menisco, donde X es la mitad de la longitud del trozo. Asumiendo el equilibrio, la evolución del menisco X con el tiempo t es:

-: t/t1

Ecuación (2): X=X0e

donde

40 Xo es la mitad de la longitud inicial del trozo, a y b son el diámetro interno y externo del tubo y c1 y c2 son la concentración del disolvente en los lados interno y el externo de los microtubos, respectivamente.

Para la región II, asumiendo que el perfil de concentración del vapor se determina por un procedimiento de difusión lineal unidimensional, la evolución del menisco como una función del tiempo se proporciona como:

donde

cs es la densidad de vapor saturado del disolvente, H es la humedad relativa, DII es el coeficiente de difusión del vapor disolvente en la fase gaseosa y L es la distancia desde el centro del trozo a la salida.

Parece que para un trozo corto (X0 en el orden de decenas de micrómetros) los tiempos característicos de la evaporación desde la región I y II son del mismo orden, por ejemplo cuando X0 = 50 µm

y

(c1 = 1.000 kg/m3, cs = 0,023 kg/m3 y DII ~10-5m2/s) (www.epa.gov/athens/learn2model/part-two /onsite/estdiffusion.htm). Sin embargo, para un trozo más grande, tII se excede en varios minutos mientras que tI está aún en el orden de decenas de segundos. Por ejemplo para X0 = 500 µm, tII – 20 minutos. Las secuencias de fotogramas de vídeo que muestran el hundimiento de diversos trozos durante el procedimiento de evaporación en unos experimentos se presentan en las Figuras 9a-d y 9e-h. Los resultados experimentales que muestran el desplazamiento del menisco como una función del tiempo junto con los valores calculados se presentan en la Figura 9i. Para los dos ensayos i y ii se encuentra buen acuerdo con la ecuación (2), es decir tiene lugar evaporación masiva por el revestimiento. Sin embargo, para el ensayo iii donde el trozo es corto, el flujo de masa evaporada del menisco no se puede ignorar, así la evolución del menisco X con el tiempo se calcula como una combinación lineal de las ecuaciones (2) y (3), dando como resultado un buen acuerdo con los resultados experimentales.

Como se discutió anteriormente, el menisco se desplaza debido a la pérdida de masa por el revestimiento dejando atrás una película delgada pero macroscópica de disolución de PEO con espesor en el orden de a . Ca2/3 ~ 100 nm (J. Bico, D. Quere, J. Fluid. Mech. 2.002, 467, 101). Por el final de la evaporación se deposita una capa de polímero formando un patrón ondulado como se muestra en las Figuras 10a-b. La difusión de la mezcla agua/etanol por el revestimiento es lenta debido a la relativa hidrofobicidad del PCL. Sin embargo la difusión aún está disponible debido a la posible absorción de agua en los sitios del carbonilo de los grupos éster en PCL por enlace de hidrógeno como demostró ya Peng et al. (Y. Peng, P. Y. Wu, Y. L. Yang, Journal of Chemical Physics 2.003, 119, 8.075) que detectaron la difusión de agua en película de PCL. En el caso presente, además de la porosidad del revestimiento, la presencia del PEO favorece la absorción del agua y la difusión, puesto que el PEO humedece fácilmente la superficie y hace accesible la superficie para moléculas de agua/etanol. Además, el PEO se puede disolver en DMF hasta un cierto nivel y así puede penetrar en la película de PCL al menos unos nanómetros antes de la solidificación final. Esto también mejora la penetración de las moléculas de agua y etanol y afecta a la morfología de la superficie interna.

Ejemplo 6

Llenado de microtubos con líquido.

Resultados Experimentales

Llenado de microtubos electrohilados con líquido – Una prueba adicional para la formación de fibras huecas que tiene también una consecuencia práctica importante es el llenado de estos microtubos. Se pusieron gotas de aceite de silicio en la malla no tejida de los microtubos. La gota de silicio humedece fácilmente la superficie se absorbió inmediatamente por fuerzas capilares por el revestimiento poroso y se observó un movimiento progresivo de un menisco por LM, como se puede ver en las Figuras 11a-d. Los resultados experimentales del procedimiento de llenado muestran que el menisco avanza como casi una función lineal de tiempo y el procedimiento completo sólo lleva unos segundos (Figura 11e).

Se debería hacer énfasis en que a diferencia del experimento de llenado capilar regular donde se pone la gota a la entrada del tubo, aquí la gota se puso en la parte superior de la malla del microtubo y la penetración fue por los poros del revestimiento. Como consecuencia, la caída de presión por el tubo fue desigual. Por lo tanto, la velocidad de llenado medida varió entre los tubos y las velocidades de llenado no siguen la teoría de Washburn (E. W. Washburn, Physical Review 1.921, 17, 273) para la que se habría esperado progreso del menisco como una función de la raíz cuadrada del tiempo.

Ejemplo 7 Evaluación de microtubos electrohilados.

Resultados Experimentales

La Tabla 3, a continuación, presenta los resultados de co-electrohilatura de diferentes combinaciones de disoluciones poliméricas del núcleo / revestimiento. Los resultados se refieren a la capacidad para formar tubos y 5 distinguir entre tres casos: (a) tubo perfecto, (b) tubo bueno y tubo hundido. Se considera la situación de tubo perfecto cuando se observaron variaciones muy pequeñas en los parámetros geométricos del tubo (por ej., el diámetro interno varía a lo sumo +/- 0,1 µm). Se relaciona situación de tubo bueno con tubos que eran estables sin embargo, se observó variación en la geometría (por ej., el diámetro interno varía a lo sumo +/- 2 µm). Situación hundida se refiere a una completa morfología destruida del tubo. Fibra sólida se refiere a la situación en que la co

10 electrohilatura da como resultado una fibra con núcleo /revestimiento sólida a diferencia de un tubo.

Tabla 3

Microfibras electrohiladas

Sis Nº: Sistema Caudales (ml/h) Humedad relativa (%) Resultados

1: Revestimiento 1 PCL al 10% en CHCl3 / DMF 80:20 4 62 Tubos buenos

Núcleo 1: PEO al 4% en H2O / EtOH 60:40 0,5

2: Revestimiento 1 PCL al 10% en CHCI3 / DMF 80:20 3,5 59 Tubos perfectos

núcleo: PEO al 6% en H2O / EtOH 60:40 0,5

3: Revestimiento 1 PCL al 10% en CHCl3 / DMF 80:20 4 30 Fibras hundidas

núcleo: PEO al 8% en H2O/EtOH 60:40 0,5-1

4: Revestimiento 1 PCL al 10% en CHCl3 / DMF 80:20 4 62 Tubos buenos

núcleo: PEO al 4% en H2O / EtOH 60:40 0,5

5: Revestimiento 1 PCL al 10% en CHCI3 / DMF 80:20 4 40 Fibras hundidas

núcleo: PEO al 4% en H2O 0,5-1

6: revestimiento PCL al 10% +PEG al 1% 6 K en CHCl3/DMF 90:10 4 56 Fibras hundidas. PEG 6 k Mp fue mezclado con el polímero del revestimiento para mejorar su porosidad

núcleo: PEO al 4% en H2O/EtOH 60:40 0,5

9: revestimiento PCL al 8% en CHCl3 4 44 Fibras redondas sólidas.

núcleo: PEO al 4% en H2O / EtOH 60:40 0,3

10: revestimiento PCL al 8% en CHCI3 4 45 Fibras redondas sólidas

núcleo: PEO al 7% en H2O 0,3

Sis Nº: Sistema Caudales (ml/h) Humedad relativa (%) Resultados

11: revestimiento PCL al 9% en CHCl3 / DMSO 90:10 3,5 51 Tubos buenos. Superficie del revestimiento muy porosa (tamaño de poro 0,3-1 µm).

núcleo: PEO al 7% en H2O 0,5

Tabla 3: Polímero del Revestimiento: PCL 80 kDa, Polímero del núcleo PEO 600 kDa. El intervalo de Temperatura Normal fue 22-25°C.

Ejemplo 8

Desarrollo de redes microfluídicas vasculares artificiales.

5 En la presente memoria, los presentes autores indican el desarrollo de redes microfluídicas de un polímero biocompatible. Se produjeron microfluidos por co-electrohilatura de disoluciones poliméricas. La red recuerda un lecho capilar. La red usada en este estudio tiene una superficie total de aproximadamente 40 mm2. Los diámetros internos de los recipientes oscilan de 7 µm a 20 µm con espesor de pared de aproximadamente 0,5 µm. Una visión general de una red microfluídica se presenta en la Figura 12a. La entrada y la salida de la red están conectadas con

10 un tubo médico de Teflón (SCI Scientific Commodities Inc., D. I. 0,09 cm (0,036") y D. E. 0,17 cm (0,066")). La red se insertó ligeramente en el tubo de Teflón y se cerró con un adhesivo (Pattex N27, Henkel adhesives, España). Las imágenes de las secciones transversales de una red microfluídica electrohilada se presentan en la Figura 12b. Los microtubos se orientan y se unen entre sí. El tubo se hizo por electrohilatura de las disoluciones del revestimiento 1 y núcleo 1 (véase la Tabla 2, anterior).

15 Se realizó ensayo de flujo con estas construcciones microfluídicas como sigue: se diluyó una gota de sangre con disolución de heparina (concentración de heparina (100 unidades/ml), sangre 1:1). Una microgota (0,2 ml) se puso en la entrada de la construcción. Se observó un flujo capilar bajo un microscopio óptico (véase la Figura 13). Los glóbulos rojos se desplazaron a una velocidad típica de 20 µm/segundo.

En total, estos resultados demuestran claramente el uso del microtubo de la invención para flujo sanguíneo.

20 Conclusiones

Se ha presentado la fabricación de microtubos poliméricos biocompatibles y biodegradables en un procedimiento de una etapa por co-electrohilatura. Estos microtubos sirven como sistemas microfluídicos que pueden ofrecer muchas aplicaciones biomédicas. Se requieren unas condiciones para conseguir tubos por esta propuesta:

(1) Solidificación rápida de la disolución del revestimiento;

25 (2) Buena humectación del revestimiento mediante la disolución del núcleo. Esto se puede conseguir usando una disolución del núcleo que consiste en un no disolvente para el polímero del revestimiento. Así se puede conformar de manera instantánea una película en la interfase debido a la precipitación del polímero del revestimiento. Esta película ayuda a la estabilización del procedimiento de co-electrohilatura y la formación de los tubos con paredes uniformes y fuertes.

30 (3) Se recomienda usar una disolución del núcleo polimérico viscoelástico para lograr un procedimiento de coelectrohilatura estabilizado y deposición de película polimérica significativa en la superficie interna del revestimiento. Esto proporciona resistencia mecánica adicional a las paredes de los tubos;

(4) La relación de caudales de revestimiento a núcleo se debería elegir según el diámetro de las fibras resultantes para conseguir una estructura hueca.

35 El procedimiento de evaporación del disolvente del núcleo tuvo lugar tanto por la difusión del disolvente por el gran área del revestimiento como evaporación por el menisco. La gran pérdida de masa indujo el rápido hundimiento de los trozos acompañado por deposición de película de PEO (por ej., polímero del núcleo). Sin estar limitados por ninguna teoría, se sugiere que aunque el revestimiento de PCL es relativamente hidrófobo la difusión del agua y etanol se estimuló por el carácter poroso del revestimiento y la presencia del PEO que permitió la penetración de las

40 moléculas de agua/etanol. El llenado de estos microtubos también se demostró mostrando que el aceite de silicio y la sangre eran absorbidos rápidamente en los tubos por fuerzas capilares. El método de la invención depende de la estabilidad de la etapa de co-electrohilatura que se ve afectada por muchos factores tales como miscibilidad o no miscibilidad del par de disoluciones, razón de viscosidad, razón del tiempo de relajación viscoelástica, razones de permitividades y conductividades relativas, tensión superficial, la resistencia al campo eléctrico así como el grado de

45 protusión de la boquilla del núcleo fuera de la boquilla del revestimiento (Reznik SN, et al., 2.006).

Se aprecia que ciertas características de la invención, que se describen, por claridad, en el contexto de realizaciones separadas, también se pueden proporcionar junto con una sola realización. A la inversa, diversas características de la invención, que se describen, por brevedad, en el contexto de una sola realización, también se pueden proporcionar por separado o en cualquier subcombinación adecuada.

Aunque se ha descrito la invención junto con realizaciones específicas de la misma, es evidente que serán obvias muchas alternativas, modificaciones y variaciones para los expertos en la materia.

Referencias

(Se citan Referencias Adicionales en el Texto)

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5.: R. A. Caruso, J. H. Schattka, A. Greiner, Adv. Mater. 2.001, 13, 1.577.

10 6. Z. Sun, E. Zussman, A. L. Yarin, J. H. Wendorff, A. Greiner, Adv. Mater. 2.003, 15, 1.929.

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14.: S. N. Reznik, A. L. Yarin, E. Zussman, L. Bercovici, Physics of Fluids 2.006, 18, 1. 20 15. D. Li, J. T. McCann, Y. Xia, J. Am. Ceram. Soc. 2.006, 89, 1.861.

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Claims

REIVINDICACIONES

1.

Un método para producir un microtubo, comprendiendo el método co-electrohilar dos disoluciones poliméricas por capilares co-axiales para producir de ese modo el microtubo, en el que una primera disolución polimérica de dichas dos disoluciones poliméricas es para conformar un revestimiento del microtubo y una segunda disolución polimérica de dichas dos disoluciones poliméricas es para conformar una envoltura por una superficie interna de dicho revestimiento, dicha primera disolución polimérica se selecciona que solidifique más rápido que dicha segunda disolución polimérica y un disolvente de dicha segunda disolución polimérica se selecciona incapaz de disolver dicha primera disolución polimérica.
2.

El método según la reivindicación 1, en el que dicha electrohilatura se efectúa usando un colector rotativo.
3.

Un microtubo que comprende un revestimiento electrohilado y una envoltura electrohilada por una superficie interna de dicho revestimiento.
4.

El microtubo según la reivindicación 3, en el que dicho revestimiento electrohilado y dicha envoltura electrohilada constan cada uno de un polímero.
5.

El microtubo según la reivindicación 3 ó 4, en el que dicho revestimiento electrohilado se conforma de una primera disolución polimérica y dicha envoltura electrohilada se conforma de una segunda disolución polimérica.
6.

El microtubo según la reivindicación 5, en el que dicha primera disolución polimérica solidifica más rápido que dicha segunda disolución polimérica.
7.

El microtubo según la reivindicación 5, en el que un disolvente de dicha segunda disolución polimérica es incapaz de disolver dicha primera disolución polimérica.
8.

El microtubo según la reivindicación 3 ó 4, en el que dicho revestimiento electrohilado comprende un polímero seleccionado del grupo que consiste en: poli(e-caprolactona) (PCL), poliamida, poli(siloxano), poli(silicona), poli(etileno), poli(vinilpirrolidona), poli(metacrilato de 2-hidroxietilo), poli(N-vinilpirrolidona), poli(metacrilato de metilo), poli(alcohol vinílico), poli(ácido acrílico), poli(acetato de vinilo), poliacrilamida, poli(etileno-co-acetato de vinilo), poli(etilenglicol), poli(ácido metacrílico), polilactida, poliglicolida, poli(lactida-coglicolida), polianhídrido, poliortoéster, poli(carbonato), poli(acrilonitrilo), poli(óxido de etileno), polianilina, polivinilcarbazol, poliestireno, poli(vinilfenol), polihidroxiácido, poli(caprolactona), polianhídrido, polihidroxialcanoato, poliuretano, colágeno, albúmina, alginato, quitosán, almidón, ácido hialurónico y mientras dicha envoltura electrohilada comprende un polímero seleccionado del grupo que consiste en: poli(ácido acrílico), poli(acetato de vinilo), poliacrilamida, poli(etileno-co-acetato de vinilo), poli(etilenglicol), poIi(ácido metacrílico), polilactida poliglicolida, poli(lactida-coglicolida), polianhídrido, poliortoéster, poli(carbonato), poli(óxido de etileno), polianilina, polivinilcarbazol, poliestireno, poli(vinilfenol), polihidroxiácido, alginato, almidón, ácido hialurónico.
9.

El método según la reivindicación 1 o el microtubo según la reivindicación 5, 6 ó 7, en el que un disolvente de dicha primera disolución polimérica se evapora más rápido que un disolvente de dicha segunda disolución polimérica.
10.

El método según la reivindicación 1 o el microtubo según la reivindicación 5, 6 ó 7, en el que un disolvente de dicha segunda disolución polimérica es capaz de evaporarse por dicha superficie interna de dicho revestimiento.
11.

El método según la reivindicación 1 o el microtubo según la reivindicación 5, 6 ó 7, en el que dicha segunda disolución polimérica es capaz de humedecer dicha superficie interna de dicho revestimiento.
12.

El método según la reivindicación 1 o el microtubo según la reivindicación 3 ó 4, en el que un espesor de dicho revestimiento es de aproximadamente 100 nm a aproximadamente 20 micrómetros.
13.

El método según la reivindicación 1 o el microtubo según la reivindicación 3 ó 4, en el que un diámetro interno del microtubo es de aproximadamente 50 nm a aproximadamente 20 micrómetros.
14.

El método según la reivindicación 1 o el microtubo según la reivindicación 5, 6 ó 7, en el que dicha primera y dicha segunda disolución polimérica se seleccionan del grupo que consiste en: poli(e-caprolactona) (PCL) al 10% en cloroformo (CHCl3) y dimetilformamida (DMF) (80:20 en peso) como dicha primera disolución polimérica y poli(óxido de etileno) (PEO) al 4% en agua (H2O) y etanol (60:40 en peso) como dicha segunda disolución polimérica, PCL al 10% en CHCl3 y DMF (80:20 en peso) como dicha primera disolución polimérica y PEO al 6% en H2O y etanol (60:40 en peso) como dicha segunda disolución polimérica, PCL al 9% en CHCl3 y DMF (90:10 en peso) como dicha primera disolución polimérica y PEO al 7% en H2O como dicha segunda disolución polimérica y PCL al 10% en CHCI3 y DMF (800:20 en peso) como dicha primera disolución polimérica y poli(alcohol vinílico) (PVA) al 9% en agua y etanol (50:50 en peso) como dicha segunda disolución polimérica.
15.

El método según la reivindicación 1 o el microtubo según la reivindicación 3 ó 4, en el que dicho revestimiento comprende poros.
16.

El método según la reivindicación 1 o el microtubo según la reivindicación 5, 6 ó 7, en el que dicha primera y dicha segunda disolución polimérica son biocompatibles.
17.

Un dispositivo microfluídico que comprende una pluralidad de los microtubos según una cualquiera de las reivindicaciones 3-16.