Derreter a eletrofiação escrita de andaimes Poly(ε-caprolactone) tridimensional com morfologias controláveis para aplicações de engenharia de tecidos
Summary
Este protocolo serve como uma orientação abrangente para fabricar andaimes através de eletrofiação com polímero derrete em um modo de escrita direta. Nós sistematicamente descrevem o processo e definir as configurações de parâmetro apropriado para alcançar o andaime alvo arquiteturas.
Abstract
Este tutorial reflecte sobre os princípios fundamentais e diretrizes para a eletrofiação escrevendo com polímero derrete, uma tecnologia de fabricação aditiva com grande potencial para aplicações biomédicas. A técnica facilita a deposição direta de fibras de polímero biocompatível para fabricar andaimes bem-ordenado no sub mícron a escala micro escala. O estabelecimento de um estável, viscoelástico, polímero jet entre uma fieira e um coletor é conseguido usando uma voltagem aplicada e pode ser direta-escrito. Um benefício significativo de um andaime poroso típico é uma relação elevada da superfície e o volume que proporciona maior aderência eficaz sites para o crescimento e a fixação da célula. Controlar o processo de impressão por ajustando os parâmetros do sistema permite alta reprodutibilidade na qualidade dos andaimes impressos. Ele também fornece uma plataforma de fabricação flexível para usuários adaptar as estruturas morfológicas dos andaimes para suas exigências específicas. Para o efeito, apresentamos um protocolo para obter diâmetros diferentes de fibra usando derreter eletrofiação escrito (MEW) com uma alteração guiada dos parâmetros, incluindo a velocidade do fluxo de taxa, a tensão e a coleção. Além disso, demonstramos como otimizar o jato, discutir os desafios técnicos experientes, muitas vezes, explicar as técnicas de solução de problemas e mostrar uma grande variedade de arquiteturas de andaime para impressão.
Introduction
A fabricação de estruturas tridimensionais (3D) de biocompatível para células é uma das principais contribuições do aditivo biomanufacturing ao tecido engenharia (TE), com o objetivo de restaurar os tecidos através da aplicação de biomateriais personalizados, células, fatores bioquímicos, ou uma combinação deles. Portanto, os requisitos principais de andaimes para aplicações TE incluem: capacidade de fabricação de materiais biocompatíveis, controláveis Propriedades morfológicas para invasão da célula alvo e propriedades de superfície otimizadas para reforçada interação célula 1.
MEW é uma técnica de fabricação de solventes que combina os princípios de fabricação aditiva (muitas vezes chamado impressão 3D) e eletrofiação para a produção de malhas poliméricas com morfologias de fibra ultrafinos altamente ordenada2. É uma abordagem de escrita direta e depósitos com precisão fibras de acordo com códigos pré-programados3, conhecido como G-códigos. Electrospun de derretimento construções são atualmente preparada usando um plana4,5 ou6,7 colecionador mandril para fabricar andaimes planas e tubulares porosos, respectivamente.
Esta técnica oferece benefícios significativos para a comunidade de medicina regenerativa (RM) devido a possibilidade e TE para imprimir diretamente a classe médica de polímeros, tais como poly(ε-caprolactone) (PCL), que apresenta excelente biocompatibilidade8. Outras vantagens são a possibilidade de personalizar o tamanho e a distribuição de porosidade, depositando-se as fibras de forma altamente organizado para fabricar andaimes da alta proporção de superfície e o volume. Antes MEW pode ser executada, o polímero primeiro requer a aplicação de calor9. Uma vez em um estado fluido, uma pressão de ar aplicada força-o a fluir através de uma fieira metálica que é conectada a uma fonte de alta tensão. O equilíbrio de força entre a tensão de superfície e a atração da gota electroestática para o coletor de aterrada leva à formação de um cone de Taylor, seguido pela ejeção de um jato de10.
Imagens e um desenho esquemático do dispositivo in-house compilação MEW usado para este protocolo são mostrados na Figura 1. Além disso, ele demonstra os princípios do uso de fita isolante para evitar uma descarga elétrica entre os elementos de aquecimento e a parte de bronze eletricamente carregado em torno da fieira. Isolamento insuficiente provocaria danos internos do hardware implementado.
Dependendo do ajuste dos parâmetros três sistema (temperatura, pressão de ar e a velocidade de coleta), MEW permite a fabricação de fibras com diâmetros diferentes, explicados na seção de discussão. Na maioria dos casos, no entanto, ajustes e otimização do jato será necessários antes um jato estável será ejetado. A visualização do jato eletrificada itinerante é uma forma eficaz de verificar a consistência e homogeneidade do processo. Em um caso ideal, a rota de voo se assemelha a uma curva catenária adquirida como resultado de um equilíbrio de força controlado pelo sistema parâmetros11. Além disso, a micro-macroestrutura e dos andaimes é dependente à trajetória do polímero jato12. Uma tabela detalhada de medidas para otimização e comportamentos diferentes de deflexão é dada na seção de discussão.
No presente estudo, apresentamos um protocolo que descreve as etapas de fabricação para a fabricação de andaimes fibrosos altamente controlados, usando tecnologia MEW. Dessa série de trabalho, médicos PCL (peso molecular 95-140 kg/mol) foi usado, como essa classe médica PCL melhorou pureza grau técnico, e suas propriedades mecânicas e processamento são excelentes para MEW. Derretimento amplo gama de PCL de processamento se origina de seu baixo ponto de fusão (60 ° C) e alta estabilidade térmica. Além disso, o PCL é um polímero biodegradável taxa lenta, o que o torna um excelente material para muitos tecidos, engenharia de aplicações13.
Para este estudo, a distância de temperatura e coletor será mantida constante (65 ° C e 82 ° C para as temperaturas de seringa e fieira (respectivamente) e 12 mm para a distância do coletor); aplicada a tensão, pressão de ar e velocidade do coletor, no entanto, irá variar para fabricar fibras com diâmetros de alvo. Uma lista detalhada dos estudos publicados usando MEW andaimes é fornecida na seção de resultados e revela diferentes aplicações para os campos de TE e de RM (tabela 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
Integração AM a fim de encontrar soluções inovadoras para os desafios no campo da medicina apresenta um novo paradigma para o século 21st . O campo chamado de “Bio-fabricação” está em ascensão e inovações em tecnologias de fabricação permitem a produção de arquiteturas altamente sofisticadas para aplicações de TE. A eletrofiação de polímeros derrete em um modo de escrita direta (MEW aqui) é vista como um dos mais promissores candidatos fabricação em conformidade com as necessidades da Co…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado financeiramente pelo CRC de centro de pesquisa cooperativa para fabricação de terapia celular, Australian Conselho ARC centro de investigação em Biomanufacturing do aditivo e do Instituto de estudos avançados da Universidade Técnica de Munique. Esta pesquisa foi realizada pelo australiano Conselho Industrial transformação formação centro de investigação em aditivo Biomanufacturing http://www.additivebiomanufacturing.org (IC160100026). Por favor, visite o site para artigos, livros, programas de televisão ou rádio, meios eletrônicos ou qualquer outras obras literárias relacionadas ao projeto. Além disso, os autores com gratidão reconhecem Maria Flandes Iparraguirre pelo apoio nas filmagens, Philip Hubbard para a voz e Luise Grossmann para filmagem e edição.
Materials
| Plastic syringe | Nordson Australia Pty Ltd | 7012072 | EFD BARREL O 3mL Clear 50 |
| Medical grade Poly (ε-caprolactone) (mPCL) | Corbion Purac, The Netherlands | PURASORB PC12 | |
| 23 GA needle | Nordson Australia Pty Ltd | 7018302 | #23GP .013 X .25 ORANGE 50 PC |
| Plunger | Nordson Australia Pty Ltd | 7012166 | PISTON O 3mL WH WIPER 50 |
| Pressure adapter | Nordson Australia Pty Ltd | 7012059 | ADAPTER ASM O 3mL BL 1.8M |
| Aluminium collector | Action Aluminium, Australia | SHP2 | Sheet 5005 H34 |
| Acrylic glass | Mulford Plastics Pty Ltd | ACC6-13094 | |
| Mach 3 software | Art Soft | Purchased online | |
| Safety switch interlock | RS components Pty Ltd | 12621330 | |
| High voltage generator | EMCO High Voltage Co. | DX250R | |
| Temperature controller | WATLOW | PM9R1FJ | |
| X and Y positioning slide | VELMEX Inc. | XN-10-0020-M011 |
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