Quantitative Charakterisierung der Eigenschaften von flüssigen lichtempfindlichen Biotinten für den kontinuierlichen digitalen Lichtverarbeitungsdruck
Summary
In dieser Studie werden Temperatur und Materialzusammensetzung verwendet, um die Fließspannungseigenschaften von Fließspannungsflüssigkeiten zu steuern. Der festkörperartige Zustand der Tinte kann die Druckstruktur schützen, und der flüssigkeitsähnliche Zustand kann die Druckposition kontinuierlich ausfüllen, wodurch der digitale Lichtverarbeitungs-3D-Druck von extrem weichen Biotinten realisiert wird.
Abstract
Die präzise Druckherstellung von Biotinten ist eine Voraussetzung für das Tissue Engineering. Die Jacobs-Arbeitskurve ist das Werkzeug, um die präzisen Druckparameter der digitalen Lichtverarbeitung (DLP) zu bestimmen. Die Erfassung von Arbeitskurven verschwendet jedoch Materialien und erfordert eine hohe Umformbarkeit von Materialien, die für Biomaterialien nicht geeignet sind. Darüber hinaus sind die Verringerung der Zellaktivität durch Mehrfachbelichtung und das Versagen der Strukturbildung durch wiederholte Positionierung unvermeidbare Probleme beim konventionellen DLP-Bioprinting. In dieser Arbeit wird eine neue Methode zur Ermittlung der Arbeitskurve und der Verbesserungsprozess der kontinuierlichen DLP-Drucktechnologie auf der Grundlage einer solchen Arbeitskurve vorgestellt. Diese Methode zur Erzielung der Arbeitskurve basiert auf der Absorption und den photorheologischen Eigenschaften der Biomaterialien, die nicht von der Umformbarkeit der Biomaterialien abhängen. Der kontinuierliche DLP-Druckprozess, der durch die Verbesserung des Druckprozesses durch Analyse der Arbeitskurve erzielt wird, erhöht die Druckeffizienz um mehr als das Zehnfache und verbessert die Aktivität und Funktionalität der Zellen erheblich, was für die Entwicklung des Tissue Engineering von Vorteil ist.
Introduction
Tissue Engineering1 ist wichtig im Bereich der Organreparatur. Aufgrund des Mangels an Organspenden können einige Krankheiten wie Leberversagen und Nierenversagen nicht gut geheilt werden, und viele Patienten erhalten keine rechtzeitige Behandlung2. Organoide mit der erforderlichen Funktion der Organe können das Problem lösen, das durch das Fehlen einer Organspende verursacht wird. Die Konstruktion von Organoiden hängt vom Fortschritt und der Entwicklung der Bioprinting-Technologieab 3.
Im Vergleich zum Extrusions-Bioprinting4 und dem Inkjet-Bioprinting5 sind die Druckgeschwindigkeit und die Druckgenauigkeit des DLP-Bioprinting-Verfahrens (Digital Light Processing) höher 6,7. Das Druckmodul des Extrusionsverfahrens ist Zeilen-für-Zeile, während das Druckmodul des Inkjet-Verfahrens Punkt-für-Punkt ist, was weniger effizient ist als das Schicht-für-Schicht-Druckmodul des DLP-Bioprintings. Die modulierte ultraviolette (UV) Lichteinwirkung auf eine ganze Materialschicht, um eine Schicht im DLP-Bioprinting auszuhärten, und die Bildgröße bestimmen die Genauigkeit des DLP-Drucks. Das macht die DLP-Technologie sehr effizient 8,9,10. Aufgrund der Überhärtung des UV-Lichts ist das genaue Verhältnis zwischen der Aushärtungszeit und der Druckgröße wichtig für das hochgenaue DLP-Bioprinting. Darüber hinaus ist der kontinuierliche DLP-Druck eine Modifikation des DLP-Druckverfahrens, die die Druckeffizienz erheblich verbessern kann11,12,13. Für den kontinuierlichen DLP-Druck sind präzise Druckbedingungen die wichtigsten Faktoren.
Das Verhältnis zwischen der Aushärtungszeit und der Druckgröße wird als Jacobs-Arbeitskurve bezeichnet, die im DLP-Druck weit verbreitet ist14,15,16. Die traditionelle Methode, um die Beziehung zu erhalten, besteht darin, das Material für eine bestimmte Zeit zu belichten und die Aushärtungsdicke zu messen, um einen Datenpunkt über die Belichtungszeit und die Aushärtungsdicke zu erhalten. Wenn Sie diesen Vorgang mindestens fünfmal wiederholen und die Datenpunkte anpassen, erhalten Sie die Jacobs-Arbeitskurve. Diese Methode hat jedoch offensichtliche Nachteile; Es muss viel Material verbraucht werden, um die Aushärtung zu erreichen, die Ergebnisse hängen stark von den Druckbedingungen ab, die im DLP-Bioprinting verwendeten Biotinten sind teuer und selten, und die Formbarkeit der Biotinten ist in der Regel nicht gut, was zu ungenauen Messungen der Aushärtungsdicke führen kann.
Dieser Artikel stellt eine neue Methode vor, um die Aushärtungsbeziehung entsprechend den physikalischen Eigenschaften der Biotinte zu erhalten. Mit dieser Theorie kann der kontinuierliche DLP-Druck optimiert werden. Diese Methode kann verwendet werden, um die Aushärtungsbeziehung schneller und genauer zu erhalten. Die kontinuierliche DLP-Aushärtung kann somit besser bestimmt werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die kritischen Schritte dieses Protokolls sind in Abschnitt 2 beschrieben. Es ist notwendig, die Lichtintensität, die bei der photorheologischen Prüfung verwendet wird, und die Drucklichtintensität bei den eigentlichen Tests zu vereinheitlichen. Die Absorptionsprüfgeräte sind der wichtigste Teil. Die Form der Prüfkammer sollte mit dem lichtempfindlichen Bereich des Lichtintensitätsmessers übereinstimmen. Aufgrund der Eigenschaften der Materialien, die sich während des gesamten UV-Belichtungsprozesses ständig ä…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autorinnen und Autoren bedanken sich für die Unterstützung durch die National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 12125205, 12072316, 12132014) und die China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2022M712754).
Materials
| Brilliant Blue | Aladdin (Shanghai, China). | 6104-59-2 | |
| DLP software | Creation Workshop | N/A | |
| Lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate | N/A | LAP; synthesized | |
| Light source | OmniCure | https://www.excelitas.com/product-category/omnicure-s-series-lamp-spot-uv-curing-systems | 365 nm |
| Polyethylene (glycol) diacrylate | Sigma-Aldrich | 455008 | PEGDA Mw ~700 |
| Rheometer | Anton Paar, Austria | MCR302 |
References
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