Caratterizzazione quantitativa delle proprietà del bioink fotosensibile liquido per la stampa basata sull'elaborazione continua della luce digitale
Summary
Questo studio utilizza la temperatura e la composizione del materiale per controllare le proprietà di tensione di snervamento dei fluidi da sforzo di snervamento. Lo stato solido dell’inchiostro può proteggere la struttura di stampa e lo stato liquido può riempire continuamente la posizione di stampa, realizzando la stampa 3D di bioink estremamente morbidi.
Abstract
La fabbricazione precisa di bioink di stampa è un prerequisito per l’ingegneria tissutale; la curva di lavoro di Jacobs è lo strumento per determinare i parametri di stampa precisi dell’elaborazione della luce digitale (DLP). Tuttavia, l’acquisizione di curve di lavoro spreca materiali e richiede un’elevata formabilità di materiali, che non sono adatti per i biomateriali. Inoltre, la riduzione dell’attività cellulare dovuta a esposizioni multiple e il fallimento della formazione strutturale a causa del posizionamento ripetuto sono entrambi problemi inevitabili nel bioprinting DLP convenzionale. Questo lavoro introduce un nuovo metodo per ottenere la curva di lavoro e il processo di miglioramento della tecnologia di stampa DLP continua basata su tale curva di lavoro. Questo metodo per ottenere la curva di lavoro si basa sull’assorbanza e sulle proprietà fotoreologiche dei biomateriali, che non dipendono dalla formabilità dei biomateriali. Il processo di stampa DLP continuo, ottenuto migliorando il processo di stampa analizzando la curva di lavoro, aumenta l’efficienza di stampa più di dieci volte e migliora notevolmente l’attività e la funzionalità delle cellule, il che è vantaggioso per lo sviluppo dell’ingegneria tissutale.
Introduction
L’ingegneria tissutale1 è importante nel campo della riparazione degli organi. A causa della mancanza di donazione di organi, alcune malattie, come l’insufficienza epatica e l’insufficienza renale, non possono essere curate bene e molti pazienti non ricevono un trattamento tempestivo2. Gli organoidi con la funzione richiesta degli organi possono risolvere il problema causato dalla mancanza di donazione di organi. La costruzione di organoidi dipende dal progresso e dallo sviluppo della tecnologia di bioprinting3.
Rispetto al bioprinting di tipo estruso4 e al bioprinting a getto d’inchiostro5, la velocità di stampa e la precisione di stampa del metodo di bioprinting DLP (Digital Light Processing) sono superioria 6,7. Il modulo di stampa del metodo di estrusione è riga per riga, mentre il modulo di stampa del metodo a getto d’inchiostro è punto per punto, che è meno efficiente del modulo di stampa strato per strato del bioprinting DLP. L’esposizione modulata alla luce ultravioletta (UV) a un intero strato di materiale per polimerizzare uno strato nel bioprinting DLP e la dimensione della caratteristica dell’immagine determinano l’accuratezza della stampa DLP. Questo rende la tecnologia DLP molto efficiente 8,9,10. A causa dell’eccessiva polimerizzazione della luce UV, la relazione precisa tra il tempo di polimerizzazione e le dimensioni di stampa è importante per il bioprinting DLP ad alta precisione. Inoltre, la stampa DLP continua è una modifica del metodo di stampa DLP che può migliorare notevolmente l’efficienza di stampa11,12,13. Per la stampa DLP continua, le condizioni di stampa precise sono i fattori più importanti.
La relazione tra il tempo di polimerizzazione e le dimensioni di stampa è chiamata curva di lavoro di Jacobs, ampiamente utilizzata nella stampa DLP14,15,16. Il metodo tradizionale per ottenere la relazione è quello di esporre il materiale per un certo tempo e misurare lo spessore di polimerizzazione per ottenere un punto dati sul tempo di esposizione e sullo spessore di polimerizzazione. Ripetendo questa operazione almeno cinque volte e adattando i punti dati si ottiene la curva di lavoro di Jacobs. Tuttavia, questo metodo presenta evidenti svantaggi; ha bisogno di consumare molto materiale per ottenere la polimerizzazione, i risultati dipendono fortemente dalle condizioni di stampa, i bioink utilizzati nel bioprinting DLP sono costosi e rari e la formabilità dei bioink di solito non è buona, il che può portare a misurazioni imprecise dello spessore di polimerizzazione.
Questo articolo fornisce un nuovo metodo per ottenere la relazione di polimerizzazione in base alle proprietà fisiche del bioink. L’utilizzo di questa teoria consente di ottimizzare la stampa DLP continua. Questo metodo può essere utilizzato per ottenere la relazione di polimerizzazione in modo più rapido e accurato; la polimerizzazione continua DLP può quindi essere meglio determinata.
Protocol
Representative Results
Discussion
I passaggi critici di questo protocollo sono descritti nella sezione 2. È necessario unificare l’intensità luminosa utilizzata nel test fotoreologico e l’intensità della luce di stampa nei test effettivi. L’apparecchiatura di prova di assorbanza è la parte più importante. La forma della camera di prova deve essere la stessa dell’area fotosensibile del misuratore di intensità luminosa. A causa delle proprietà dei materiali che cambiano continuamente durante l’intero processo di esposizione alla luce UV, l’intensit?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori riconoscono con gratitudine il sostegno fornito dalla National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 12125205, 12072316, 12132014) e dalla 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 |
Riferimenti
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