Medicine

बायोमिमेटिक हार्ट वाल्व पत्रक ों के निर्माण के लिए 3 डी-प्रिंटिंग और इलेक्ट्रोस्पिनिंग का संयोजन

Published: March 23, 2022 doi: 10.3791/63604

Benedikt Freystetter¹, Maximilian Grab^1,2, Linda Grefen¹, Lara Bischof¹, Lorenz Isert³, Petra Mela², Deon Bezuidenhout⁴, Christian Hagl^1,5, Nikolaus Thierfelder¹

¹Department of Cardiac Surgery, Ludwig Maximilians University Munich, ²Chair of Medical Materials and Implants, Technical University Munich, ³Faculty for Chemistry and Pharmacy, Ludwig Maximilians University Munich, ⁴Cardiovascular Research Unit, University of Cape Town, ⁵DZHK (German Centre for Cardiovascular Research), partner site Munich Heart Alliance

Summary

प्रस्तुत विधि तीन आयामी (3 डी) scaffolds (जैसे, दिल वाल्व पत्रक) में इंजीनियरिंग बायोमिमेटिक फाइबर संरचनाओं के लिए एक अभिनव तरीका प्रदान करता है। आकार और आयामों को निर्धारित करने के लिए 3 डी-मुद्रित, प्रवाहकीय ज्यामिति का उपयोग किया गया था। फाइबर अभिविन्यास और विशेषताएं प्रत्येक परत के लिए व्यक्तिगत रूप से समायोज्य थीं। एकाधिक नमूने एक सेटअप में निर्मित किया जा सकता है।

Abstract

इलेक्ट्रोस्पिनिंग कार्डियोवैस्कुलर ऊतक इंजीनियरिंग में एक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीक बन गई है क्योंकि यह समायोज्य गुणों के साथ (सूक्ष्म-) रेशेदार मचान बनाने की संभावना प्रदान करता है। इस अध्ययन का उद्देश्य प्रवाहकीय 3 डी-मुद्रित कलेक्टरों का उपयोग करके मानव हृदय वाल्व पत्रकों की वास्तुशिल्प फाइबर विशेषताओं की नकल करते हुए बहुस्तरीय मचान बनाना था।

महाधमनी वाल्व cusps के मॉडल वाणिज्यिक कंप्यूटर-सहायता प्राप्त डिजाइन (सीएडी) सॉफ्टवेयर का उपयोग करके बनाए गए थे। प्रवाहकीय पॉलीलैक्टिक एसिड का उपयोग 3 डी-मुद्रित पत्रक टेम्पलेट्स बनाने के लिए किया गया था। इन cusp नकारात्मक एक विशेष रूप से डिजाइन में एकीकृत किया गया था, घूर्णन electrospinning mandrel. पॉलीयुरेथेन की तीन परतों को कलेक्टर पर काता गया था, जो मानव हृदय वाल्व के फाइबर अभिविन्यास की नकल करता था। सतह और फाइबर संरचना का मूल्यांकन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (एसईएम) के साथ किया गया था। फ्लोरोसेंट डाई के आवेदन ने इसके अलावा बहुस्तरीय फाइबर संरचना के सूक्ष्म विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति दी। Scaffolds के biomechanical गुणों का आकलन करने के लिए तन्यता परीक्षण किया गया था।

इलेक्ट्रोस्पिनिंग रिग के लिए आवश्यक भागों का 3 डी-प्रिंटिंग कम बजट के लिए कम समय में संभव था। इस प्रोटोकॉल के बाद बनाए गए महाधमनी वाल्व cusps तीन स्तरित थे, 4.1 ± 1.6 μm के फाइबर व्यास के साथ। SEM इमेजिंग ने फाइबर के एक समान वितरण का खुलासा किया। प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी ने अलग-अलग संरेखित फाइबर के साथ अलग-अलग परतों का खुलासा किया, जिसमें प्रत्येक परत वांछित फाइबर कॉन्फ़िगरेशन तक पहुंच गई। उत्पादित scaffolds उच्च तन्यता शक्ति दिखाया, विशेष रूप से संरेखण की दिशा के साथ. विभिन्न कलेक्टरों के लिए मुद्रण फ़ाइलें पूरक फ़ाइल 1, पूरक फ़ाइल 2, पूरक फ़ाइल 3, पूरक फ़ाइल 4, और पूरक फ़ाइल 5 के रूप में उपलब्ध हैं।

एक अत्यधिक विशिष्ट सेटअप और वर्कफ़्लो प्रोटोकॉल के साथ, कई परतों पर जटिल फाइबर संरचनाओं के साथ ऊतकों की नकल करना संभव है। 3 डी-मुद्रित कलेक्टरों पर सीधे कताई कम उत्पादन लागत पर 3 डी आकार के निर्माण में काफी लचीलापन पैदा करती है।

Introduction

^{कार्डियोवैस्कुलर} रोग पश्चिमी देशों में मृत्यु का प्रमुख कारण है। यद्यपि इस क्षेत्र में व्यापक शोध किया जाता है, यह अनुमान लगाया जाता है कि अपक्षयी हृदय वाल्व रोग का बोझ^{अगले वर्षों के} दौरान और भी बढ़ जाएगा। सर्जिकल या इंटरवेंशनल हार्ट वाल्व प्रतिस्थापन एक चिकित्सीय विकल्प के रूप में संभव है। इस बिंदु पर, यांत्रिक और बायोप्रोस्थेटिक दिल के वाल्व उपलब्ध हैं, दोनों व्यक्तिगत कमियों के साथ। यांत्रिक वाल्व थ्रोम्बोजेनिक होते हैं और आजीवन एंटीकोएगुलेशन की आवश्यकता होती है। यद्यपि जैविक वाल्वों को एंटीकोगुलेशन की आवश्यकता नहीं होती है, वे रीमॉडलिंग की कमी, कैल्सीफिकेशन की उच्च दर और सहवर्ती गिरावट^{3 दिखाते हैं}।

ऊतक-इंजीनियर दिल वाल्व शरीर में एक माइक्रोफाइब्रोस पाड़ पेश करके इन कमियों को संबोधित करने में सक्षम हो सकते हैं जो विवो रीमॉडलिंग में अनुमति देता है। विभिन्न तरीके, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोस्पिनिंग (ईएसपी), डीसेलुलराइजेशन, माइक्रोमोल्डिंग, स्प्रे, डिप-कोट और 3 डी-बायोप्रिंटिंग, उपलब्ध हैं। इन तरीकों को विशिष्ट गुणों को बनाने के लिए चुना जा सकता है, सस्ता और तेज़ होने के कारण, या केवल विकल्पों की कमी के कारण। विधियों और सामग्रियों को अधिक जटिल संरचनाओं को बनाने के लिए भी जोड़ा जा सकता^{है 4}। उदाहरण के लिए, ईएसपी ऊतक इंजीनियरिंग में मचान बनाने के लिए एक मानक तकनीक रही है, जो विभिन्न सामग्रियों के संयोजन और फाइबर व्यास, फाइबर अभिविन्यास और पोरोसिटी के समायोजन के लिए अनुमति देती^है। इसके अलावा, पोस्टप्रोसेसिंग तकनीकों की एक किस्म अनुकूलित ऊतक remodeling के लिए अनुमति देते हैं, बेहतर hemocompatibility, और electrospun scaffolds ^5,6,7 के समायोज्य बायोडिग्रेडेशन.

मूल ईएसपी या तो स्थिर या घूर्णन कलेक्टरों का उपयोग करता है, जो फाइबर संरेखण की डिग्री और प्राप्त फाइबर व्यास⁸ पर सीधा प्रभाव डालता है। विनिर्माण प्रतिबंधों के कारण, क्लासिक ईएसपी घूर्णन कलेक्टरों में घूर्णन ड्रम, डिस्क, तार, या धातु की छड़ें शामिल हैं। 3 डी-प्रिंटिंग की शुरुआत अधिक व्यक्तिगत कलेक्टर ज्यामिति के निर्माण की अनुमति देती है जो पारंपरिक विनिर्माण तकनीकों द्वारा सीमित नहीं हैं। यह वैयक्तिकरण विशेष रूप से 3 डी निर्माणों के निर्माण के लिए उपयोगी है जैसे कि दिल के वाल्व पत्रक।

मानव हृदय वाल्व पत्रकों की प्राकृतिक तीन-स्तरीय (फाइब्रोसा, स्पंजियोसा, वेंट्रिकुलरिस) वास्तुकला यांत्रिक बलों और कतरनी तनाव के लिए ऊतकों की प्रतिक्रिया है जो वे कार्डियक चक्र ^9,10 के दौरान उजागर होते हैं। लामिना फाइब्रोसा के तंतुओं को परिधीय रूप से उन्मुख किया जाता है, जबकि लामिना स्पंजिओसा के तंतुओं को बेतरतीब ढंग से संरेखित किया जाता है और लामिना वेंट्रिकुलर रेडियल रूप से होता है। इसी फाइबर अभिविन्यास के साथ एक ट्रिपल-परत इस प्रकार एक ऊतक-इंजीनियर पाड़ में इन वाल्वों के गुणों की नकल करने के लिए प्रस्तावित है।

वर्कफ़्लो प्रोटोकॉल 3D-प्रिंटिंग और इलेक्ट्रोस्पिनिंग का उपयोग करके तीन-स्तरित, 3D हार्ट वाल्व पत्रकों का उत्पादन करने के लिए एक अभिनव विधि का वर्णन करता है। इसके अतिरिक्त, प्रत्येक परत में सटीक फाइबर अभिविन्यास सुनिश्चित करने के लिए एक गुणवत्ता नियंत्रण चरण प्रस्तुत किया जाता है।

Protocol

1. तैयारी का काम

3डी मुद्रण
नोट:: निम्न चरणों को "मानक त्रिभुज भाषा" (STL) फ़ाइलों के डाउनलोड की आवश्यकता होती है जो पूरक फ़ाइल 1, पूरक फ़ाइल 2, पूरक फ़ाइल 3, पूरक फ़ाइल 4, और इस पांडुलिपि के साथ पूरक फ़ाइल 5 के रूप में प्रदान की जाती है। कलेक्टर भागों एसटीएल-फ़ाइलों के रूप में प्रदान किए जाते हैं। कनेक्टिंग निकला हुआ किनारा "उत्पाद मॉडल डेटा के एक्सचेंज के लिए STandard" (STEP) फ़ाइल के रूप में प्रदान किया जाता है ताकि अलग-अलग सेटअप को फ़िट करने के लिए कलेक्टर के समायोजन की अनुमति मिल सके। इसके अलावा, केंद्रीय धातु की छड़ के लिए एक तकनीकी ड्राइंग पूरक फ़ाइल 6 के रूप में पारंपरिक विनिर्माण के लिए प्रदान की जाती है।
1. स्लाइसिंग सॉफ़्टवेयर खोलें ( सामग्री की तालिका देखें) और गैर-चालक पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए) और 0.4 मिमी नोजल के लिए सक्रिय प्रिंटहेड को कॉन्फ़िगर करें।
  नोट:: स्लाइसिंग सॉफ़्टवेयर, फिलामेंट, और नोजल व्यास उपलब्ध 3D-प्रिंटर के आधार पर भिन्न हो सकता है।
2. STL-फ़ाइलें Specimen_mount_A (पूरक फ़ाइल 3) और Speciment_mount_B (पूरक फ़ाइल 4) टुकड़ा करने की क्रिया सॉफ्टवेयर में अपलोड करें।
3. मॉडल को घुमाएं, इसलिए त्रिकोणीय सतहों को बिल्ड प्लेट पर रखा जाता है।
4. सभी भागों को चिह्नित करें, राइट-क्लिक करें, और चयनित मॉडल गुणा करें का चयन करें. प्रतिलिपियों की प्रॉम्प्ट संख्या में 1 दर्ज करें और ठीक क्लिक करें. बिल्ड प्लेट पर कुल चार मॉडल रखें।
5. 0.1 मिमी के लिए स्लाइस मोटाई सेट करें, 1 मिमी के लिए दीवार की मोटाई, घनत्व को 40% तक इनफिल करें, और समर्थन उत्पन्न करें बॉक्स को अनचेक करें।
6. स्लाइस बटन | पर क्लिक करें मुद्रण फ़ाइल को USB ड्राइव पर सहेजने के लिए निकालने योग्य में सहेजें.
7. प्रिंटर में nonconductive PLA लोड करें और मुद्रण फ़ाइल प्रारंभ करें।
8. प्रिंट पूरा होने के बाद, बिल्ड प्लेट से मॉडल को हटा दें और नीचे के कोनों पर वारपिंग के लिए जांच करें।
9. स्लाइसिंग सॉफ़्टवेयर में, सामग्री पैरामीटर रखें और मॉडल को Collector_Flange (पूरक फ़ाइल 1 और पूरक फ़ाइल 5) और Leaflet_Template (पूरक फ़ाइल 2) के साथ बदलें।
10. निकला हुआ किनारा घुमाएं, इसलिए फ्लैट परिपत्र सतह बिल्ड प्लेट के खिलाफ है। इसके अतिरिक्त, पत्रक टेम्पलेट को घुमाएं, इसलिए वर्ग सतह को सीधे बिल्ड प्लेट पर रखा जाता है।
11. निकला हुआ किनारा चिह्नित करें और चरण 1.1.4 के रूप में मॉडल गुणा करें। प्रकार 1 1 प्रतिलिपि प्राप्त करने के लिए और 1 बिल्ड प्लेट पर निकला हुआ किनारा मॉडल के मूल.
12. पत्रक मॉडल को चिह्नित करें और 1.1.4 में वर्णित चरणों का पालन करते हुए, कुल नौ पत्रक मॉडल प्राप्त करने के लिए 8 से गुणा करें।
13. 0.1 मिमी के लिए स्लाइस मोटाई सेट करें, दीवार की मोटाई 1 मिमी के लिए, घनत्व को 80% तक इनफिल करें, और समर्थन उत्पन्न करें बॉक्स को अनचेक करें।
14. स्लाइस बटन | पर क्लिक करें नई मुद्रण फ़ाइल को USB ड्राइव पर सहेजने के लिए निकालने योग्य में सहेजें.
15. प्रिंटर में प्रवाहकीय PLA लोड करें और मुद्रण प्रक्रिया प्रारंभ करें।
16. प्रिंट के पूरा होने के बाद, बिल्ड प्लेट से मॉडल को हटा दें। एक तार कटर के साथ पत्रक नकारात्मक के नीचे अलग-अलग फिलामेंट फाइबर को हटा दें यदि ये पत्रक मॉडल में मौजूद हैं (क्योंकि कोई समर्थन संरचनाओं का उपयोग नहीं किया गया था)।
कताई समाधान
सावधानी: Tetrahydrofuran (THF) और dimethylformamide (DMF) हानिकारक सॉल्वैंट्स हैं जिन्हें साँस नहीं लेना चाहिए या त्वचा से संपर्क नहीं करना चाहिए। विलायक-प्रतिरोधी दस्ताने और सुरक्षात्मक चश्मे को संभालने के दौरान पहनने की दृढ़ता से सिफारिश की जाती है। उन्हें संभालते समय, एक निकास हुड के तहत काम करें क्योंकि वे बेहद अस्थिर हैं।
1. निकास हुड के नीचे एक पैमाने पर रखें और उस पर 200 एमएल स्क्रू-कैप ग्लास बोतल की स्थिति रखें। तारे पैमाने.
2. कांच की बोतल में 50 मिलीलीटर डीएमएफ और 50 एमएल टीएचएफ डालें। सॉल्वैंट्स के वजन पर ध्यान दें।
3. बोतल के अंदर एक चुंबकीय पट्टी रखें, बोतल को चुंबकीय हलचल पर रखें, और इसे चालू करें।
4. नोट किए गए वजन को 0.15 (= 15% w / v) से गुणा करें और पॉलीयुरेथेन (PU) की इसी मात्रा को धीरे-धीरे विलायक मिश्रण (DIN 1310) वाले कांच की बोतल में स्थानांतरित करें।
5. बोतल को बंद करें और एक सजातीय समाधान प्राप्त करने के लिए कमरे के तापमान पर कम से कम 12 घंटे के लिए हिलाएं।

2. इलेक्ट्रोस्पिनिंग सेटअप

सभा
नोट: के रूप में पत्रक scaffolds प्रस्तुत कलेक्टर के साथ बनाया अपेक्षाकृत छोटे हैं, एक बड़े व्यास ड्रम mandrel (डी: 110 मिमी) के वैकल्पिक उपयोग की सिफारिश की है. यह बड़े, बहुस्तरीय scaffolds, जो सूक्ष्म, biocompatibility, और biomechanical मूल्यांकन के लिए फायदेमंद होगा के निर्माण की अनुमति देता है.
1. 3 डी मुद्रित भागों और छह M3 x 15 शिकंजा का उपयोग कर कलेक्टर को इकट्ठा.
2. flanges में से एक के लिए धातु की छड़ को सुरक्षित करने के लिए तीन शिकंजा का उपयोग करें।
3. धातु सलाखों के बीच एक Specimen_mount_B स्लाइड करें। सुनिश्चित करें कि टेम्पलेट्स के लिए रिक्त स्थान निकला हुआ किनारा के विपरीत दिशा में इंगित करते हैं।
4. दिल वाल्व पत्रक टेम्पलेट्स के साथ Specimen_mount_B के तीन स्लॉट भरें।
5. Specimen_mount_A शीर्ष पर रखें और रिक्त स्थान को टेम्पलेट्स से भरें.
6. किसी अन्य Specimen_mount_A स्लाइड करें और रिक्तियों को टेम्पलेट्स से भरें.
7. दूसरे Specimen_mount_B को शीर्ष पर रखकर टेम्पलेट्स को ठीक करें।
8. शीर्ष पर दूसरा निकला हुआ किनारा रखो और इसे सुरक्षित करने के लिए M3 शिकंजा का उपयोग करें।
  नोट:: सुनिश्चित करें कि पत्रक टेम्पलेट्स सभी एक ही दिशा में उन्मुख हैं (धातु की छड़ के समानांतर पत्रक का सीधा किनारा)।
9. electrospinning सेटअप में इकट्ठा पत्रक कलेक्टर जगह और कसकर मोटर अक्ष (यानी, M6 शिकंजा और पंख पागल) के लिए flanges सुरक्षित (चित्रा 1).
  चेतावनी: चूंकि प्रवाहकीय पीएलए नियमित पीएलए की तुलना में अधिक भंगुर है, इसलिए बोल्ट को बांधते समय 1.4 एनएम पर एक टोक़ रिंच का उपयोग करें जो तड़कने से बचने के लिए सामग्री पर दबाव डालते हैं।
10. कलेक्टर से 30 सेमी की दूरी पर एक सुई धारक रखें।
11. सुई धारक में एक फ्लैट टिप के साथ एक 14 गेज (जी) सुई को ठीक करें और कलेक्टर की धुरी की ऊंचाई पर इसे ठीक करें।
12. सुई के लुएर-लॉक पोर्ट के लिए एक लचीला, विलायक-प्रतिरोधी (उदाहरण के लिए, पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (पीटीएफई)) ट्यूब को कनेक्ट करें।
  नोट: DMF और THF कई प्लास्टिक भंग. इन सॉल्वैंट्स के साथ काम करते समय विलायक-प्रतिरोधी सामग्री का उपयोग करना आवश्यक है, उदाहरण के लिए, धातु और कांच के उपकरण। जब प्लास्टिक के उपकरणों की आवश्यकता होती है (यानी, सिरिंज या टयूबिंग), तो विलायक-प्रतिरोधी सामग्री का उपयोग करना सुनिश्चित करें।
13. बहुलक से भरे सिरिंज के बाद के कनेक्शन के लिए सिरिंज पंप के लिए ट्यूब गाइड.
बिजली आपूर्ति इकाई (पीएसयू) का कनेक्शन
सावधानी: सेटअप के दौरान, सुनिश्चित करें कि बिजली की आपूर्ति मुख्य पावर स्रोत से डिस्कनेक्ट हो गई है।
1. बिजली की आपूर्ति के एनोड और कैथोड के लिए दो परिरक्षित, उच्च वोल्टेज केबलों को कनेक्ट करें।
2. एक मगरमच्छ क्लिप का उपयोग करके, कैथोड (- पोल) से जुड़े केबल को 14 जी सुई से कनेक्ट करें। क्लिप और सुई के बीच कनेक्शन की जाँच करें। अगला, उच्च वोल्टेज केबल का मार्गदर्शन करें, इसलिए यह हस्तक्षेप से बचने के लिए कताई क्षेत्र के बाहर चलता है।
3. एक मगरमच्छ क्लिप और दूसरे उच्च वोल्टेज केबल का उपयोग कर एनोड (+ पोल) के लिए कलेक्टर कनेक्ट करें। कलेक्टर के निकला हुआ किनारा पर संपर्क बनाने के लिए एक छीने गए केबल का उपयोग करके एक स्लिप रिंग या स्लाइडिंग संपर्क का उपयोग करें।
सिरिंज की तैयारी
नोट:: कताई प्रक्रिया प्रारंभ होने से तुरंत पहले यह चरण किया जाना चाहिए।
1. चरण 1.2 में तैयार कताई समाधान के साथ एक 20 mL Luer-lock सिरिंज भरें।
2. सिरिंज को विलायक-प्रतिरोधी ट्यूब से कनेक्ट करें और मैन्युअल रूप से समाधान को टयूबिंग सिस्टम में तब तक धक्का दें जब तक कि सुई की नोक पर एक बूंद दिखाई न दे।
3. सिरिंज पंप में सिरिंज रखें। पंप को चालू करने के बाद, निम्नलिखित पैरामीटर दर्ज करें: व्यास: 19.129 मिमी; मात्रा: 5 एमएल; गति 3 mL/h.

3. इलेक्ट्रोस्पिनिंग प्रक्रिया

मोटर परीक्षण रन
नोट:: 3D-मुद्रण का उपयोग कर कलेक्टर विनिर्माण कलेक्टर की ऑफ-सेंटर गति के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। इसलिए, कम क्रांति की गति के साथ एक परीक्षण रन लेकिन उच्च वोल्टेज के बिना अत्यधिक अनुशंसित है।
1. कंप्यूटर पर आइकन को डबल-क्लिक करके मोटर नियंत्रण सॉफ़्टवेयर खोलें।
2. कनेक्ट बटन पर क्लिक करके मोटर नियंत्रण से कनेक्ट करें ।
3. कनेक्ट करने के बाद, प्रोफ़ाइल वेग ऑपरेशन मोड का चयन करें और स्क्रीन के ऊपरी बाएं कोने में स्थित ऑपरेशन टैब पर क्लिक करें।
4. एक लाल रेखा द्वारा फ़्रेम किए गए त्वरित स्टॉप बटन के नीचे प्रोफ़ाइल वेग टैब का चयन करें। निम्न सेटिंग्स में टाइप करें: लक्ष्य वेग: 200 rpm; प्रोफ़ाइल त्वरण: 100; प्रोफ़ाइल मंदी: 200; त्वरित रोक: 5000.
  नोट: रोटेशन की दिशा सुई की तरफ ऊपर की ओर होनी चाहिए, जिसे "लक्ष्य वेग" फ़ील्ड में संकेत को "+" से "-" में बदलकर समायोजित किया जा सकता है।
5. परीक्षण चलाने शुरू करें और किसी भी असंतुलन के लिए कलेक्टर की जांच करें। यदि कलेक्टर सुचारू रूप से चलता है, तो प्रोटोकॉल के साथ आगे बढ़ें। अन्यथा, मोटर को रोकें और चरण 2.1.9 में वर्णित के रूप में कलेक्टर readjust।
6. सक्षम बटन पर स्विच करें क्लिक करके मोटर रोकें और लक्ष्य वेग को 2,000 rpm पर परिवर्तित करें.
विनिर्माण प्रक्रिया
नोट: Electrospinning पर्यावरण पैरामीटर पर एक उच्च निर्भरता के साथ एक प्रक्रिया है। इष्टतम इलेक्ट्रोस्पिनिंग परिणाम 21 और 24 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर 15-20% सापेक्ष आर्द्रता के बीच प्राप्त किए गए थे।
1. पहली परत
  नोट: सेटअप चरण के दौरान, PU की एक सूखी बूंद सुई की नोक पर बनाई गई हो सकती है। यदि आवश्यक हो, तो एक लंबे, गैर-चालक उपकरण का उपयोग करके बूंद को हटा दें।
  1. मोटर नियंत्रण सॉफ़्टवेयर में, मोटर पर स्विच करने के लिए ऑपरेशन सक्षम करें बटन क्लिक करें.
  2. उच्च वोल्टेज बिजली की आपूर्ति पर स्विच करें और एनोड और कैथोड दोनों के लिए वोल्टेज को समायोजित करें: माइनस पोल (सुई): 18 केवी; प्लस पोल (कलेक्टर): 1.5 kV.
  3. सिरिंज पंप को 3 एमएल / घंटा की प्रवाह दर पर शुरू करें।
  4. 20 मिनट के लिए एक टाइमर सेट करें।
  5. एक दर्जी शंकु के गठन के लिए सुई की नोक का निरीक्षण करें। सुई की नोक पर शंकु के आकार के आधार पर, एक स्थिर दर्जी शंकु स्थापित होने तक ±100 वी की वृद्धि में कैथोड पर वोल्टेज को समायोजित करें।
    नोट:: ड्रॉप हैंग हो रहा है, तो वोल्टेज बहुत कम है। हालांकि, अस्थिर प्रवाह यह संकेत दे सकता है कि वोल्टेज बहुत अधिक सेट है।
  6. फाइबर के साथ पर्याप्त रूप से कवर किए जाने के लिए कस्प टेम्पलेट्स के लिए 20 मिनट तक प्रतीक्षा करें।
  7. सिरिंज पंप बंद कर दें।
  8. पावर स्विच को फ़्लिप करके PSU को बंद करें।
  9. मोटर नियंत्रण सॉफ़्टवेयर में सक्षम बटन पर स्विच करें क्लिक करके मोटर रोकें।
    सावधानी: सिस्टम में भागों को स्थानांतरित करने से चोट को रोकने के लिए, तब तक प्रतीक्षा करें जब तक कि कलेक्टर परीक्षण कक्ष को खोलने के लिए पूरी तरह से बंद न हो जाए।
2. दूसरी परत
  1. मोटर नियंत्रण सॉफ़्टवेयर में, इनपुट फ़ील्ड लक्ष्य वेग को 10 rpm में बदलें।
  2. चरण 3.2.1.1-3.2.1.9 दोहराएँ।
3. तीसरी परत
  नोट: इससे पहले कि scaffolds पूरी तरह से सूखे हैं, वे यांत्रिक तनाव के लिए बेहद संवेदनशील हैं। चरण 3.2.3.2-3.2.2.3.6 करते समय बहुत सावधान रहें। इन चरणों के दौरान scaffolds / फाइबर को छूने से बचें, क्योंकि पाड़ बेकार हो सकता है।
  1. मोटर अक्ष के लिए कलेक्टर flanges जोड़ने शिकंजा ध्यान से खोलें और पत्रक कलेक्टर (चित्रा 2B) electrospinning डिवाइस से निकालें.
  2. एक स्केलपेल का उपयोग करके, प्रत्येक पत्रक टेम्पलेट (चित्रा 2 सी) के बाहरी समोच्च के साथ इलेक्ट्रोस्पन फाइबर को काटें।
  3. कलेक्टर के एक तरफ निकला हुआ किनारा निकालें।
  4. 3डी-मुद्रित आवेषण को बाहर निकालें और पत्रक टेम्पलेट्स को गैर-चालक त्रिकोणीय धारकों से अलग करें।
  5. 90° द्वारा सभी पत्रक टेम्पलेट्स घुमाएँ और कलेक्टर को पुन: संयोजित करें।
  6. कलेक्टर को इलेक्ट्रोस्पिनिंग सेटअप में डालें और इसे कसकर सुरक्षित करें।
  7. फिर से, कताई प्रक्रिया को जारी रखने से पहले किसी भी असंतुलन की जांच करें।
  8. मोटर नियंत्रण सॉफ़्टवेयर में, इनपुट फ़ील्ड लक्ष्य वेग को 2,000 rpm में बदलें।
  9. चरण 3.2.1.1-3.2.1.9 दोहराएँ।
    नोट: इलेक्ट्रोस्पिनिंग प्रक्रिया को समाप्त करने के बाद, टयूबिंग के क्लॉगिंग को रोकने के लिए शुद्ध डीएमएफ के साथ टयूबिंग और सुई को फ्लश करने की अत्यधिक अनुशंसा की जाती है।
4. फ्लोरोसेंट रंगे scaffolds (वैकल्पिक)
  नोट: फ्लोरोसेंट रंगों का उपयोग पारंपरिक प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप के तहत दिखाई देने वाले तंतुओं को बनाने के लिए किया जाता है। यह केवल विधि को लागू करते समय और नई सेटिंग्स लागू होने के बाद गुणवत्ता नियंत्रण के लिए आवश्यक है। फ्लोरोसेंट रंजक के उपयोग की सिफारिश नहीं की जाती है जब स्थापित सेटिंग्स का उपयोग करके मचानों का निर्माण किया जाता है।
  1. चरण 1.2 में तैयार कताई समाधान को अलग-अलग बोतलों में तीन बराबर भागों में विभाजित करें।
  2. एक पैमाने का उपयोग करते हुए, बहुलक समाधान के प्रत्येक ग्राम (0.1 wt%) के लिए 1 मिलीग्राम फ्लोरोसेंट डाई को मापें। सभी तीन फ्लोरोसेंट रंजक (यानी, फ्लोरोसीन, टेक्सास रेड, 4', 6-डायमिडिनो-2-फेनिलिन्डोल [डीएपीआई]) के लिए दोहराएं।
  3. कताई समाधान में डाई जोड़ें, बोतल ढक्कन बंद करें, और 2-3 घंटे के लिए या होमोजेनाइजेशन तक हलचल करें।
    नोट: फ्लोरोसेंट रंजक को लुप्त होने से रोकने के लिए, कताई समाधान को जितना संभव हो उतना प्रकाश से बचाएं, यानी, चुंबकीय हलचल पर एक अपारदर्शी कवर रखकर। फ्लोरोसेंट रंगे scaffolds के लिए प्रक्रिया बहुत 3.2.1-3.2.3 चरणों में वर्णित मानक प्रक्रिया के समान है।
  4. चरण 3.2.1 में, मानक सिरिंज को पहले फ्लोरोसेंट डाई वाले कताई समाधान से भरे एक सिरिंज के साथ बदलें।
  5. चरण 3.2.2 में, वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले टयूबिंग और सुई को नए या साफ किए गए लोगों के साथ बदलें। इसके बाद, सिरिंज पंप में दूसरे फ्लोरोसेंट डाई युक्त कताई समाधान के साथ एक सिरिंज रखें।
  6. चरण 3.2.3 में फिर से, ट्यूबिंग और सुई को नए या साफ किए गए लोगों के साथ बदलें और सिरिंज को एक के साथ बदलें जो तीसरे फ्लोरोसेंट डाई वाले कताई समाधान से भरा हुआ है।
    नोट: विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान देरी से बचने के लिए, टयूबिंग और सुइयों के तीन सेटों का उपयोग करना फायदेमंद है। वैकल्पिक रूप से, ट्यूब और सुई को टीएचएफ और डीएमएफ के साथ अच्छी तरह से फ्लश किया जा सकता है- परतों के उत्पादन के बीच में जब तक कि फ्लोरोसेंट डाई युक्त कोई कताई समाधान सिस्टम में नहीं छोड़ा जाता है।

4. पोस्टप्रोसेसिंग और नमूना अधिग्रहण

पोस्टप्रोसेसिंग scaffolds
1. इलेक्ट्रोस्पिनिंग डिवाइस से कलेक्टर को निकालें।
2. एक स्केलपेल का उपयोग करके, प्रत्येक टेम्पलेट को उसके आधार पर मुक्त काटें जैसा कि चरण 3.2.3.2 में वर्णित है।
3. ऊपर वर्णित के रूप में कलेक्टर खोलें, और टेम्पलेट्स, आधार नीचे, एक ट्रे पर रखें।
4. ट्रे को 40 डिग्री सेल्सियस पर रात भर सूखने वाली कैबिनेट में रखें।
5. नमूनों को पूरी तरह से सूखने के बाद, अधिशेष फाइबर को हटाने के लिए पत्रक टेम्पलेट के किनारों के साथ सावधानीपूर्वक काटने के लिए एक स्केलपेल का उपयोग करें।
6. इसके बाद, ध्यान से टेम्पलेट के पत्रक पाड़ छील और आगे के प्रसंस्करण के लिए एक ट्रे पर यह जगह है.

Representative Results

इस प्रोटोकॉल का उद्देश्य हृदय वाल्व के कार्डियोवैस्कुलर ऊतक इंजीनियरिंग में उपयोग के लिए नियत एक ट्रिपल-स्तरित पत्रक पाड़ के विकास के लिए है। यह देशी मानव हृदय वाल्व में तीन परतों के कोलेजन विन्यास की नकल करता है। प्रत्येक परत में 4.1 ± 1.6 μm (चित्र1) के समग्र व्यास के साथ फाइबर होते हैं।

चित्रा 1: फाइबर विशेषताओं. फाइबर का विश्लेषण: कुल फाइबर गिनती; μm में व्यास: मतलब, मोड, मानक विचलन, न्यूनतम व्यास, अधिकतम व्यास। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पत्रक टेम्पलेट्स को Ø 24 मिमी महाधमनी वाल्व कृत्रिम अंग (चित्रा 2 C) को फिट करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। सूखने के बाद, पत्रक scaffolds एक 3 डी दिल वाल्व cusp (चित्रा 3A) के अपने आकार रखा.

चित्रा 2: इलेक्ट्रोस्पिनिंग सेटअप. (ए) रोटरी सेटअप में 3 डी-मुद्रित कलेक्टर को इकट्ठा किया गया; (बी) 3 डी-प्रिंट करने योग्य कलेक्टर का सीएडी प्रतिपादन; (c) बी में दिखाए गए हृदय वाल्व पत्रक नकारात्मक का सीएडी प्रतिपादन; त्रिभुज ज़ूम-इन भाग को इंगित करता है। संक्षिप्त नाम: CAD = Computer-Aided Design कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

SEM इमेजिंग का उपयोग संरेखित और अलागित परतों (TEMP F3512-21) का आकलन करने के लिए किया गया था। तस्वीरें एक पाड़ पर तीन अलग-अलग स्थानों में 100x, 500x, और 2,000x आवर्धन पर ली गई थीं। संरेखित फाइबर scaffolds परिधीय दिशा में एक चिकनी सतह और सख्त अभिविन्यास के साथ दिखाई देते हैं (चित्रा 3 बी)। फाइबर अभिविन्यास के संबंध में 2,000x छवि का दृश्य विश्लेषण फाइबर के प्राथमिक संरेखण की पुष्टि करता है (चित्रा 3 सी)। असंबद्ध फाइबर scaffolds संरेखित फाइबर की तुलना में एक समान चिकनी सतह दिखाते हैं। फाइबर अभिविन्यास अव्यवस्थित है, फाइबर के बीच कई प्रमुख चौराहों के साथ (चित्रा 3 डी)। बाद के दृश्य विश्लेषण बिना किसी प्राथमिक अभिविन्यास के दिखाई देने वाले फाइबर के संरेखण की पुष्टि करता है (चित्रा 3 ई)।

चित्रा 3: Electrospun पत्रक और SEM इमेजिंग. (A) Electrospun multilayered पत्रक और 3D-मुद्रित पत्रक कलेक्टर; (बी) असंबद्ध फाइबर की एसईएम छवि (आवर्धन 1,000x); (सी) असंबद्ध फाइबर का फाइबर अभिविन्यास विश्लेषण; (डी) संरेखित तंतुओं की SEM छवि (आवर्धन 1,000x); (ई) संरेखित तंतुओं का फाइबर अभिविन्यास विश्लेषण। स्केल सलाखों = 10 मिमी (ए), 100 μm (बी, डी)। संक्षिप्त नाम: SEM = स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

फ्लोरोसेंट रंगे हुए बहुस्तरीय मचानों की इमेजिंग ने अलग-अलग फाइबर अभिविन्यास (चित्रा 4 डी) के साथ तीन व्यक्तिगत परतों का खुलासा किया। निचली परत (चित्रा 4 ए; नीला) फाइबर के बीच बहुत कम प्रतिच्छेदन के साथ क्षैतिज अभिविन्यास में संरेखित फाइबर दिखाता है। मध्य परत (चित्रा 4 बी; हरा) बिना किसी प्राथमिक फाइबर अभिविन्यास के साथ असंबद्ध फाइबर दिखाता है। शीर्ष परत (चित्रा 4 C; लाल) एक लंबवत अभिविन्यास में संरेखित तंतुओं को दर्शाती है। शीर्ष और नीचे की परतों के दृश्य विश्लेषण से 89 डिग्री की दो परतों के बीच एक औसत कोण का पता चलता है, जो कताई प्रक्रिया के दौरान कलेक्टर के 90 डिग्री रोटेशन के अनुसार है (चित्रा 4 ई)।

चित्रा 4: बहुस्तरीय पाड़ की प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी. (ए) नीचे बाएं से ऊपर दाएं तक प्राथमिक अभिविन्यास के साथ पहली परत की प्रतिदीप्ति छवि; (बी) असंबद्ध फाइबर अभिविन्यास के साथ दूसरी परत की प्रतिदीप्ति छवि; (सी) नीचे दाएं से ऊपर बाईं ओर प्राथमिक अभिविन्यास के साथ तीसरी परत की प्रतिदीप्ति छवि; (डी) एक पाड़ में संयुक्त सभी तीन परतों की प्रतिदीप्ति छवि; (ई) सभी तीन परतों के लिए फाइबर अभिविन्यास विश्लेषण (परत 1: नीला; परत 2: हरा; परत 3: लाल); आवर्धन = 400x (ए-डी); स्केल सलाखों = 100 μm (ए-डी). कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

मोटाई माप 21 नमूनों (चित्रा 5A) (TEMP F3510-21) पर किया गया था। सभी नमूने एक ही पैरामीटर को लागू करते हुए बनाए गए थे। तापमान और आर्द्रता क्रमशः 20.3 डिग्री सेल्सियस और 26.1 डिग्री सेल्सियस और 35% और 55% आर्द्रता के बीच भिन्न हो सकती है। परिणामों ने प्रति मिनट ~ 2.65 μm की मोटाई में अपेक्षाकृत रैखिक वृद्धि दिखाई।

एक अन्य प्रयोग ने मिलान पैरामीटर (चित्रा 5 बी) के तहत कताई के 60 मिनट के बाद परिणामों की स्थिरता दिखाई। आर्द्रता और तापमान क्रमशः 35% और 50% आर्द्रता और 20.3 °C से 26.1 °C के बीच भिन्न हो सकते हैं। परिणाम मोटाई में 126 और 181 μm के बीच scaffolds थे। औसत मोटाई 151.11 ± 13.17 μm थी। मोटाई में वृद्धि औसतन प्रति मिनट ~ 2.52 μm थी।

चित्रा 5: मोटाई मापन. (ए) प्रति समय scaffolds की मोटाई काता है; n = 21; सहसंबंध गुणांक (r) = 0.653; p** = 0.00132; (बी) 60 मिनट के बाद नमूनों की मोटाई; n = 13; लाल रेखा: मतलब है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

संरेखित और असंबद्ध फाइबर मचानों के लिए तन्यता परीक्षण दो दिशाओं में किए गए थे, परिधीय दिशा और इसके लंबवत के साथ। प्रत्येक grout में 15 नमूने शामिल थे। नमूने डीआईएन 53504: 2017-03 के अनुसार विमान scaffolds से बाहर ले जाया गया था। मोटाई को प्रत्येक नमूने पर तीन अलग-अलग स्थानों पर मापा गया था और प्रति वर्ग मिमी अधिकतम बल मूल्यों की गणना करने के लिए उपयोग किया गया था।

मोटाई मान 0.03 और 0.2 मिमी के बीच होते हैं। अंतिम तन्यता शक्ति की तुलना संरेखित फाइबर scaffolds (चित्रा 6A) के लिए झुकाव के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर (पी < 0.001) का पता चला। scaffolds परिधीय अभिविन्यास के साथ 12.26 ± 2.59 N / mm² की अधिकतम ताकत तक पहुंच गया। तन्यता शक्ति को लंबवत दिशा में 3.86 ± 1.08 N / mm² तक कम कर दिया गया था।

असंबद्ध फाइबर scaffolds विभिन्न झुकाव के लिए अंतिम तन्यता शक्ति में कोई अंतर नहीं दिखाते हैं (F1: 7.19 ± 1.75 N / mm^{2, F2}: 7.54 ± 1.59 N / mm²; p = 0.60)। संरेखित फाइबर scaffolds के लिए ब्रेक पर बढ़ाव के तुलनात्मक विश्लेषण ने दिशाओं (चित्रा 6 बी) के बीच की अस्थिरता में महत्वपूर्ण अंतर (पी < 0.001) का खुलासा किया। एक्सटेंसिबिलिटी 187.01 ± 39.37% तक पहुंच गई, जबकि लंबवत दिशा में 107.16 ± 30.04% की तुलना में।

इसके विपरीत, असंबद्ध फाइबर मैट के लिए ब्रेक पर बढ़ाव ने दोनों दिशाओं में समान विस्तार का खुलासा किया (F1: 269.74 ± 24.78% ); F2: 285.01 ± 25.58 %; पी = 0.69)। प्रतिनिधि तनाव-तनाव वक्र सामग्री के व्यवहार में भारी अंतर दिखाते हैं, जो उस दिशा पर निर्भर करता है जिसमें तन्यता बल लागू किया जाता है। असंबद्ध फाइबर मैट ने रैखिक लोचदार व्यवहार दिखाया, जबकि संरेखित फाइबर मैट ने अक्षीय दिशा में गैर-रैखिकता दिखाई।

चित्रा 6: संरेखित और असंबद्ध फाइबर के तन्यता परीक्षण( A) परिधीय और अक्षीय दिशाओं में संरेखित और असंबद्ध फाइबर मैट के लिए अंतिम तन्यता शक्ति; n = 15; (बी) परिधीय और अक्षीय दिशाओं में संरेखित और असंबद्ध फाइबर मैट के लिए ब्रेक पर बढ़ाव; n = 15; (सी) संरेखित और असंबद्ध मचानों के प्रतिनिधि तनाव-तनाव वक्र, क्रमशः अक्षीय और परिधीय दिशाओं में खींचे गए। (***पी < 0.001)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

			विनिर्माण मैट्रिक्स
	नाम	भौतिक	राशि	कुल समय	कुल वजन [g]	लागत [€ प्रति किलो]	कुल लागत
1	Specimen_Mount_A	नियमित PLA	2	18:19	159	51.33 €	8.16 €
2	Specimen_Mount_B	नियमित PLA	2	19:42	161	51.33 €	8.26 €
3	कलेक्टर निकला हुआ किनारा	प्रवाहकीय PLA	2	10:40	95	99.98 €	9.50 €
4	Leaflet_Inlet	प्रवाहकीय PLA	9	05:32	31	99.98 €	3.10 €
	कुल						29.02 €

तालिका 1: विनिर्माण मीट्रिक. मात्रा, विनिर्माण समय, आवश्यक सामग्री की मात्रा, और 3 डी-मुद्रित भागों के लिए लागत को निर्दिष्ट करने वाली तालिका। संक्षिप्त नाम: PLA = polylactic एसिड।

पूरक फ़ाइल 1: Adaptable कलेक्टर निकला हुआ किनारा. चरण फ़ाइल अनुकूलित करने के लिए और कलेक्टर निकला हुआ किनारा मुद्रित करने के लिए। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

पूरक फ़ाइल 2: पत्रक टेम्पलेट. पत्रक टेम्पलेट मुद्रित करने के लिए STL-फ़ाइल. कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

पूरक फ़ाइल 3: नमूना माउंट ए. नमूना माउंट A मुद्रित करने के लिए STL-फ़ाइल कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 4: नमूना माउंट बी. नमूना माउंट बी मुद्रित करने के लिए STL-फ़ाइल कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक फ़ाइल 5: कलेक्टर निकला हुआ किनारा. STL-फ़ाइल कलेक्टर निकला हुआ किनारा मुद्रित करने के लिए। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

पूरक फ़ाइल 6: धातु रॉड कनेक्टिंग. तकनीकी ड्राइंग जोड़ने धातु की छड़ का निर्माण करने के लिए. कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

Discussion

वर्णित प्रोटोकॉल (कार्डियोवैस्कुलर) ऊतक इंजीनियरिंग के क्षेत्र में दो नवाचारों को प्रस्तुत करता है: इलेक्ट्रोस्पिनिंग के लिए पूरी तरह से 3 डी-मुद्रित फैंटम का कम लागत वाला विनिर्माण और अनुकूलनीय, बहुस्तरीय हृदय वाल्व पत्रकों का उत्पादन करने के लिए एक बहुमुखी कलेक्टर का उपयोग।

हाल ही में, 3 डी-प्रिंटिंग प्रयोगशाला उपकरणों के उत्पादन के लिए एक मूल्यवान उपकरण बन गया है, उदाहरण के लिए, बायोरिएक्टर या विनिर्माण और परीक्षण सेटअप^11,12। इसलिए, इस अध्ययन में प्रस्तुत इलेक्ट्रोस्पिनिंग सेटअप का निर्माण कम समय में और एक किफायती बजट (तालिका 1) के लिए संभव था। यह 3 डी-प्रिंटिंग¹³ का उपयोग करके इलेक्ट्रोस्पिनिंग सेटअप के कम लागत वाले उत्पादन के लिए पिछले निष्कर्षों के अनुरूप रहता है।

इसके अलावा, लेखकों के सर्वोत्तम ज्ञान के लिए, यह पहली बार है कि एक प्रवाहकीय 3 डी-प्रिंटिंग सामग्री का उपयोग हृदय वाल्व पत्रकों के लिए इलेक्ट्रोस्पिनिंग कलेक्टर बनाने के लिए किया गया था। अब तक, 3 डी-मुद्रित कलेक्टरों को या तो धातु लेजर सिंटरिंग¹⁴ द्वारा निर्मित किया गया था या एक प्रवाहकीय कोटिंग¹⁵ के साथ गैर-प्रवाहकीय बहुलक मुद्रण और बाद में पोस्टप्रोसेसिंग का उपयोग किया गया था। इस उपन्यास दृष्टिकोण के विपरीत, उन प्रक्रियाओं को एक महत्वपूर्ण नुकसान में हैं क्योंकि वे अधिक महंगे हैं, बहुत अधिक समय लेते हैं, या अधिक मैनुअल श्रम की आवश्यकता होती है।

इलेक्ट्रोस्पिनिंग चर की एक भीड़ पर निर्भर करता है जो बनाए गए फाइबर की आकृति विज्ञान को प्रभावित करता है। हालांकि बाजार पर विभिन्न वाणिज्यिक इलेक्ट्रोस्पिनिंग सेटअप उपलब्ध हैं, कई शोध समूह अपनी विशिष्ट आवश्यकताओं से मेल खाने के लिए अत्यधिक व्यक्तिगत सेटअप का उपयोग करते^हैं। इसे ध्यान में रखते हुए, इस प्रोटोकॉल (वोल्टेज, दूरी और रोटेशन गति) में वर्णित मूल्यों को व्यक्तिगत सेटअप के लिए अनुकूलित करने की आवश्यकता हो सकती है और इसे निश्चित मूल्यों के बजाय एक प्रारंभिक बिंदु के रूप में देखा जाना चाहिए। इसके अलावा, यह ज्ञात है कि पर्यावरणीय मापदंडों का इलेक्ट्रोस्पिनिंग परिणामों^17,18 पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता ^है। इसलिए, इलेक्ट्रोस्पिनिंग रिग के भीतर कम से कम तापमान और आर्द्रता को नियंत्रित करने की अत्यधिक सिफारिश की जाती है। इष्टतम इलेक्ट्रोस्पिनिंग परिणाम 21 और 24 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर 15-20% सापेक्ष आर्द्रता के बीच प्राप्त किए गए थे। इस प्रोटोकॉल का पालन करने के लिए, निम्नलिखित उपकरण आवश्यक है: एक मोटर जो लगभग 300 ग्राम वजन वाले कलेक्टर को 2,000 आरपीएम की क्रांति गति से तेज करने में सक्षम है, 1-3 एमएल / एच की छोटी मात्रा प्रवाह दरों के लिए उपयुक्त एक सिरिंज पंप, और एक दोहरी-पोल बिजली आपूर्ति इकाई जो ±20 केवी प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी) में सक्षम है।

पिछले अध्ययनों के अनुरूप, प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी¹⁹ द्वारा इलेक्ट्रोस्पन मचानों की रेशेदार संरचना की कल्पना करना संभव था। पाड़ की बहुस्तरीय संरचना को सफलतापूर्वक प्रदर्शित करना संभव था, जिसमें अलग-अलग फाइबर अभिविन्यास शामिल थे। विशेष रूप से जब कई परतों या कई सामग्रियों के साथ काम करते हैं, तो फ्लोरोसेंट रंजक की शुरुआत को कड़े गुणवत्ता नियंत्रण के लिए एक मानक प्रक्रिया के रूप में माना जाना चाहिए। यह पैरामीटर या वर्कफ़्लो प्रोटोकॉल में परिवर्तन के बाद परिणामों के दृश्य मूल्यांकन में सुधार कर सकता है। विवो या इन विट्रो मूल्यांकन के लिए उपयोग किए जाने वाले मचानों में डाई के आवेदन की सिफारिश नहीं की जा सकती है। यह स्थापित विश्लेषणात्मक विधियों के साथ हस्तक्षेप से बचने के लिए महत्वपूर्ण है।

प्राकृतिक हृदय वाल्व आकृति विज्ञान की नकल करना एक ऊतक-इंजीनियर प्रतिकृति का उत्पादन करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है जिसे हृदय वाल्व कृत्रिम अंग (चित्रा 4 बी) के रूप में उपयोग किया जाता है। यह दिखाया गया है कि विशिष्ट वाल्व ज्यामिति विवो remodeling²⁰ में पर एक उच्च प्रभाव पड़ता है. इस संदर्भ में, इलेक्ट्रोस्पिनिंग के लिए पत्रक ज्यामिति का 3 डी-प्रिंटिंग लाभ का है, क्योंकि पुनरावृत्तियां लागू करने में आसान और त्वरित हैं। यहां तक कि व्यक्तिगत वाल्व ज्यामिति का उत्पादन भी कल्पनीय है और हृदय वाल्व असामान्यताओं के व्यक्तिगत और व्यक्तिगत 3 डी मॉडल का बाद का विकास, उदाहरण के लिए, शिक्षण उद्देश्यों के लिए, संभव है।

ऊतक-इंजीनियर हृदय वाल्व गुणों का आगे सुधार वर्तमान अनुसंधान प्रयासों के केंद्र में है, क्योंकि कई शोध समूहों ने परिभाषित फाइबर अभिविन्यास के साथ बहुस्तरीय मचानों को विकसित करने पर काम किया है। Masoumi एट अल एक ढाला polyglycerol sebacate परत और electrospun polycaprolactone (पीसीएल) फाइबर मैट²¹ से मिश्रित scaffolds गढ़ा. इस प्रकार, एक ट्रिपल परत को माइक्रोफैब्रिकेटेड पॉलीग्लिसरॉल सेबेकेट की एक शीट द्वारा अलग किए गए दो उन्मुख इलेक्ट्रोस्पन परतों से बनाया जा सकता है। हालांकि, हाथ पर scaffolds के विपरीत, वे न तो एक 3 डी आकार में थे और न ही वे पर्याप्त रूप से मध्य परत (spongiosa) की नकल करते थे। एक bioinspired ऊतक-इंजीनियर दिल वाल्व के उत्पादन के लिए एक और दृष्टिकोण Jana et ^al.22,23 द्वारा पीछा किया गया था। उन्होंने सफलतापूर्वक पीसीएल-आधारित इलेक्ट्रोस्पिनिंग के लिए एल्यूमीनियम कलेक्टरों का उपयोग करके उन्मुख फाइबर के साथ ट्रिपल-स्तरित मचानों का उत्पादन किया। फिर से, इन scaffolds भी रूपात्मक खामियों को प्रस्तुत किया, के रूप में वे केवल एक 2 डी उपस्थिति है, और अंतिम पाड़ spokes द्वारा व्याप्त है.

भले ही प्रोटोकॉल इस बारे में विस्तृत जानकारी देता है कि 3 डी, ट्रिपल-लेयर्ड हार्ट वाल्व पत्रक का उत्पादन कैसे किया जाता है, लेकिन वास्तविक हृदय वाल्व कृत्रिम अंग बनाने के लिए कई और कदम उठाने की आवश्यकता होती है। यहां वर्णित पत्रकों के लिए 24 मिमी व्यास का एक स्टेंट अनुशंसित है। उपयोग किए गए स्टेंट के पूरक, पत्रकों को सिलाई के लिए अतिरिक्त समर्थन संरचनाओं के साथ प्रदान किया जा सकता है। अधिकतम लचीलेपन की अनुमति देने के लिए, यहां दिखाए गए पत्रकों को एक विशिष्ट स्टेंट डिजाइन के लिए व्यक्तिगत नहीं किया जाता है। यह बस सीएडी सॉफ्टवेयर का उपयोग करके टेम्पलेट को बदलकर किया जा सकता है।

हालांकि दिल वाल्व ऊतक इंजीनियरिंग के लिए उपयोग किया जाता है, प्रस्तुत विधि ऑर्थोपेडिक्स²⁴, यूरोलॉजी 25, ओटोलरींगोलॉजी²⁶ और अन्य में इलेक्ट्रोस्पिनिंग सेटअप^के लिए आसानी से लागू होगी। परिष्कृत और / या व्यक्तिगत 3 डी निर्माणों का उत्पादन अन्य 3 डी-मुद्रित कलेक्टरों के कार्यान्वयन से संभव है। यद्यपि कलेक्टर की सामग्री बदल गई है, इलेक्ट्रोस्पिनिंग का सिद्धांत बरकरार रहता है²⁷। इसलिए, विभिन्न पॉलिमर का उपयोग सैद्धांतिक रूप से संभव है, हालांकि इलेक्ट्रोस्पिनिंग पैरामीटर का समायोजन आवश्यक हो सकता है।

कुल मिलाकर, प्रस्तुत प्रोटोकॉल बहुस्तरीय हृदय वाल्व पत्रकों के निर्माण के लिए एक आसान और लागत प्रभावी तरीका का वर्णन करता है। 3 डी-प्रिंटिंग का आवेदन तेजी से अनुकूलन और कलेक्टर और आवेषण के संशोधनों के लिए अनुमति देता है। यह रोगी-विशिष्ट कृत्रिम अंगों के उत्पादन को एक जटिल विनिर्माण प्रक्रिया के बिना अनुमति देता है, उदाहरण के लिए, धातु संग्राहकों। एकाधिक नमूने समान परिस्थितियों में एक रन में बनाए जा सकते हैं। इसलिए, वास्तविक वाल्व का निर्माण करने के लिए शेष (लगभग) समान लोगों के लाभ के साथ नमूनों पर सामग्री विनाशकारी परीक्षण किए जा सकते हैं। इस अध्ययन में पूरक फ़ाइलों के रूप में मुद्रण फ़ाइलों को शामिल करने का मतलब बहुस्तरीय दिल वाल्व scaffolds की प्रगति का समर्थन करने के लिए है। इस नई इलेक्ट्रोस्पिनिंग तकनीक में पुनर्योजी चिकित्सा के अन्य क्षेत्रों के लिए भी एक उच्च क्षमता है, क्योंकि संशोधित कलेक्टरों और अन्य 3 डी-मुद्रित, कताई टेम्पलेट्स को लागू करना आसान है।

Disclosures

लेखकों ने हितों के टकराव की घोषणा नहीं की है।

Acknowledgments

इस काम को संवहनी चिकित्सा (प्राइम) में चिकित्सक वैज्ञानिक कार्यक्रम द्वारा समर्थित किया गया था, जो ड्यूश फोर्सचुंग्सगेमेइनशाफ्ट (डीएफजी, जर्मन रिसर्च फाउंडेशन), परियोजना संख्या एमए 2186/

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
BTC-FR2.5TN.D09	ZwickRoell GmbH & Co. KG		Traction engine (Tensile tests)
C5-E Motor Controller	Nanotec Electronic GmbH & Co. KG		Motor controll unit
CH1: CPN 30 kV \| 0.3 mA	iseg Spezialelectronik GmbH		Power Supply Unit Anode
CH1: CPN 30 kV \| 0.3 mA	iseg Spezialelektronik GmbH		Power Supply Unit Kathode
Conductive Composite PLA	ProtoPasta		Conductive PLA
Cura 4.7.1	Ultimaker BV		Slicing Software Ultimaker, step 1.1.2
DAPI Stock Solution c = 0.1 mg/mL	Sigma-Aldrich Chemie GmbH		DAPI
Disposable Scalpel No. 23	FEATHER		Scalpel
Fluorescein (C.I. 45350) M 376.28 g/mol	Carl Roth GmbH + Co. KG		Fluorescein
Fume Hood as per DIN 12924 Class 2	Köttermann GmbH		Fume Hood
Leica Applicatin Suite X 3.5.5.19976	Leica Microsystems GmbH		Software for Confocal Laser Scanning Microscope
Luerlock Syringe 20 mL	BD Plastipak		Luerlock Syringe
Metal needle plane 2.50/2.00 x 20 mm	Unimed S.A.		Needle with plane tip
Montage-complet-tubes; inner diameter x outer diameter: 1/16" x 1/8", length 1.000 mm	Bohlender GmbH	F740-28	Solvent resistant tubes
N,N-Dimethylformamide ≥99.8%	Sigma-Aldrich Chemie GmbH		Dimethylformamide
Pellethane 2363 80AE	Velox GmbH Hamburg		Polyurethane
PLA	Ultimaker BV		PLA
Plug&Drive Studio (1.0.4)	Nanotec Electronic GmbH & Co. KG		Motor operation software
SEM Evo LS 10	Zeiss MicroImaging GmbH		Scanning Electron Microscope
SHT 31-D	Adafruit Industries		Temperature and Humidity Sensor
SolidWorks 2020 CAD Software	Dassault Systèmes		Commercial CAD Software
Sulforhodamine 101 50 mg	Sigma - Aldrich	S 7635	Texas Red
Syringe Pump Model: Fusion 100	Chemyx Inc.		Syringe Pump
TCS SP8 inverted CEL BMi8	Leica Microsystems GmbH		Confocal Laser Scanning Microscope
testXpert V11.02	ZwickRoell GmbH & Co. KG		Software Tensile Test
Tetrahydrofuran ≥99.9%	Sigma-Aldrich Chemie GmbH		Tetrahydrofuran
Type 1511530000202 #980361	Binder Labortechnik GmbH		Heating Cabinet
Ultimaker 3 Extended	Ultimaker BV		3D Printer

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References

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Medicine

बायोमिमेटिक हार्ट वाल्व पत्रक ों के निर्माण के लिए 3 डी-प्रिंटिंग और इलेक्ट्रोस्पिनिंग का संयोजन

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Representative Results

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Acknowledgments

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