निरंतर डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग आधारित प्रिंटिंग के लिए तरल फोटोसेंसिटिव बायोइंक गुणों का मात्रात्मक लक्षण वर्णन
Summary
यह अध्ययन उपज तनाव तरल पदार्थों के उपज तनाव गुणों को नियंत्रित करने के लिए तापमान और सामग्री संरचना का उपयोग करता है। स्याही की ठोस जैसी स्थिति मुद्रण संरचना की रक्षा कर सकती है, और तरल जैसी स्थिति लगातार मुद्रण की स्थिति को भर सकती है, जिससे बेहद नरम बायोइंक के डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग 3 डी प्रिंटिंग का एहसास होता है।
Abstract
बायोइंक का सटीक मुद्रण निर्माण ऊतक इंजीनियरिंग के लिए एक शर्त है; जैकब्स वर्किंग कर्व डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग (डीएलपी) के सटीक प्रिंटिंग मापदंडों को निर्धारित करने के लिए उपकरण है। हालांकि, काम करने वाले वक्रों का अधिग्रहण सामग्री को बर्बाद करता है और सामग्री की उच्च फॉर्मेबिलिटी की आवश्यकता होती है, जो बायोमैटेरियल्स के लिए उपयुक्त नहीं हैं। इसके अलावा, कई एक्सपोज़र के कारण सेल गतिविधि में कमी और बार-बार स्थिति के कारण संरचनात्मक गठन की विफलता दोनों पारंपरिक डीएलपी बायोप्रिंटिंग में अपरिहार्य समस्याएं हैं। यह काम कार्य वक्र प्राप्त करने की एक नई विधि और इस तरह के कार्य वक्र के आधार पर निरंतर डीएलपी प्रिंटिंग तकनीक की सुधार प्रक्रिया का परिचय देता है। कार्य वक्र प्राप्त करने की यह विधि बायोमैटेरियल्स के अवशोषण और फोटोरियोलॉजिकल गुणों पर आधारित है, जो बायोमटेरियल्स की फॉर्मेबिलिटी पर निर्भर नहीं करती है। कार्य वक्र का विश्लेषण करके मुद्रण प्रक्रिया में सुधार से प्राप्त निरंतर डीएलपी मुद्रण प्रक्रिया, मुद्रण दक्षता को दस गुना से अधिक बढ़ाती है और कोशिकाओं की गतिविधि और कार्यक्षमता में बहुत सुधार करती है, जो ऊतक इंजीनियरिंग के विकास के लिए फायदेमंद है।
Introduction
ऊतक इंजीनियरिंग1 अंग की मरम्मत के क्षेत्र में महत्वपूर्ण है। अंग दान की कमी के कारण, कुछ बीमारियां, जैसे कि यकृत की विफलता और गुर्दे की विफलता, अच्छी तरह से ठीक नहीं हो सकती है, और कई रोगियों को समय पर उपचार नहीं मिलताहै। अंगों के आवश्यक कार्य के साथ ऑर्गेनोइड्स अंग दान की कमी के कारण होने वाली समस्या को हल कर सकते हैं। ऑर्गेनोइड्स का निर्माण बायोप्रिंटिंगप्रौद्योगिकी की प्रगति और विकास पर निर्भर करता है।
एक्सट्रूज़न-टाइप बायोप्रिंटिंग4 और इंकजेट-टाइप बायोप्रिंटिंग5 की तुलना में, डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग (डीएलपी) बायोप्रिंटिंग विधि की प्रिंटिंग गति और मुद्रण सटीकता 6,7 अधिक है। एक्सट्रूज़न-प्रकार विधि का प्रिंटिंग मॉड्यूल लाइन-दर-लाइन है, जबकि इंकजेट-प्रकार विधि का प्रिंटिंग मॉड्यूल डॉट-बाय-डॉट है, जो डीएलपी बायोप्रिंटिंग के परत-दर-परत प्रिंटिंग मॉड्यूल की तुलना में कम कुशल है। डीएलपी बायोप्रिंटिंग में एक परत को ठीक करने के लिए सामग्री की एक पूरी परत के लिए मॉड्यूलेटेड पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश जोखिम और छवि का फीचर आकार डीएलपी प्रिंटिंग की सटीकता निर्धारित करता है। यह डीएलपी प्रौद्योगिकी को बहुत कुशल 8,9,10 बनाता है। यूवी प्रकाश के ओवरक्योरिंग के कारण, उच्च सटीकता डीएलपी बायोप्रिंटिंग के लिए इलाज के समय और मुद्रण आकार के बीच सटीक संबंध महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, निरंतर डीएलपी प्रिंटिंग डीएलपी प्रिंटिंग विधि का एक संशोधन है जो मुद्रण दक्षता11,12,13 में काफी सुधार कर सकता है। निरंतर डीएलपी प्रिंटिंग के लिए, सटीक मुद्रण की स्थिति सबसे महत्वपूर्ण कारक हैं।
इलाज के समय और मुद्रण आकार के बीच संबंध को जैकब्स वर्किंग कर्व कहा जाता है, जिसका व्यापक रूप से डीएलपी प्रिंटिंग14,15,16 में उपयोग किया जाता है। संबंध प्राप्त करने का पारंपरिक तरीका एक निश्चित समय के लिए सामग्री को उजागर करना और एक्सपोजर समय और इलाज मोटाई के बारे में डेटा बिंदु प्राप्त करने के लिए इलाज की मोटाई को मापना है। इस ऑपरेशन को कम से कम पांच बार दोहराना और डेटा बिंदुओं को फिट करना जैकब्स वर्किंग कर्व प्राप्त करता है। हालांकि, इस विधि के स्पष्ट नुकसान हैं; इलाज प्राप्त करने के लिए इसे बहुत सारी सामग्री का उपभोग करने की आवश्यकता होती है, परिणाम मुद्रण स्थितियों पर अत्यधिक निर्भर होते हैं, डीएलपी बायोप्रिंटिंग में उपयोग किए जाने वाले बायोइंक महंगे और दुर्लभ होते हैं, और बायोइंक की फॉर्मेबिलिटी आमतौर पर अच्छी नहीं होती है, जिससे मोटाई के इलाज के गलत माप हो सकते हैं।
यह लेख बायोइंक के भौतिक गुणों के अनुसार इलाज संबंध प्राप्त करने के लिए एक नई विधि प्रदान करता है। इस सिद्धांत का उपयोग निरंतर डीएलपी प्रिंटिंग को अनुकूलित कर सकते हैं। इस विधि का उपयोग इलाज संबंध को अधिक तेज़ी से और सटीक रूप से प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है; इसलिए निरंतर डीएलपी इलाज बेहतर निर्धारित किया जा सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल के महत्वपूर्ण चरणों को खंड 2 में वर्णित किया गया है। फोटोरियोलॉजी परीक्षण में उपयोग की जाने वाली प्रकाश तीव्रता और वास्तविक परीक्षणों में मुद्रण प्रकाश तीव्रता को एकजुट करना आवश्यक है। ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (अनुदान संख्या 12125205, 12072316, 12132014), और चीन पोस्टडॉक्टरल साइंस फाउंडेशन (अनुदान संख्या 2022 एम 712754) द्वारा प्रदान किए गए समर्थन को कृतज्ञता पूर्वक स्वीकार करते हैं।
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
- Berthiaume, F., Maguire, T. J., Yarmush, M. L. Tissue engineering and regenerative medicine: history, progress, and challenges. Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering. 2 (1), 403-430 (2011).
- Ng, W. L., Chua, C. K., Shen, Y. -. F. Print me an organ! Why we are not there yet. Progress in Polymer Science. 97, 101145 (2019).
- Sun, W., et al. The bioprinting roadmap. Biofabrication. 12 (2), 022002 (2020).
- Jiang, T., Munguia-Lopez, J. G., Flores-Torres, S., Kort-Mascort, J., Kinsella, J. M. Extrusion bioprinting of soft materials: An emerging technique for biological model fabrication. Applied Physics Reviews. 6 (1), 011310 (2019).
- Ng, W., et al. L.cControlling droplet impact velocity and droplet volume: Key factors to achieving high cell viability in sub-nanoliter droplet-based bioprinting. International Journal of Bioprinting. 8 (1), 424 (2021).
- Yu, K., et al. Printability during projection-based 3D bioprinting. Bioactive Materials. 11, 254-267 (2022).
- Zhong, Z., et al. Bioprinting of dual ECM scaffolds encapsulating limbal stem/progenitor cells in active and quiescent statuses. Biofabrication. 13 (4), (2021).
- Huh, J., et al. Combinations of photoinitiator and UV absorber for cell-based digital light processing (DLP) bioprinting. Biofabrication. 13 (3), (2021).
- Saed, A. B., et al. Functionalized poly l-lactic acid synthesis and optimization of process parameters for 3D printing of porous scaffolds via digital light processing (DLP) method. Journal of Manufacturing Processes. 56, 550-561 (2020).
- Ng, W. L., et al. Vat polymerization-based bioprinting-process, materials, applications and regulatory challenges. Biofabrication. 12 (2), 022001 (2020).
- Li, Y., et al. High-fidelity and high-efficiency additive manufacturing using tunable pre-curing digital light processing. Additive Manufacturing. 30, 100889 (2019).
- Kelly, B. E., et al. Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction. Science. 363 (6431), 1075-1079 (2019).
- Tumbleston, J. R., et al. Continuous liquid interface production of 3D objects. Science. 347 (6228), 1349-1352 (2015).
- Classens, K., Hafkamp, T., Westbeek, S., Remmers, J. J. C., Weiland, S. Multiphysical modeling and optimal control of material properties for photopolymerization processes. Additive Manufacturing. 38, 101520 (2021).
- Gong, H., Beauchamp, M., Perry, S., Woolley, A. T., Nordin, G. P. Optical approach to resin formulation for 3D printed microfluidics. RSC Advances. 5 (129), 106621-106632 (2015).
- Hofstetter, C., Orman, S., Baudis, S., Stampfl, J. Combining cure depth and cure degree, a new way to fully characterize novel photopolymers. Additive Manufacturing. 24, 166-172 (2018).
- Li, Y., et al. Theoretical prediction and experimental validation of the digital light processing (DLP) working curve for photocurable materials. Additive Manufacturing. 37, 101716 (2021).
- Wang, M., et al. Molecularly cleavable bioinks facilitate high-performance digital light processing-based bioprinting of functional volumetric soft tissues. Nature Communications. 13 (1), 3317 (2022).
