Kvantitativ karakterisering av flytende lysfølsomme bioblekkegenskaper for kontinuerlig digital lysbehandlingsbasert utskrift

Summary

Denne studien bruker temperatur og materialsammensetning for å kontrollere flytespenningsegenskapene til flytespenningsvæsker. Den solid-lignende tilstanden til blekket kan beskytte utskriftsstrukturen, og den væskelignende tilstanden kan kontinuerlig fylle utskriftsposisjonen, og realisere digital lysbehandling 3D-utskrift av ekstremt myke bioblekk.

Abstract

Presis trykkfabrikasjon av bioblekk er en forutsetning for vevsteknikk; Jacobs arbeidskurve er verktøyet for å bestemme de nøyaktige utskriftsparametrene for digital lysbehandling (DLP). Oppkjøpet av arbeidskurver sløser imidlertid med materialer og krever høy formbarhet av materialer som ikke er egnet for biomaterialer. I tillegg er reduksjon av celleaktivitet på grunn av flere eksponeringer og svikt i strukturell dannelse på grunn av gjentatt posisjonering begge uunngåelige problemer i konvensjonell DLP-bioprinting. Dette arbeidet introduserer en ny metode for å oppnå arbeidskurven og forbedringsprosessen for kontinuerlig DLP-utskriftsteknologi basert på en slik arbeidskurve. Denne metoden for å oppnå arbeidskurven er basert på absorbansen og fotoreologiske egenskapene til biomaterialene, som ikke er avhengige av formbarheten til biomaterialene. Den kontinuerlige DLP-utskriftsprosessen, oppnådd ved å forbedre utskriftsprosessen ved å analysere arbeidskurven, øker utskriftseffektiviteten mer enn ti ganger og forbedrer cellens aktivitet og funksjonalitet, noe som er gunstig for utviklingen av vevsteknikk.

Introduction

Vevsteknikk¹ er viktig innen organreparasjon. På grunn av mangel på organdonasjon kan enkelte sykdommer, som leversvikt og nyresvikt, ikke helbredes godt, og mange pasienter får ikke rettidig behandling². Organoider med organens nødvendige funksjon kan løse problemet forårsaket av mangel på organdonasjon. Konstruksjonen av organoider avhenger av fremdriften og utviklingen av bioprintingsteknologi³.

Sammenlignet med bioprinting av ekstruderingstype⁴ og blekkskrivertype bioprinting 5 er utskriftshastigheten og utskriftsnøyaktigheten til^{bioutskriftsmetoden} for digital lysbehandling (DLP) høyere ^6,7. Utskriftsmodulen til ekstruderingsmetoden er linje for linje, mens utskriftsmodulen til blekkskrivermetoden er punkt-for-punkt, noe som er mindre effektivt enn lag-for-lag-utskriftsmodulen til DLP-bioprinting. Den modulerte ultrafiolette (UV) lyseksponeringen for et helt lag med materiale for å kurere et lag i DLP-bioprinting og funksjonsstørrelsen til bildet bestemmer nøyaktigheten av DLP-utskrift. Dette gjør DLP-teknologien svært effektiv ^8,9,10. På grunn av overherding av UV-lyset er det nøyaktige forholdet mellom herdetiden og utskriftsstørrelsen viktig for DLP-bioprinting med høy nøyaktighet. Videre er kontinuerlig DLP-utskrift en modifikasjon av DLP-utskriftsmetode som i stor grad kan forbedre utskriftseffektiviteten^11,12,13. For kontinuerlig DLP-utskrift er nøyaktige utskriftsforhold de viktigste faktorene.

Forholdet mellom herdetid og trykkestørrelse kalles Jacobs arbeidskurve, som er mye brukt i DLP-utskrift^14,15,16. Den tradisjonelle metoden for å oppnå forholdet er å eksponere materialet i en viss tid og måle herdetykkelsen for å oppnå et datapunkt om eksponeringstiden og herdetykkelsen. Ved å gjenta denne operasjonen minst fem ganger og montere datapunktene oppnås Jacobs arbeidskurve. Denne metoden har imidlertid åpenbare ulemper; det må forbruke mye materiale for å oppnå herding, resultatene er svært avhengige av utskriftsforholdene, bioblekkene som brukes i DLP-bioprinting er dyre og sjeldne, og formbarheten til bioblekkene er vanligvis ikke god, noe som kan føre til unøyaktige målinger av herdetykkelse.

Denne artikkelen gir en ny metode for å oppnå herdeforholdet i henhold til de fysiske egenskapene til bioblekket. Bruk av denne teorien kan optimalisere kontinuerlig DLP-utskrift. Denne metoden kan brukes til å oppnå herdeforholdet raskere og mer nøyaktig; den kontinuerlige DLP-herdingen kan derfor bestemmes bedre.

Protocol

1. Teoretisk forberedelse Definer tre parametere: væskeabsorbans (Al), fast absorbans (As) og terskeltid (tT) 17. Skriv om den tradisjonelle Jacobs-arbeidskurven ved å bruke disse tre parametrene17 i henhold til ligning 1:(Ligning 1)Her er t H herdetiden til ett enkelt lag, ogH er …

Representative Results

Denne artikkelen viser en ny metode for å oppnå herdeparametere og introduserer en ny måte å oppnå kontinuerlig DLP-utskrift på, og demonstrerer effektiviteten til denne metoden ved å bestemme arbeidskurven. Vi brukte tre forskjellige materialer i DLP-utskrift for å verifisere nøyaktigheten av den teoretiske arbeidskurven oppnådd ved metoden introdusert i denne artikkelen. Materialene er 20% (v/v) polyetylen (glykol) diakrylat (PEGDA), 0,5% (w/v) litiumfenyl-2,4,6-trimetylbenzoylfosf…

Discussion

De kritiske trinnene i denne protokollen er beskrevet i avsnitt 2. Det er nødvendig å forene lysintensiteten som brukes i fotoreologitesten og utskriftslysintensiteten i de faktiske testene. Absorbanstestutstyret er den viktigste delen. Formen på testkammeret skal være den samme som det lysfølsomme området på lysintensitetsmåleren. På grunn av egenskapene til materialene som kontinuerlig endres under hele UV-lyseksponeringsprosessen, må lysintensiteten fortsette å endre^{seg 6}. I henhold …

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