3D 인쇄 다공성 셀 루 로스 나노 하이드로 겔 건설 기계

요약

이 프로토콜의 3 개의 중요 한 단계는 i) 개발 올바른 구성 및 일관성 ii) 3D로 다양 한 장비의 인쇄 셀 루 로스 히드로 잉크의 기 공 구조 좋은 모양 충실도 및 치수와 iii)의 데모는 연골 재생에 대 한 시뮬레이션 된 신체 조건에서 기계적 속성.

초록

이 작품은 제어 기 공 구조와 기계적 특성 셀 루 로스 나노 하이드로 겔 잉크를 사용 하 여 다공성 입방 건설 기계를 생산 하는 3 차원 (3D) 인쇄의 사용을 보여줍니다. 셀 루 로스 나노 (CNCs, 69.62 wt %) 3D는 균일 하 고 그라데이션 기 공 구조 (110-1, 100 µ m) 건설 기계에 인쇄와 매트릭스 (나트륨 alginate와 젤라틴) 기반으로 하이드로 겔 잉크 개발 되었다. 건설 기계 보였다 압축 계수 0.45 0.20의 범위에서 MPa에서 테스트 했을 때 시뮬레이션 (37 ° C에서 증류수)에서 vivo에서 조건. 기 공 크기와 연골 재생 응용 프로그램에 필요한 요구 사항을 일치 하는 3D 장비의 압축 계수. 이 작품은 선구자의 농도 의해 잉크의 일관성을 제어할 수 있는 다공성 3D 인쇄 과정에 의해 통제 될 수 있다 하 고 보여 줍니다 답례로 기계를 정의 하는 이러한 요인의 모두는 3D의 속성 인쇄 다공성 하이드로 겔 비 계입니다. 이 가공 방법 따라서 환자의 특정 필요에 따라 구조적으로 compositionally 사용자 정의 건설 기계 조작에 사용할 수 있습니다.

서론

셀 루 로스는 β의 선형 사슬 (1-4) 연결 된 D-포도 당 단위로 구성 된 다 당 류 이다. 지구상에서 가장 풍부한 천연 폴리머 이며 다양 한 해양 동물 (예를 들어, tunicates), 식물 (예를 들어, 나무, 면, 밀 짚), 조류 (예: Valonia), 버섯, 심지어 아메바 (원생 동물 등의 세균성 소스 등에서 추출 )^1,2. 셀 루 로스 nanofibers (CNF) 및 셀 루 로스 나노 나노에 하나 이상의 차원 (CNC) 기계 및 셀 룰 로스에서 산 가수분해를 통해 얻을 수 있습니다. 그들은 뿐만 아니라 셀 룰 로스, 화학 수정, 낮은 독성, 생체 적합성, 생 분해성 및 재생, 잠재력 등의 속성을가지고 있지만 나노 특성 높은 특정 표면 영역 처럼 높은 기계적 성질 유 변 학적 및 광학 속성. 이러한 매력적인 속성 만든 CNFs 고 CNCs 생명 의학 어플리케이션에 적합, 3 차원 (3D)의 형태로 주로 히드로 투어³. 이러한 건설 기계 제어 기 공 구조와 상호 다공성 사용자 지정된 크기를 필요합니다. 우리의 그룹 및 다른 3 차원 다공성 섬유 나노 복합 재료 주조, 전기 및^4,<....

프로토콜

1입니다. 전조의 준비

1. 셀 루 로스 나노 서 스 펜 션의 준비
   참고: 셀 룰 로스 나노의 절연 매튜, 보고 절차에 따라 이루어집니다 외³⁰.
   1. 희석 17 wt %의 현 탁 액 2 wt %를 추가 하 여 셀 루 로스 나노 2 L. 믹스 철저 하 게 효율적인 혼합 울트라 쥡니다 및 사용 작은 일괄 처리 (250-300 mL)를 사용 하 여 전체 볼륨을 증류수.
   2. 500-600 바의 압력에는 균질 화기를 통해 sonified 서 스 펜 션 10 번을 전달 합니다. 이 시점에서, 2 wt % 셀 루 로스 나노의 두꺼운 투명 한 젤이 얻어진 다.
   3. 2 wt % 셀 루 로스 나노 젤 24500 x g 1.5 헤 Decant 물 밖으로 모든 30 분 사이에 centrifugations 통해 11 wt %에 집중 한다.
      참고: 실험 수 수 일시 중지 여기.
2. 매트릭스 단계 준비
   1. 연속 교에서 60 ° C에서 증류수에 6 wt % 나트륨 alginate (SA)의 균질 솔루션을 준비 합니다.
   2. 연속 교에서 60 ° C에서 증류수에 12 wt % 젤라틴 (젤)의 균질 솔루션을 준비 합니다.
      참고: 매트....

결과

CNCs 기반 나노 하이드로 겔 잉크 강한 비 뉴턴 전단 숱이 동작 (그림 2를) 보여 줍니다. 1.55 × 10⁵ Pa.s 낮은 전단 속도 (0.001 s^-1)의 명백한 점도 5 비교 22.60 Pa.s 50 s^-1 ≈50의^-1 일반적인 전단 속도 3D 인쇄 중 경험된 되 고 전단 속도에서 값에 의해 상품³¹ . 저장 모듈러스 G로 점 탄성 고체 행동을 전시 하는 하이드로 겔 잉크 ' (4.42 × 10⁷ Pa) 손실 모듈러스 G 보다 큰 크기 순서는 ' (8.26 × 10⁶ Pa) 낮은 전단 응력, 잘 정의 된 동적 항복 응력 값에 (G'= G ') 5.59 × 10⁴ 암 (그림 2b

토론

3D 인쇄는 하이드로 겔 잉크의 적합 한 유 변 학적 특성을 요구 한다. 고 점도 잉크는 저 점도 잉크 압출 후 그 모양을 유지 하지 하는 동안 그것의 압출에 대 한 극단적인 압력 필요 합니다. 하이드로 겔 잉크의 점도 재료의 집중을 통해 제어할 수 있습니다. 우리의 이전 작품¹¹에 비교 하 여 하이드로 겔 잉크의 고체 콘텐츠 집중된 하이드로 겔 잉크 인쇄 비의 해상도 개선 하는 데 도움이 결과로 9.9 wt %5.4에서 증가 된다. 그것은, 긴 유연한 CNFs 달리 CNCs 같은 엄밀한 막대 주어진된 점도 물리적 얽 힘¹⁴의 휴무 때문에 더 높은 고체 내용으로 잉크를 생산할 수 있는 언급 수 있습니다. 전이성에 영향을 주는 다른 중요 한 측면은 잉크의 동질성. 그것은 그 행렬 단계 CNCs의 균질 혼합 촉진 40 ° C의 온도에서 하이드로 겔 잉크를가 열을 지적 했다. 더 하이드로 겔 잉크의 부드러움을 보장 하기 위해, 그것은 노즐, 맨먼저 .......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
60 mL 주사기	Structur3D 프린팅
알긴산 나트륨 염	Sigma-Aldrich	9005-38-3
무수 염화칼슘	Sigma-Aldrich	10043-52-4
클램프, 3갈래, Talon	VWR	241-0404	102 mm, 이중 조정 클램프, 대형, 클램프 확장 127 mm
Cura 2.4.0	Ultimaker		무료 슬라이싱 소프트웨어
Discov3ry Complete	Structur3D 프린팅		Ultimaker 2+ 3D 프린터, 소 피부의 Discov3ry 페이스트 압출기
젤라틴	Sigma-Aldrich	9000-70-8
글루타르알데히드 용액 50 wt. % in H2O	Sigma-Aldrich	111-30-8
homogenizer	SPX	APV-2000
Instron 5960	Instron		Instron 5960, Biopuls Bath, 100 N 로드셀, 37 ° C,
Physica MCR 301 레오미터	Anton Paar		CP25-2-SN7617, 갭 높이 0.05mm, 25° C
Sorvall Lynx 6000 원심분리기	AB Ninolab	s/n 41881692	F12-rotor (6x500 ml)
스테인리스 스틸 노즐	Structur3D 프린팅		800, 600 및 400 µ m
thingsinverse	메이커봇&		nbsp; stl 파일 형태의 3D 인쇄 가능한 것들 공유 및 다운로드
울트라 초음파 처리	Qsonica, LLC	Q500
껍질을 벗기지 않은 나무 칩	노르웨이 가문비 나무 (Picea abies)		건조 물질 함량 50– 55%