تثبيت أنماط الهيدروجيل البكتيري بواسطة ألياف كورلي

الملخص

المصدر: سبيز، إ. إم. وآخرون، النمط ثلاثي الأبعاد للأفلام الحيوية الهندسية باستخدام طابعة حيوية تقوم بنفسك. تجارب ج. فيس. (2019)

يوضح هذا الفيديو طريقة لمقارنة أنماط الألجينات المطبوعة ثلاثية الأبعاد التي تحتوي على سلالات بكتيرية محكمة أو معدلة وراثيا. تنتج السلالة التجريبية ألياف الكرلي عند الحث، والتي تعزز بنية الهيدروجيل الألجينات. بعد العلاج بمحلول مخلب الكالسيوم، يبقى نمط الاختبار فقط سليما، مما يبرز تأثير التثبيت لإنتاج ألياف الكيرلي.

البروتوكول

عملية الطباعة 1. 3D

1. قم بتثبيت وفتح برنامج الطباعة ثلاثية الأبعاد (جدول المواد) على جهاز كمبيوتر. وصل الطابعة ثلاثية الأبعاد بالكمبيوتر. حرك رأس الطباعة إلى موقعه الرئيسي بالنقر على زر الصفحة الرئيسية لمحاور X وY وZ.
2. لكل طباعة، ضع ركيزة طباعة جاهزة في موقع معين على سرير الطباعة.
3. معايرة ارتفاع رأس الطباعة في محور Z.
   1. ارفع رأس الطباعة إلى ارتفاع 22 مم تحت التحكم اليدوي، حتى لا يصطدم بحافة طبق البتري عند التحرك إلى الموضع المطلوب. ضع رأس الطباعة فوق اللوحة، وحركه للأسفل حتى يلامس رأس الماصة سطح الطباعة. قم بتعيين هذا الموقع في محور Z ك Z1 (ارتفاع سطح الطباعة).
   2. ارفع رأس الطباعة وحركه خارج منطقة اللوحة عن طريق التحكم اليدوي في محاور X وY وZ. إذا كانت مسافة العمل بين رأس الطباعة وسطح اللوحة محددة ك Z2، أدخل Z1 + Z2 في برنامج الطباعة كقيمة Z أثناء الطباعة.
4. برمجة شكل الطباعة بطريقة محددة نقطة بنقطة محددة بنفسك حسب المسار المطلوب.
   1. إذا كان المسار المطلوب خطا مستقيما، فحدد فقط نقطتي البداية والنهاية. إضافة نقاط إضافية على الخطوط المنحنية سيؤدي إلى منحنيات أكثر نعومة. حرك رأس الطباعة يدويا إلى كل نقطة بشكل متسلسل، وسجل إحداثيات هذه النقاط بالترتيب. أدخل كل هذه الإحداثيات بالإضافة إلى سرعة حركة رأس الطباعة لكل جزء مطبوع في محرر G-code.
5. قبل وبعد الطباعة، ارفع رأس الطباعة إلى مسافة أعلى من حافة اللوحة (20 مم)، وتحرك مباشرة خارج منطقة اللوحة. احفظ هذا البرنامج كملف G-code وحمل مباشرة للاستخدام في الطبعات التالية، مع إعادة قياس ارتفاع محور Z لكل ركيزة طباعة جديدة.
   ملاحظة: انظر الجدول 1 لمثال رمز G لطباعة مربع.
6. قم بتحميل ملف G-code المبرمج مسبقا. افتح محرر G-code في البرنامج، وبرمج في الأوامر لطباعة الشكل المطلوب. عند كل سطر أوامر، يمكن تغيير موقع رأس الطباعة في محاور X وY و/أو Z. أدخل قيمة Z خلال جميع خطوات الطباعة ك Z1 + Z2 (ارتفاع سطح الطباعة + مسافة العمل).
   ملاحظة: سرعة الحركة قابلة للتعديل أيضا؛ 9,000 مم/دقيقة هي قيمة مناسبة لمعدلات الطباعة النموذجية.
7. قم بتحميل الحبر الحيوي السائل في الحقنة، وركبها في مضخة الحقنة في الطابعة الحيوية ثلاثية الأبعاد.
8. اطبع الحبر الحيوي على ركيزة الطباعة بالضغط على زر الطباعة.
9. أثناء الطباعة، تحكم في حركة رأس الطباعة بالكامل بواسطة البرنامج. شغل مضخة الحقنة يدويا قبل أن يلامس رأس الطباعة سطح الطباعة.
   ملاحظة: يتم تحديد تنسيق مضخة الحقنة والطابعة تجريبيا بناء على سرعة البثق، وسرعة تحرك رأس الطباعة إلى نقطة الطباعة الأولى، والموقع الأولي لرأس الطباعة. إذا كان موضع رأس الطباعة الأولي 20 مم، مع سرعة رأس الطباعة 9,000 مم/دقيقة وسرعة بثق 0.1 مل/ساعة، شغل مضخة الحقنة فور بدء الطباعة. إذا تم تغيير سرعة البثق من 0.1 مل/ساعة إلى 0.3 مل/ساعة، انتظر 2−3 ثانية لبدء مضخة الحقنة بعد بدء الطباعة.
10. أوقف مضخة الحقنة بمجرد وصول رأس الطباعة إلى آخر نقطة للطباعة. أوقف مضخة الحقنة قبل أن يرتفع رأس الطباعة في نهاية عملية الطباعة، وإلا سيسقط الحبر الحيوي الزائد على ركيزة الطباعة ويقلل من دقة الطباعة.
11. لبناء هياكل ثلاثية الأبعاد، يمكنك التحكم في جميع حركات رأس الطباعة في محرر G-code. اكتب في ارتفاع الطباعة للطبقة الأولى. زد قيمة Z في رمز G بمقدار 0.2 مليمتر للطبقة الثانية لزيادة ارتفاع الطباعة. بعد ذلك، زد قيمة Z بمقدار 0.1 مليمتر عند الانتقال إلى طبقة أعلى. لا تحرك اللوحة أثناء عملية الطباعة.
12. لقياس عرض وارتفاع الهيدروجيل المطبوع، استخدم مسطرة فولاذية موضوعة تحت أو بجانب العينة.

2. زراعة واختبار فعالية إنتاج الأغشية الحيوية بواسطة الإشريكية القولونية

1. حضن العينات المطبوعة في درجة حرارة الغرفة لمدة 3−6 أيام للسماح بإنتاج مكونات الأغشية الحيوية (ألياف الكيرلي). صور الألواح باستخدام كاميرا أو ماسح فلوري.
2. لإذابة مصفوفة الألجينات، أضف 20 مل من محلول سترات الصوديوم بسعة 0.5 مولار (pH = 7 بعد تعديل NaOH) إلى ركائز الطباعة، وحضن لمدة ساعتين مع هز 30 دورة في الدقيقة على درجة حرارة الغرفة. تخلص من السائل وصور الألواح مرة أخرى لمقارنتها بصور الصحون قبل معالجة السترات.

الجدول 1: عملية البرمجة وتفسيرات رمز G لطباعة مربع.

أوامر G-code	المهام
G1 Z20 F9000	ارفع محور Z إلى ارتفاع 20 مم بسرعة حركة 9,000 مم/دقيقة.
G1 X95 Y65 F9000	انتقل إلى نقطة البداية في الخط الأول بسرعة حركة 9,000 مم/دقيقة.
G1 Z6 F9000	تحرك للأسفل في اتجاه Z إلى مسافة طباعة صحيحة (هنا Z = 6 مم).
G1 X95 Y105 F300	نقطة نهاية السطر الأول ونقطة بداية السطر الثاني.
G1 X135 Y105	نقطة نهاية السطر الثاني ونقطة بداية السطر الثالث.
G1 X135 Y65	نقطة نهاية السطر الثالث ونقطة بداية السطر الرابع.
G1 X95 Y65	نقطة نهاية السطر الرابع ونقطة البداية للخط الأول؛ يتكون مربع.
G1 Z20 F9000	ارفع محور Z إلى ارتفاع 20 مم بسرعة 9,000 مم/دقيقة.
G1 X55 Y40 F9000	انتقل إلى إحداثي (55، 40) خارج نطاق طبق بيتري.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
مسحوق المرق LB	سيغما-ألدرتش	L3022
هزاز المدار	VWR	89032-092	موديل 3500
طبق بتري	VWR	25384-326	150 × 15 مم
رامنوز	سيغما-ألدرتش	83650
أنابيب السيليكون	VWR	دين 3100103/25
مضخة الحقنة	بروسينس بي في.	NE-300
ألجينات الصوديوم	سيغما-ألدرتش	W201502
سترات الصوديوم أحادي الأساس	سيغما-ألدرتش	71498
أكسيد الصوديوم	VWR	28244.295