Method Article

زخرفه ثلاثية الابعاد من الاغشيه البيولوجية المهندسة مع بيوركانتر تفعل ذلك بنفسك

DOI:

10.3791/59477

⸱

May 16th, 2019

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Bionanoscience & Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology, 2Department of Biology, University of Rochester

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

توضح هذه المقالة طريقه تحويل طابعه ثلاثية الابعاد تجاريه منخفضه التكلفة إلى طابعه ثلاثية الابعاد بكتيرية يمكنها تسهيل طباعه الاغشيه البيولوجية المنقوشة. وتوصف جميع الجوانب الضرورية لاعداد البيولوجية والحبر الحيوي ، فضلا عن أساليب التحقق لتقييم تكوين الاغشيه البيولوجية.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الاغشيه البيولوجية هي مجاميع من البكتيريا المضمنة في مصفوفة ذاتية الإنتاج ذات نقوش مكانيه. البكتيريا داخل بيوفيلم تطوير مقاومه المضادات الحيوية المعززة ، والتي تشكل المخاطر الصحية المحتملة ، ولكن يمكن أيضا ان تكون مفيده للتطبيقات البيئية مثل تنقيه مياه الشرب. سيتطلب تطوير المزيد من العلاجات المضادة للبكتيريا والتطبيقات المستوحية من بيوفيلم تطوير طرق قابله للنسخ والهندسة لإنشاء بيوفيلم. في الاونه الاخيره ، تم تطوير طريقه جديده لاعداد بيوفيلم باستخدام طابعه ثلاثية الابعاد (3D) معدله مع حبر بكتيري. توضح هذه المقالة الخطوات اللازمة لبناء هذا فعاله ، منخفضه التكلفة 3D بيوركانتر التي توفر تطبيقات متعددة في معالجه المواد المستحثة بالجراثيم. يبدا البروتوكول بطابعه تجاريه ثلاثية الابعاد تمت الاستعاضة فيها عن الطارد بموزع الحبر الحيوي المتصل بنظام ضخ المحاقن مما يتيح تدفقا مستمرا وقابلا للتحكم من الحبر الحيوي. لتطوير الحبر الحيوي مناسبه للطباعة بيوفيلم ، تم تعليق البكتيريا القولونية التي تمت هندستها في محلول من الجينات ، بحيث يصلب في اتصال مع سطح يحتوي علي الكالسيوم. ان ادراج ماده كيميائية محفز داخل الركيزة الطباعة يدفع التعبير عن البروتينات بيوفيلم داخل الحبر الحيوي المطبوعة. تمكن هذه الطريقة من الطباعة ثلاثية الابعاد للأنماط المكانية المختلفة المكونة من طبقات منفصلة من الاغشيه البيولوجية المطبوعة. ويمكن لهذه الاغشيه الحيوية المتحكم فيها مكانيا ان تكون بمثابه نظم نموذجيه ويمكن ان تجد تطبيقات في مجالات متعددة لها تاثير واسع النطاق علي المجتمع ، بما في ذلك منع مقاومه المضادات الحيوية أو تنقيه مياه الشرب ، من بين أمور أخرى.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وهناك حاليا حاجه متزايدة إلى وضع حلول مستدامه وصديقه للبيئة لإنتاج المواد المنقوشة مكانيا ، بسبب العدد المتزايد من الأسواق لهذه المواد1. يقدم هذا المقال طريقه بسيطه واقتصاديه لإنتاج هذه المواد ، التالي يقدم طيفا واسعا من التطبيقات في المستقبل. تسمح الطريقة المعروضة هنا بالطباعة ثلاثية الابعاد (3D) للهياكل المنقوشة مكانيا باستخدام الحبر الحيوي الذي يحتوي علي البكتيريا الحية. تبقي البكتيريا قابله للحياة داخل الهياكل المطبوعة لأكثر من أسبوع واحد ، مما يمكن البكتيريا من أداء الانشطه الايضيه الطبيعية أو المهندسة. البكتيريا المطبوعة التالي يمكن ان تنتج وتودع المكونات المطلوبة داخل الهيكل المطبوع ، علي سبيل المثال خلق بيوفيلم الوظيفية عبر المرتبطة

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. تحويل طابعه 3D تجاريه إلى 3D بيوركانتر

  1. أزاله الطارد وسخان الطابعة التجارية 3D (جدول المواد) من اطار الطابعة ، وافصل الأسلاك السيطرة علي هذه العناصر من لوحه الدوائر الرئيسية (الشكل 1a). وبما ان جهاز الاستشعار الذي يتحكم في درجه حرارة التشغيل في الطابعة يحتاج إلى ان يكون وظيفيا للتواصل مع برنامج الطابعة ، فقم بازاله برنامج الطباعة الخوارزميه التي تؤخر الطباعة حتى يتم الوصول إلى درجه الحرارة التشغيلية.
  2. توصيل طرف ماصه (200 μL غيض) عن طريق أنابيب السيليكون (القطر الداخلي من 1 ملم) إلى حقنه 5 مل تحميلها في مضخة حقنه. جبل طرف الماصة علي راس الطارد الطابعة 3D كبديل للطارد الأصلي (الشكل ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الخطوة الاولي لنجاح الطباعة ثلاثية الابعاد من الاغشيه البيولوجية هو تحويل طابعه 3D التجارية إلى بيوركانتر. ويتحقق هذا التحويل عن طريق أزاله الطارد وسخان من الطابعة ، والمصممة للطباعة بالحبر البوليمر ، واستبدال هذه مع المكونات المناسبة لطباعه الحبر الحيوي التي تحتوي علي البكتيريا الحية (الشكل 1A). يتم استبدال الطارد بطرف ماصه (أو نصائح ، إذا كان سيتم استخدام العديد من الأحبار الحيوية في عمليه الطباعة) المرفقة بنظام أنابيب متصل بمضخة الحقنه (

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

البروتوكول المعروض هنا للطباعة ثلاثية الابعاد من الاغشيه الحيوية المهندسة له خطوتين حاسمتين. الأول هو اعداد سطح الطباعة أجار ، وهو العامل الأكثر اهميه لإنتاج دقه الطباعة محدده. من المهم التاكد من ان سطح الطباعة مسطح وانه يتم وضع طرف الماصة علي الراس في الارتفاع الصحيح من السطح. إذا لم يكن السطح مسطحا ، ستتغير مسافة العمل اثناء عمليه الطباعة. إذا كانت مسافة العمل اقل من 0.1 مم ، يمكن ان يدخل محلول CaCl2 داخل طرف الماصة ويسبب تشكيل هيدروجيل ، مما يتسبب في انسداد طرف الماصة. إذا كانت مسافة العمل أكثر من 0.3 مم ، .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وكان هذا العمل مدعوما بمنحه من الأرض (رقم FA2386-4059) ، المنظمة الهولندية للبحوث العلمية (NWO/أؤبن كورس واير) كجزء من برنامج افاق العلوم النانويه ، وبرنامج المواد المتقدمة NWO-NSFC (رقم 729.001.016). ويعترف المؤلفون بالمساعدة المختبرية لرامون فان دير فألك ورولان Kieffer.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
طابعة ثلاثية الأبعادCoLiDo3D-P Kit
برنامج الطباعة ثلاثي الأبعادCoLiDoPrint-Rite ColiDo Repetier-Host v2.0.1
AgarSigma-Aldrich05040
CaCl2< / sub> ثنائي الهيدراتسيجما ألدريتشC7902
طرد مركزيEppendorf5810 R
ChloramphenicolSigma-Aldrich3886.1
LB مرق مسحوقSigma-AldrichL3022
شاكر مداريVWR89032-092نموذج 3500
طبق بتريVWR25384-326150 × 15 مم
RhamnoseSigma-Aldrich83650
أنابيب السيليكونVWR & nbsp ؛مضخة حقنة DENE 3100103/25
ProSense BV.  NE-300
ألجينات الصوديومسيجما ألدريتشW201502
سترات الصوديوم أحادية القاعدةسيجما ألدريتش71498
هيدروأكسيد الصوديومVWR28244.295
جهاز

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Tibbitt, M. W., Rodell, C. B., Burdick, J. A., Anseth, K. S. Progress in material design for biomedical applications. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (47), 14444-14451 (2015).
  2. Schmieden, D. T., et al.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

3D BioprinterBiofilm PrintingAlginate BioinkEscherichia coliZ axis CalibrationSyringe PumpCurli ExpressionSodium CitratePetri DishG code Editor

Related Articles