本方案提供了通过熔体静电纺丝在直接书写模式下制备支架的全面指南。我们系统地概述了该过程，并定义了实现目标支架结构的适当参数设置。
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本文内容
摘要
摘要
本教程探讨了聚合物熔体静电纺丝书写的基本原理和指导原则，这是一种在生物医学应用中具有巨大潜力的增材制造技术。该技术通过在喷丝头与收集器之间施加电压，形成稳定的黏弹性聚合物射流，实现生物相容性聚合物纤维的直接沉积，从而制备出亚微米至微米尺度范围内结构有序的支架。典型的多孔支架具有较高的比表面积，可为细胞附着和生长提供更多有效的黏附位点。通过精确调控系统参数来控制打印过程，能够实现所打印支架质量的高度可重复性。同时，该技术也为用户提供了灵活的制造平台，可根据特定需求定制支架的形貌结构。为此，本文提供了一套利用熔体静电纺丝书写（MEW）技术、通过有指导性地调节参数（包括流速、电压和收集速度）来获得不同纤维直径的实验方案。此外，我们还展示了如何优化射流，讨论了常见的技术难题，解释了相应的故障排除方法，并展示了多种可打印支架结构。
引言
利用细胞制造三维（3D）生物相容性结构是增材生物制造技术对组织工程（TE）的关键贡献之一，其目标是通过应用定制的生物材料、细胞、生化因子或它们的组合来修复组织。因此，组织工程应用中支架的主要要求包括：可由生物相容性材料制造、具备可调控的形态学特性以促进靶向细胞侵入，以及优化的表面特性以增强细胞相互作用1。
熔体静电纺丝（MEW）是一种无溶剂的制造技术，结合了增材制造（常称为3D打印）和静电纺丝的原理，用于制备具有高度有序超细纤维形貌的聚合物网状结构2。该技术属于直接书写法，能够根据预设的程序代码（称为G代码）精确沉积纤维3。目前，熔体静电纺丝结构通常采用平板4,5或芯轴6,7收集器，分别用于制备多孔平板状和管状支架。
由于能够直接打印医用级聚合物（如聚ε-己内酯（PCL）），该技术为组织工程（TE）和再生医学（RM）领域带来了显著优势，PCL具有优异的生物相容性8。其他优势还包括可通过高度有序地沉积纤....
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方案
1. 材料准备
- 使用漏斗将2 g PCL填充至一个3 mL塑料注射器中，并将活塞插入开口端。
- 将注射器置于预热至65 °C的烘箱中加热8 h。针头朝上放置，以便气泡聚集在开口附近。
- 用细物推动活塞，排出熔融材料中截留的空气。
- 使其冷却至室温，当聚合物在10分钟后不再透明时即完成冷却。
- 将预装PCL的注射器在干燥、避光的环境中室温保存，直至使用。
2. 硬件与软件设置
- 将一个23G平头针（喷丝头）连接到注射器上，并在另一端安装筒管适配器，以将注射器连接至气压系统。
- 将注射器放入打印头中，并向下按压，直至喷丝头尖端从打印头底侧的黄铜部分突出1 mm。
- 在载物台上安装收集器，并使用70%（体积/体积）乙醇清洁收集器表面以及打印头，以去除灰尘或残留的聚合物。
- 通过在喷丝头与收集器之间放置一个12 mm高的物体来设定工作距离，并降低打印头，直到喷丝头尖端刚好接触该物体。
- 调节电控箱上的温度调节器，分别将喷丝头区域和注射器的温度设为82 °C和65 °C，并开启电源以熔化PCL。
- 至少等待10分钟，直至聚合物完全熔融，然后通过将压力调节器设为1.8 bar来启动气压。
- 准备G代码，以定义支架的尺寸和形状、丝线间距、层数以及收集过程....
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结果
在MEW中通常采用两种不同的收集方法，即平面收集和心轴收集。所得到的结构取决于由软件执行的G代码编程（表2）。
平面收集
采用平面收集器是最常见的方法，可实现材料按照预设的G代码直接沉积。文献中广泛报道了不同尺寸的0/90和0/60结构。此外，当使用带有图案的平面收集器而非光滑收集器时，直接将熔融纤维沉积到收集器上的能力也有助于生成随机但有序的结构14。
管状结构
在组织工程应用中，对具有管状结构的支架制造需求很大。通过使用圆柱形收丝装置，熔体电纺丝（MEW）是一种实现具有定制孔隙率的管状支架的有效方法。该装置围绕自身轴线旋转，同时沿芯轴轴向平移。通过精细调节G代码，可.......
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讨论
将增材制造（AM）应用于医疗领域以寻找创新解决方案，为21世纪的医疗挑战提供了新的范式st 世纪。所谓的领域 "生物制造" 呈上升趋势，制造技术的创新使得为组织工程（TE）应用生产高度复杂的结构成为可能。聚合物熔体在直接书写模式下的静电纺丝（此处为MEW）被视为最有望满足组织工程领域需求的制造技术之一，该领域需要微米至纳米尺度的生物相容性材料有序结构。27.
本教程旨在通过解释微挤出书写（MEW）的物理原理并演示使用该技术制造可重复支架的具体操作步骤，来建立对MEW操作的基本认识。
由于微尺度电纺丝（MEW）的基本原理与传统的增材制造技术相似，即以逐层方式精确沉积挤出材料，因此控制喷头与收集器之间的相对运动至关重要。根据我们的经验，建议使用喷头固定不动、而由平台（X轴和Y轴）带动收集器运动的MEW设备。固定的喷头可保持稳定位置，不会产生作用于泰勒锥的运动学力，从而避免在泰勒锥形成过程中可能引起的扰动。此外，与高压电源和加热器相连的线路也不会因.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作得到了细胞治疗制造合作研究中心（CRC）、澳大利亚研究理事会（ARC）增材生物制造研究中心以及慕尼黑工业大学高等研究院的经费支持。本研究由澳大利亚研究理事会增材生物制造产业转型培训中心（IC160100026）开展，网址为 http://www.additivebiomanufacturing.org。敬请访问该网站，查阅与本项目相关的文章、书籍、电视或广播节目、电子媒体以及任何其他文学作品。此外，作者衷心感谢 Maria Flandes Iparraguirre 在拍摄方面的支持，Philip Hubbard 的配音工作，以及 Luise Grossmann 的拍摄与剪辑工作。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 塑料注射器 | Nordson 澳大利亚有限公司 | 7012072 | EFD 桶形针筒 3 mL 透明 50 个装 |
| 医用级聚（εε-己内酯（mPCL） | 荷兰科碧恩普拉克公司 | PURASORB PC12 | |
| 23 号针头 | Nordson 澳大利亚有限公司 | 7018302 | #23GP .013 X .25 橙色 50 件装 |
| 活塞杆 | Nordson 澳大利亚有限公司 | 7012166 | 3 mL 带擦拭片白色活塞，50 个/包 |
| 压力适配器 | Nordson Australia Pty Ltd | 7012059 | 3 mL 蓝色适配器，O型，1.8 M |
| 铝制集流体 | Action Aluminium，澳大利亚 | SHP2 | 5005号表 H34 |
| 丙烯酸玻璃 | Mulford Plastics Pty Ltd | ACC6-13094 | |
| Mach 3 软件 | 艺术软体 | 网上购买 | |
| 安全开关联锁 | RS Components 有限公司 | 12621330 | |
| 高压发生器 | EMCO 高压公司 | DX250R | |
| 温度控制器 | WATLOW | PM9R1FJ | |
| X和Y轴定位载玻片 | VELMEX 公司 | XN-10-0020-M011 |
参考文献
- Muerza-Cascante, M. L., Haylock, D., Hutmacher, D. W., Dalton, P. D. Melt Electrospinning and Its Technologization in Tissue Engineering. Tissue Eng Part B Rev. 21 (2), 187-202 (2015).
- Brown, T. D., Dalton, P. D., Hutmacher, D. W. Melt electrospinning today: An opportune time for an emerging polymer process. Prog. in pol Sci. , (2015).
- Brown....
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重印与许可
