Name: Elektrospinnen Schreiben von dreidimensionalen Poly(ε-caprolactone) Gerüste mit steuerbaren Morphologien für Tissue Engineering Anwendungen zu schmelzen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-12-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 28 s
Description: Lernen Sie das Schmelzelektrospinnen im Direktschreibmodus zur Herstellung geordneter Poly(ε-caprolactone)-Gerüste für Tissue Engineering. Diese Methode ermöglicht präzise Kontrolle über Fasermorphologie und Architektur.

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Diese Arbeit wurde finanziell von der Cooperative Research Centre CRC für Zelle Therapie Fertigung, das Australian Council ARC Forschungszentrum in Additiv Biomanufacturing und dem Institute for Advanced Study an der technischen Universität München unterstützt. Diese Forschung wurde von dem australischen Forschung Rat industrielle Transformation Ausbildungszentrum in Additiv Biomanufacturing http://www.additivebiomanufacturing.org (IC160100026) durchgeführt. Bitte besuchen Sie die Website für Artikel, Bücher, Fernsehen oder Radio Programme, elektronischen Medien oder andere literarische Werke, die im Zusammenhang mit dem Projekt. Ferner bestätigen die Autoren dankbar Maria Flandes Iparraguirre für Unterstützung bei Dreharbeiten, Philip Hubbard für die Stimme über und Luise Grossmann für Dreh und Schnitt.

1. materielle Vorbereitung
<ol>
	<li>Füllen Sie 2 g PCL in einer 3 mL Kunststoffspritze mit einem Trichter und setzen Sie einen Kolben in das offene Ende.</li>
	<li>Legen Sie die Spritze im vorgeheizten Ofen bei 65 ° C für 8 h Punkt der Spitze nach oben um die Luftblasen zu aggregieren schließen, um die Öffnung zu ermöglichen.</li>
	<li>Drücken Sie den Kolben mit einem dünnen Gegenstand, die eingeschlossene Luft in das geschmolzene Material veröffentlichen.</li>
	<li>Lassen Sie es abkühlen auf Raumtemperatur, die erreicht wird, wenn das Polymer nicht nach 10 Minuten nicht mehr transparent ist.</li>
	<li>Lagern Sie die vorinstallierte PCL-Spritze bei Raumtemperatur an einem trockenen und dunklen, bis es verwendet wird.</li>
</ol>
2. Hardware und Software-Setup
<ol>
	<li>Legen Sie eine 23G flache Spitzen Nadel (Spinndüse) auf die Spritze und ein Fass-Adapter am anderen Ende die Spritze mit Luft-Druck-System verbinden.</li>
	<li>Legen Sie die Spritze in den Druckkopf und drücken Sie an, bis 1 mm aus dem Messingteil an der Unterseite des Kopfes der Spinndüse Tipp hervorsticht.</li>
	<li>Montieren Sie einen Kollektor auf der Bühne und reinigen Sie die Oberfläche als auch den Druckkopf mit Ethanol 70 % (Vol/Vol), Staub oder passives Polymer zu entfernen.</li>
	<li>Den Arbeitsabstand von Positionierung einen 12 mm hohen Gegenstand zwischen die Spinndüse und der Sammler und senken Sie den Druckkopf zu, bis die Spinndüse Spitze nur es berührt.</li>
	<li>Passen Sie den Temperaturregler im elektrischen Feld auf 82 ° C und 65 ° C für die Spinndüse Region und die Spritze bzw. und macht sie auf Schmelze der PCL.</li>
	<li>Für mindestens 10 Minuten warten Sie, bis das Polymer geschmolzen ist und initiieren Sie den Luftdruck zu, indem Sie den Regler auf 1,8 Bar.</li>
	<li>Bereiten Sie den G-Code, der Größe und Form, zwischen Filament Abstand und die Anzahl der Schichten des Gerüstes und der Sammlung Geschwindigkeit des Prozesses zu definieren. Hinweis: Eine detaillierte Vorlage für die Herstellung von flachen und röhrenförmigen Gerüste erfolgt im Abschnitt "Diskussion" (Tabelle 2).</li>
	<li>Manuell überprüfen Sie, dass alle Boden-Kabel sicher mit das Gehäuse und der Steckdose verbunden sind.</li>
	<li>Starten Sie die Software (z.B.MACH 3) auf dem Computer und laden Sie die vorbereiteten G-Code.</li>
</ol>
(3) Gerüst Herstellung
<ol>
	<li>Schließen Sie die vordere Tür des Gehäuses, die verbindet der Sicherheitsverriegelung und löst die Hochspannungsversorgung, die Spinndüse. Hinweis: Sobald die Tür geöffnet wird, können zum Beispiel wenn ein Druck beendet ist oder im Falle eines Notfalls die hohe Spannungsabfälle und das Gerüst sicher entfernt werden.</li>
	<li>Die hohe Spannung allmählich in 0,2 kV-Schritten zu erhöhen, bis ein Taylor-Kegel gebildet wird und eine Faser wird in Richtung des Sammlers ausgeworfen (siehe beispielhafte Taylor Kegel in Abbildung 1).</li>
	<li>Ermöglichen der Polymerschmelze, auf der noch Sammler Platte zur Stabilisierung des Jets ohne Bewegung für 5 Minuten extrudiert werden. Entfernen Sie den Haufen Material vor Beginn einer neuen Auflage.</li>
	<li>Verwenden Sie den Cursor auf der Tastatur, um den Druckkopf über dem Punkt zu bewegen, wo die G-Codes beginnen werden.</li>
	<li>Starten Sie den G-Code in der Software auf dem Computer.</li>
</ol>
(4) Faser Durchmesser Anpassung
<ol>
	<li>Halten Sie den Arbeitsabstand (12 mm) und der Temperaturregler (82 ° C und 65 ° C für die Spinndüse Region und die Spritze bzw.) auf einem konstanten Niveau wie zuvor beschrieben Schritte in 2.4 und 2.5. Hinweis: Eine Anpassung der unterschiedliche Durchmessern ist in Tabelle 3zusammengefasst.</li>
	<li>Fasern mit kleinen großen Durchmessern (3-10 µm) zu drucken. Reduzieren Sie die Luft Druckniveau auf 0,8 Bar, passen Sie die angelegte Spannung bis 8 kV und Satz Kollektor bis 1700 mm/min beschleunigen.</li>
	<li>Print Fasern mit mittlerer Größe Durchmesser (10-20 µm). Stellen Sie den Luftdruck auf 1,5 bar, eingestellte Spannung bis 11 kV und senken die Sammlung beschleunigen bis 1200 mm/min.</li>
	<li>Fasern mit großem Durchmesser (20-30 µm) zu drucken. Die Luft Druck erhöhen bis 2,6 Bar, verändern die angelegte Spannung bis 12 kV und Abnahme der Sammlung bis 700 mm/min beschleunigen.</li>
</ol>
(5) Jet-Optimierung
<ol>
	<li>Den Jet mit einem starken LED-Licht von außerhalb des Gehäuses für eine bessere Sicht zu beleuchten.</li>
	<li>Beobachten Sie das Verhalten der Faser 1 Minute lang und passen Sie die Systemparameter zur Optimierung des Prozesses in kleinen Schritten, d.h. 0,1 kV für anliegende Spannung, 100 mm/min für Sammlung Geschwindigkeit und 0,1 Bar Luftdruck. Hinweis: Eine Zusammenfassung ist in Tabelle 4angegeben.</li>
	<li>Zu stabilisieren, in regelmäßigen Abständen Ablenkung Verhalten durch Verringerung des Luftdrucks, Erhöhung der Geschwindigkeit und die Spannung zu minimieren, bis die Flugbahn der Faser eine stabile Oberleitung Kurve länger als 3 Minuten ähnelt.</li>
	<li>Korrigieren Sie die Flugbahn ein Rückstand an Jet durch Erhöhung der Spannung, Verringerung des Luftdrucks und Verringerung der Geschwindigkeit des Sammlers. Gelten Sie diese Maßnahmen, bis die Flugbahn der Faser wieder auf eine Oberleitung Kurvenform verschoben.</li>
	<li>Vermeiden Sie Fasern Reisen vertikal in Richtung des Sammlers durch die angelegte Spannung verringern, Erhöhung der Geschwindigkeit des Kollektors und den Luftdruck erhöhen, bis die Flugbahn des Jets behält die Form einer Fahrleitung Kurve wieder.</li>
</ol>
(6) Gerüst Sammlung
<ol>
	<li>Öffnen Sie die Tür, wenn der Druck abgeschlossen ist, und verwenden Sie den Cursor, um die Sammler-Platte auf die Tür zur besseren Zugänglichkeit zu bewegen.</li>
	<li>Sprühen Sie das Gerüst mit Ethanol 70 % (Vol/Vol) Mix und warten Sie 10 Sekunden, bis es sichtbar aus dem Kollektor löst.</li>
	<li>Sammeln Sie das fertige Gerüst von grabbing eine Kante mit einer Pinzette und hob sie aus dem Gehäuse heraus.</li>
</ol>
7. Fehlersuche
<ol>
	<li>Verringern Sie die angelegte Spannung zu, oder öffnen Sie die Tür sofort, wenn ein Funke zwischen der Spinndüse sichtbar oder ein knackendes Geräusch hörbar ist.</li>
	<li>Entfernen Sie alle gefährlichen Stoffe und Flüssigkeiten wie Ethanol 70 % (Vol/Vol) aus dem Inneren des Gehäuses, wie ein Feuer im Falle möglicher Funken entzünden könnte.</li>
	<li>G-Code entsprechend zu programmieren, dass die Spinndüse bewegt sich weg von der Gegend wo das Gerüst wird gedruckt, nachdem alle Ebenen fertig sind. Dies vermeidet Materialanhäufung oberhalb der Stelle, wo die Spinndüse endlich aufhört.</li>
	<li>Überprüfen Sie die Spinndüse unter die Lupe und überprüfen Sie, ob gibt es keine Schäden an der Spinndüse, wie dies die Homogenität des Kegels Taylor maßgeblich beeinflussen wird.</li>
</ol>

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Die Autoren haben nichts preisgeben.

AM zu integrieren, um innovative Lösungen für die Herausforderungen im Bereich Medizin zu finden stellt ein neues Paradigma für das 21St -Jahrhundert. Das so genannte "Bio-Fabrication" ist auf dem Vormarsch und Innovationen in Fertigungstechnologien ermöglichen die Produktion von hoch entwickelten Architekturen für TE Anwendungen. Elektrospinnen von Polymerschmelzen in eine direkte Schreibmodus (hier MEW) gilt als eines der vielversprechendsten Kandidaten Fertigung erfüllen die Bedürfnisse der Gemeinschaft TE ...

Die Herstellung von dreidimensionalen (3D) biokompatible Strukturen für Zellen ist einer der wichtigsten Beiträge der additive Biomanufacturing Gewebe Engineering (TE), mit dem Ziel, Gewebe wiederherzustellen, indem die Anwendung maßgeschneiderte Biomaterialien, Zellen, biochemische Faktoren, oder eine Kombination davon. Fügen Sie daher die wichtigsten Anforderungen von Gerüsten für TE Anwendungen: Herstellbarkeit von biokompatiblen Materialien, steuerbare morphologischen Eigenschaften für gezielte Zellinvasion und optimierte Oberflächeneigenschaften für verstärkte Zelle Interaktion 1.
MEW ist eine lösungsmittelfreie Herstellungstechnik, die die Grundsätzen der additiven Fertigung (häufig sogenannte 3D-Druck) und Elektrospinnen für die Herstellung von Polymeren Netze mit hochgeordnete ultradünne Faser Morphologien2kombiniert. Es ist eine direkte schreiben Ansatz und präzise Einlagen Fasern nach vorprogrammierten Codes3, genannt G-Codes. Schmelze Electrospun, die Konstrukte derzeit sind mit einer flachen4,5 oder6,7 Sammler Dorn, um poröse flach und röhrenförmigen Gerüste bzw. zu fabrizieren zubereitet.
Diese Technik bietet erhebliche Vorteile TE regenerative Medizin (RM) Gemeinschaft und durch die Möglichkeit, direkt drucken medizinischem Polymere, wie z. B. poly(ε-caprolactone) (PCL), die ausgezeichnete Biokompatibilität8präsentiert. Weitere Vorteile sind die Möglichkeit, die Größe und Verteilung der Porosität, anpassen, durch die Hinterlegung der Fasern in hohem Grade organisiert Weise Gerüste hohe Oberflächen-Volumen-Verhältnis herzustellen. Bevor MEW durchgeführt werden kann, erfordert das Polymer zunächst die Anwendung von Wärme9. Einmal in einem flüssigen Zustand ein angewandte Luftdruck zwingt es heraus durch eine metallische Spinndüse fließen, die an einer Hochspannungsquelle angeschlossen ist. Der Kräfteausgleich zwischen der Oberflächenspannung und der Reiz der elektrostatisch geladene Tropfen an den geerdeten Sammler führt zur Bildung eines Taylor Kegel, gefolgt von den Auswurf eines Jet-10.
Bilder und eine schematische Zeichnung der hauseigenen Build MEW Vorrichtung verwendet für dieses Protokoll sind in Abbildung 1dargestellt. Es zeigt zusätzlich die Grundsätze der mit Isolierband, um elektrischen Entladung zwischen den Heizelementen und die elektrisch geladenen Messingteil rund um die Spinndüse zu vermeiden. Unzureichende Isolation führt zu internen Schäden der implementierten Hardware.
Je nach Einstellung der drei System-Parameter (Temperatur, Geschwindigkeit und Luftdruck Sammlung) ermöglicht MEW die Herstellung von Fasern mit verschiedenen Durchmessern, in die Diskussion Abschnitt erklärt. In den meisten Fällen werden jedoch Feinabstimmung und Optimierung der Jet erforderlich, bevor ein stabile Jet ausgeworfen werden. Die Visualisierung der elektrifizierten Reisen Jet ist ein effektiver Weg, um die Konsistenz und Homogenität des Prozesses zu überprüfen. Im Idealfall ähnelt die Flugbahn eine Fahrleitung Kurve durch ein Kräfteausgleich, gesteuert von der System-Parameter-11erworben. Darüber hinaus ist die Mikro und Makro-Struktur die Gerüste der Flugbahn des Polymer Jet12abhängig. Eine detaillierte Tabelle mit verschiedenen Durchbiegung Verhaltensweisen und Maßnahmen zur Optimierung ist im Abschnitt Diskussion gegeben.
In der vorliegenden Studie präsentieren wir eine Protokoll, die die Fertigungsschritte zur Herstellung von streng kontrollierte faserige Gerüste mit MEW-Technologie beschreibt. In dieser Arbeit, medizinische Grade PCL (Molekulargewicht 95-140 kg/Mol) wurde verwendet, da diese medizinischem PCL Reinheit in technischer Qualität verbessert hat, und seine mechanischen und Verarbeitung Eigenschaften eignen sich hervorragend für MEW. Breite Schmelze Verarbeitung Palette von PCL stammt aus seiner niedrigen Schmelzpunkt (60 ° C) und hohe thermische Stabilität. PCL ist übrigens ein langsam-Rate biologisch abbaubare Polymer, wodurch es ein ausgezeichnetes Material für viele Gewebetechnik Anwendungen13.
Für diese Studie wird die Temperatur und Sammler Abstand konstant gehalten werden (65 ° C und 82 ° C für die Spritze und Spinndüse Temperaturen (bzw.) und 12 mm für den Sammler-Abstand); angelegte Spannung, Sammler Geschwindigkeit und Luftdruck, wird jedoch variiert werden, um Fasern mit gezielten Durchmessern zu fabrizieren. Eine detaillierte Liste der veröffentlichten Studien mit MEW Gerüste finden Sie in den Abschnitt "Ergebnisse" und zeigt verschiedene Anwendungen für die Bereiche von TE und RM (Tabelle 1).

<table><tbody><tr><td>Kunststoffspritze</td><td>Nordson Australia Pty Ltd</td><td>7012072</td><td>EFD BARREL O 3mL Clear 50</td></tr><tr><td>Medical grade Poly (&epsilon;-caprolacton) (mPCL)</td><td>Corbion Purac, Niederlande</td><td>PURASORB PC12</td><td></td></tr><tr><td>23 GA Nadel</td><td>Nordson Australia Pty Ltd</td><td>7018302</td><td>#23GP .013 X .25 ORANGE 50 PC</td></tr><tr><td>Kolben</td><td>Nordson Australia Pty Ltd</td><td>7012166</td><td>KOLBEN O 3mL WH WIPER 50</td></tr><tr><td>Druckadapter</td><td>Nordson Australia Pty Ltd</td><td>7012059</td><td>ADAPTER ASM O 3mL BL 1.8M</td></tr><tr><td>Aluminiumsammler</td><td>Action Aluminium, Australien</td><td>SHP2</td><td>Blatt 5005 H34</td></tr><tr><td>Acrylglas</td><td>Mulford Plastics Pty Ltd</td><td>ACC6-13094</td><td></td></tr><tr><td>Mach 3 Software</td><td>Art Soft</td><td></td><td>Online gekauft</td></tr><tr><td>Sicherheitsschalterverriegelung</td><td>RS Komponenten Pty Ltd</td><td>12621330</td><td></td></tr><tr><td>Hochspannungsgenerator</td><td>EMCO High Voltage Co.</td><td>DX250R</td><td></td></tr><tr><td>Temperaturregler</td><td>WATLOW</td><td>PM9R1FJ X-</td><td></td></tr><tr><td>und Y-Positionierschlitten</td><td>VELMEX Inc.</td><td>Artikel-Nr.: XN-10-0020-M011</td><td></td></tr></tbody></table>

elektrospinnen schreiben von dreidimensionalen poly(ε-caprolactone) gerüste mit steuerbaren morphologien für tissue engineering anwendungen zu schmelzen

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Dieses Tutorial zeigt auf den grundlegenden Prinzipien und Richtlinien für die Elektrospinnen schreiben mit Polymer-Plastik schmilzt, eine additive Fertigung-Technologie mit großem Potenzial für biomedizinische Anwendungen. Die Technik ermöglicht die direkte Ablagerung von biokompatiblen Polymerfasern, wohlgeordneten Gerüste in der Sub-Mikrometer auf Mikroebene zu fabrizieren. Die Errichtung eines stabilen, viskoelastische, Polymer-Jet zwischen einer Spinndüse und Sammler geschieht mit Hilfe einer angelegten Spannung und kann direkt geschrieben. Ein wesentlicher Vorteil von einem typischen poröse Gerüst ist ein hohes Oberflächen-Volumen-Verhältnis bietet erhöhte effektive Haftung Websites für Zellhaftung und Wachstum. Steuerung des Druckprozesses durch Feinabstimmung der Systemparameter können hohen Reproduzierbarkeit in der Qualität der gedruckten Gerüste. Es bietet auch eine flexible Fertigung-Plattform für Anwender, die morphologische Strukturen der Gerüste an ihre spezifischen Anforderungen anzupassen. Zu diesem Zweck präsentieren wir eine geführte Änderung der Parameter, einschließlich Geschwindigkeit, Spannung und Sammlung Strömungsgeschwindigkeit ein Protokoll, um unterschiedliche Faserdurchmesser mit Schmelze Elektrospinnen schreiben (MEW) zu erhalten. Darüber hinaus führen wir optimieren die Jet, oft erfahrene technische Herausforderungen zu diskutieren, erklären Problembehandlungsverfahren und präsentieren eine Vielzahl von bedruckbaren Gerüst Architekturen.

Zwei verschiedene Methoden der Sammlung sind in MEW, gebräuchlich sind flach und Dorn-Sammlung. Die daraus resultierenden Architekturen richten sich nach der Programmierung des G-Codes (Tabelle 2), die durch die Software ausgeführt wird.
Flache Sammlung Anwenden von Flachkollektoren bezieht sich auf die am häufigsten verwendete Methode und ermöglicht die direkte Ablagerung von Material unter ...

Dieses Protokoll dient als ein umfassender Leitfaden, Gerüste über Elektrospinnen mit Polymer zu fabrizieren in eine direkte Schreibmodus schmilzt. Wir beschreiben den Prozess systematisch und definieren Sie die entsprechenden Parameter-Einstellungen für gezielte Gerüst Architekturen zu erreichen.

Elektrospinnen Schreiben von dreidimensionalen Poly(ε-caprolactone) Gerüste mit steuerbaren Morphologien für Tissue Engineering Anwendungen zu schmelzen

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...

Dieses Video-Tutorial beschäftigt sich mit dem Elektrospinnen von Polymerschmelzen im Direktschreibverfahren und gibt notwendige Anleitungen zur Herstellung von Gerüsten mit gut geordneten Architekturen. Elektrospinnen bezeichnet ein Polymerverarbeitungsverfahren, bei dem eine viskose Polymermasse durch eine Öffnung extrudiert wird, während durch Anlegen eines elektrischen Feldes ein Strahl entsteht. Elektrostatische Kräfte beschleunigen die Faser in Richtung eines entgegengesetzt geladenen oder geerdeten Sammlers.Um ein erforderliches Viskositätsniveau zu erreichen, wurden Polymere traditionell in Lösungsmitteln verflüssigt. Diese verdampfen während der Flugphase, was in Kombination mit dem elektrischen Feld zu einer starken Faserfaltung führt. Dies führt zu polymeren Gerüsten, deren morphologische Eigenschaften schwer zu kontrollieren, zu charakterisieren und zu reproduzieren sind.Dieses Experiment demonstriert das Elektrospinnen mit Polymerschmelzen. Anstelle einer Lösung wird die erforderliche Viskosität durch Erhitzen von Reinstpolymeren erreicht. Der Verzicht auf Lösungsmittel verbessert die makromolekulare Verhakung des Polymers und führt zu einer stabileren Flugbahn der Fasern.Die mikrometergroßen Fasern können präzise gemäß der Bewegung des Sammlers abgeschieden werden. Das Elektrospinnen von Polymerschmelzen im Direktschreibmodus ermöglicht die Herstellung gut geordneter Gerüstarchitekturen bis hinunter auf die Mikrometer- und sogar Nanoskala. Wir prognostizieren, dass die Technologie eine Schlüsselrolle in der Zukunft der Gewebeengineering- und regenerativen Medizin spielen wird.Die Technologie schließt eine lang erwartete Lücke zwischen herkömmlichen Faser-bildenden Verfahren und den Prinzipien des 3D-Drucks und eröffnet neue Wege für die Entwicklung der nächsten Generation von Gerüsten. Das mikroelektrogesponnene Schreiben ermöglicht die direkte Verarbeitung medizinischer Kunststoffe, wie Polycaprolacton oder PCL. Aufgrund der geringen Durchmesser sowie der hochgeordneten Strukturen und Porosität sind schmelz-elektrogesponnene PCL-Gerüste ideale Strukturen für Anwendungen in vitro und in vivo.Eine wichtige Voraussetzung für eine effektive Pyrolyse mit wertvollen Ergebnissen ist eine hochfunktionale Software und Hardware. Daher haben wir ein vollständig integriertes System mit automatisierter Perimetersteuerung entwickelt. Dies ermöglicht eine zuverlässige und spezifisch reproduzierbare Herstellung von Gerüsten, um die Anforderungen der Anwender ausreichend zu erfüllen.Das Schmelz-Elektrospinn-Schreiben beinhaltet die Herstellung von Scaffolds mit unterschiedlichen Architekturen. Die folgende Anleitung beschreibt die Materialvorbereitung, die Scaffold-Produktion, die Einstellung des Faserdurchmessers sowie die Optimierung der Strahlen. Füllen Sie zwei Gramm PCL in eine Drei-Milliliter-Kunststoffspritze und schieben Sie den Kolben vorsichtig ein.Stellen Sie die Spritze acht Stunden lang in einen vorgeheizten Ofen bei 65 Grad Celsius. Drücken Sie vorsichtig auf den Kolben, bis alle eingeschlossenen Luftblasen entfernt sind. Schließen Sie eine 23-Gauge-Nadel an und verbinden Sie sie mit dem Luftdrucksystem.Drücken Sie es nach unten, bis die Nadelspitze aus dem Messingtopf austritt. Bringen Sie den Sammler auf dem Objekttisch an. Montieren Sie ihn und reinigen Sie ihn mit 70 % Ethanol.Bestimmen Sie Geschwindigkeit und Richtung der Kollektorbewegung, indem Sie den G-Code so programmieren, dass Größe, räumlicher Faserabstand und Anzahl der Schichten des Gerüsts variiert werden. Wählen Sie bei zylindrischen Gerüsten die Drehgeschwindigkeit, die Translationsgeschwindigkeit und deren Wiederholungen, um die Dicke des Gerüsts festzulegen. Eine detaillierte Anleitung zur individuellen Programmierung von G-Codes für flache oder zylindrische Gerüste finden Sie in der Publikation.Öffnen Sie die Software Mach3 und laden Sie den generierten G-Code hoch. Es gibt fünf einstellbare Systemparameter, die die Qualität des resultierenden Scaffolds maßgeblich bestimmen. Dies sind Luftdruck, Spannung, Sammelgeschwindigkeit, Temperatur und Arbeitsabstand, die in der folgenden Reihenfolge angepasst werden sollten.Platzieren Sie einen 12 Millimeter hohen 3D-gedruckten Kunststoffblock zwischen Nadel und Sammler, um den Arbeitsabstand einzustellen. Schalten Sie beide Heizelemente ein und stellen Sie 65 Grad für den oberen und 82 Grad für den unteren Teil ein. Starten Sie den Luftdruck und warten Sie, bis das geschmolzene Polymer aus der Nadel extrudiert wird.Bevor Sie mit dem Verfahren beginnen, stellen Sie sicher, dass alle Erdungskabel fest angeschlossen sind. Schließen Sie die vordere Tür des Gehäuses, die die Verriegelung verbindet. Erhöhen Sie die Spannung, bis die extrudierte Schmelze sich in einen Taylor-Konus umwandelt und einen geschmolzenen Strahl in Richtung des Sammlers ausstößt.Lassen Sie die Polymerschmelze fünf Minuten lang auf die ruhende Sammelplatte extrudieren, um den Strahl zu stabilisieren. Das Elektrospinnen mit Polymerschmelzen ermöglicht die Herstellung von Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern. Dies kann erreicht werden, indem die Systemparameter Druck, Spannung und Geschwindigkeit gezielt variiert werden, während Abstand und Temperatur konstant gehalten werden.Über kleine bis mittlere elektrische Felder, relativ niedrigen Druck und hohe Sammelgeschwindigkeiten können Fasern mit kleinem Durchmesser zwischen drei und 10 Mikron gedruckt werden. Basierend auf den Erfahrungen in unserem Labor können wir Vier-Mikrometer-Fasern mit folgenden Werten herstellen: 0,9 bar, acht Kilovolt und 1.700 Millimeter pro Minute. Fasern mit mittlerem Durchmesser zwischen 10 und 20 Mikron können durch relativ niedrigen Druck, mittlere bis hohe Spannung und mittlere Sammelgeschwindigkeiten produziert werden.Aufgrund der Erfahrungen in unserem Labor können wir Fasern mit einem Durchmesser von 13 Mikrometer mit folgenden Werten drucken: 1,5 bar, 11 Kilovolt und 1.200 Millimeter pro Minute. Fasern im Bereich von 20 bis 30 Mikrometer oder mehr erfordern hohe Polymerspritzgeschwindigkeiten in Kombination mit vergleichsweise hohen Spannungen und möglichst niedrigen Sammelgeschwindigkeiten. Aufgrund der Erfahrungen in unserem Labor können wir Fasern mit einem Durchmesser von 25 Mikrometer mit folgenden Werten drucken: 2,6 bar, 12 Kilovolt und 700 Millimeter pro Minute.In allen drei F&auml;llen sind jedoch eine Feinabstimmung und Optimierung erforderlich, um stabile Ergebnisse mit homogenen Durchmessern zu erzielen. Bei der Schmelzelektrospinnung f&uuml;hrt nur ein vollst&auml;ndig ausbalanciertes Gleichgewicht zwischen den Kr&auml;ften, die den Fluss der Polymermasse bestimmen, und den Kr&auml;ften, die den Strahl zum Kollektor hin anziehen, letztendlich zu konsistenten Ger&uuml;ststrukturen. Ein gut ausbalanciertes Gleichgewicht ist erreicht, sobald die Flugbahn der Faser &uuml;ber einen l&auml;ngeren Zeitraum einer Kettenlinie &auml;hnelt.Es sind jedoch drei verschiedene abweichende Verhaltensweisen bekannt. Erstens führt eine unausgeglichene Verteilung zwischen der zugeführten Masse zum Taylor-Konus und den entsprechenden Zugkräften auf die Fasern zu einem instabilen elektrifizierten Strahl. Dabei wird der Taylor-Konus ständig mit Polymer überversorgt und gibt seine Masse in kurzen Zeitabständen ab.Ständig wechselnde Winkel sind sichtbar und führen zu stark unterschiedlichen Durchmessern. Um den Prozess erneut zu stabilisieren, verringern Sie die Fließgeschwindigkeit, um die Polymerzufuhr zu minimieren, und erhöhen Sie die Geschwindigkeit und die Spannung, um die Zugkräfte auf die Faser zu verstärken. Zweitens bewegt sich die Faser abwärts und lagert sich senkrecht auf dem Sammler ab.Hierdurch übersteigen die Beschleunigungskräfte die Polymerzufuhr im Taylor-Konus. Geringfügige Erhöhungen des Drucks und Absenkung der Spannung beheben die Situation, oder eine Änderung der Sammelgeschwindigkeit. Drittens hängt die Faser hinterher und ähnelt einer geraden Linie unter einem großen Winkel.Hierdurch werden relativ dicke Fasern erzeugt und gezogen. Dies führt zu erhöhten Ungenauigkeiten bei den abgeschiedenen Fasern. Eine Verringerung der Sammelgeschwindigkeit wird das Problem lösen.Allerdings sind geringfügige Erhöhungen der elektrischen Feldstärke erforderlich. Bei der Schmelzelektrospinnung gibt es zwei Sammelmethoden: flache Sammler und Spulenkollektoren. Die Verwendung flacher Sammler bezeichnet die gebräuchlichste Methode.Strukturen mit 090 und 060 Grad in verschiedenen Größen werden in der Literatur umfassend beschrieben. Die Fähigkeit, geschmolzene Fasern direkt auf dem Sammler abzulagern, erleichtert auch die Herstellung nichtlinearer Strukturen, wie beispielsweise sich wiederholender kreisförmiger Strukturen. Röhrenförmige Architekturen können mit zylindrischen Sammlern erreicht werden, die sich sowohl drehen als auch parallel zur Nadel bewegen.Durch die feine Abstimmung der Dekodierung sowohl der Rotations- als auch der Translationsgeschwindigkeit kann die Ausrichtung der Fasern verändert werden. Höhere Rotationsgeschwindigkeiten im Vergleich zur Translationsgeschwindigkeit führen zu radial ausgerichteten Poren und umgekehrt. Der Durchmesser des Rohrs hängt vom Durchmesser des verwendeten Dorns ab.Eine detaillierte Liste verschiedener Gerüstarchitekturen und ihrer vorgeschlagenen Anwendungen in veröffentlichten Studien ist der Arbeit zu entnehmen. Aufgrund des äußerst empfindlichen elektrischen Feldes und seiner spezifischen Abhängigkeit vom Abstand zwischen den beiden Elektroden ist es von großer Bedeutung, sowohl die Sammelstufe als auch die Unterseite des Druckkopfs regelmäßig auszurichten. Wenn der Abstand zwischen Kollektor und Kopf zu gering eingestellt wird, nimmt das elektrische Feld deutlich zu, bis ein Funke zwischen den Bauteilen überschlägt.Senken Sie sofort die Spannung am elektrischen Steuerpult oder öffnen Sie die Tür. Überprüfen Sie vor jedem Prozessbeginn alle Kabelverbindungen und stellen Sie sicher, dass sie fest sitzen. Jeder Nadelbeschädigung kann zu verformten Taylor-Kegeln und damit zu Unregelmäßigkeiten beim Druck führen.Daher müssen Nadeln, deren Spitze versehentlich verbogen wurde, entsorgt werden. Wir hoffen, dass dieses Video bei der Herstellung eines stabilen elektrifizierten Strahls hilfreich ist und Sie ebenso wie uns davon überzeugt, dass das Schmelz-Elektrospinnen eine bedeutende Rolle im Bereich des Gewebegewebes und der regenerativen Medizin spielen wird.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

Der Prozess der Elektrospinnen Polymere für Tissue Engineering und Zellkulturen ist in diesem Artikel behandelt. Insbesondere wird das Elektrospinnen von photoreaktiven Makromere mit zusätzlichen Verarbeitungsmöglichkeiten Photostrukturierungsverfahren und Multi-Polymer-Elektrospinnen beschrieben.

Elektrospinnen Faserige Polymer Gerüste für Tissue Engineering und Cell Culture

Das Ziel dieser Studie war es, die einheimische dreischichtige Architektur der Arterienwand zu imitieren. Um dies zu erreichen, wurde Elektrospinnen mit der Verwendung eines 3-1 (Eingang-Ausgang) Düse eingesetzt und Mischungen von Polycaprolacton, Elastin und Kollagen.

Tri-geschichteten Elektrospinnen zu Native Arterielle Architektur mit Polycaprolacton, Elastin und Collagen Mimic: A Preliminary Study

Elektrogesponnene Gerüste können Post-Production für das Tissue Engineering-Anwendungen verarbeitet werden. Hier beschreiben wir Methoden für die Spinnerei komplexe Gerüste (durch aufeinander folgende Spinning), für die Herstellung dicker Gerüste (durch Multi-Schichtung mit Hitze und Dunst Glühen), für das Erreichen Sterilität (aseptische Produktion oder Postproduktion Sterilisation) und für die Erreichung entsprechenden biomechanischen Eigenschaften.

Postproduction Verarbeitung von Elektrogesponnene Fasern für Tissue Engineering

Synthese und Herstellung von elektro langen Fasern sich über eine größere Ablagefläche über einen neu gestalteten Sammler aus einem neuartigen biologisch abbaubaren Polymer namens Poly (Glycerin-Dodecanoat) (PGD) wurde berichtet. Die Fasern waren in der Lage, das Wachstum von pluripotenten Zellen aus Maus-Stammzellen zu unterstützen.

Elektro Faser-Gerüste von Poly (Glycerin-dodecandioat) für Ingenieurnervengewebe aus embryonalen Stammzellen der Maus

Hier präsentieren wir ein Protokoll zur elektroNanoFaserGerüste mit abgestuften Organisation der Fasern herzustellen und zu erforschen ihre Anwendungen bei der Regulierung der Zellmorphologie / Ausrichtung. Farbverläufe in Bezug auf physikalische und chemische Eigenschaften der Nanofasergerüste bieten eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich der Biomedizin.

Elektronanofasergerüste mit Abstufungen in Fiber-Organisation

Gerüste für das Tissue Engineering müssen die komplexe biochemische und biophysikalische Mikroumgebung der zellulären Nische rekapitulieren. Hier zeigen wir die Verwendung von Grenzflächen-Polyelektrolyt-Komplexierungsfasern als Plattform zur Herstellung von zusammengesetzten, mehrkomponentigen Polymergerüsten mit anhaltender biochemischer Freisetzung.

Verbund Scaffolds für Grenzflächen Polyelectrolyte Fasern für zeitlich kontrollierte Freisetzung von Biomolekülen

Zwei- und dreidimensionale superhydrophobe Polymermaterialien werden durch Elektrospinnen oder Elektrospritzen biologisch abbaubarer Polymere hergestellt, die mit einem Polymer mit niedrigerer Oberflächenenergie ähnlicher Zusammensetzung gemischt werden.

Herstellung Superhydrophobe Polymere Materialien für biomedizinische Anwendungen

In dieser Arbeit wurden Gerüste aus Poly(milchsäure)/Polyethylenglykol (PLA/PEG) mit einer Kombination aus Schmelzemischen und selektiver Laugung hergestellt. Das hierin diskutierte Verfahren ermöglichte die Entwicklung von dreischichtigen Gerüsten durch hochgradige Kontrolle sowohl der Porosität als auch der Porengröße. Die mechanischen Eigenschaften wurden auch in einer physiologischen Umgebung bewertet.

Ein Facile und umweltfreundliche Weg zu fabrizieren Poly (Milchsäure) Scaffolds mit Graded Porengröße

Dieser Artikel beschreibt die Technik der Expansion einer traditionellen, zwei-Dimension (2D) Electrospun Nanofaser-Matte in leska 3 Dimension (3D) durch die Druckentlastung der unterkritischen CO2 Flüssigkeit. Diese erweiterte Gerüste sind 3D, eng mimischen zellulären Nanotopographic Hinweise, und bewahren die Funktionen der biologischen Moleküle innerhalb der Nanofasern gekapselt.

Expansion des zwei-Dimension Electrospun Nanofaser Matten in drei Dimension Gerüste

Es wird eine reproduzierbare Methode zur Erzeugung von 3D-Myokardgeweben vorgestellt, bei der MEW-Gerüste (Melt Electrospinning Writing), Polycaprolacton (PCL)-Gerüste und Fibrin-Hydrogele mit hiPSC-abgeleiteten Kardiomyozyten und Fibroblasten kombiniert werden. Diese Technik bietet eine präzise Kontrolle über die Gerüstarchitektur und kann in präklinischen Arzneimitteltests und bei der Modellierung von Herzerkrankungen eingesetzt werden.

3D-Generierung von humanem Myokardgewebe mittels Schmelzelektrospinnen, Schreiben von Polycaprolacton-Gerüsten und hiPSC-abgeleiteten Herzzellen

Lernen Sie das Schmelzelektrospinnen im Direktschreibmodus zur Herstellung geordneter Poly(ε-caprolactone)-Gerüste für Tissue Engineering. Diese Methode ermöglicht präzise Kontrolle über Fasermorphologie und Architektur.

Elektrospinnen Schreiben von dreidimensionalen Poly(ε-caprolactone) Gerüste mit steuerbaren Morphologien für Tissue Engineering Anwendungen zu schmelzen (Video) | JoVE Journal

Elektrospinnen Schreiben von dreidimensionalen Poly(ε-caprolactone) Gerüste mit steuerbaren Morphologien für Tissue Engineering Anwendungen zu schmelzen

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