Name: 3D-Druck poröse Zellulose Nanocomposites Hydrogel Gerüste (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-04-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 36 s
Description: Erfahren Sie die Herstellung von 3D-gedruckten Nanozellulose-Hydrogel-Gerüsten mit gradienten Porenstrukturen zur Nachahmung von Knorpelgewebe. Dieses benutzerfreundliche Protokoll ermöglicht reproduzierbare Ergebnisse für Gewebeengineering-Anwendungen.

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Diese Studie ist von Knut und Alice Wallenberg-Stiftung (Wallenberg Holz Science Center), schwedischer Forschungsrat, VR (Bioheal, DNR 2016-05709 und DNR 2017-04254) finanziell unterstützt.

1. Vorbereitung der Vorläufer
<ol><li>Vorbereitung der Cellulose Nanokristallen Aussetzung Hinweis: Isolation von Cellulose Nanokristallen erfolgt nach dem Verfahren von Mathew, berichtet Et Al30.<ol>
<li>Verdünnte 17 wt % Suspension von Cellulose Nanokristallen, 2 Gew.-% durch Zugabe von destilliertem Wasser zu einem Gesamtvolumen von 2 L. Mischung gründlich mit ultra Beschallung und Nutzung kleiner Chargen (250-300 mL) für effizientes Mischen.</li>
		<li>Passieren Sie die sonified Aussetzung durch den Homogenisator 10 Mal bei einem Druck von 500-600 Bar. An dieser Stelle ergibt sich ein Dicke transparentes Gel von 2 wt % Cellulose Nanokristallen.</li>
		<li>2 wt % Zellulose, die gel-Nanokristalle, 11 Gew.-% durch Centrifugations bei 24.500 X g für 1,5 h Dekantieren Wasser zwischen jedem 30 min zu konzentrieren. Hinweis: Experiment kann hier angehalten werden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Vorbereitung der Matrix Phasen<ol>
<li>Homogene Lösung von 6 wt % Natriumalginat (SA) in destilliertem Wasser bei 60 ° C unter ständigen rühren zubereiten.</li>
		<li>Bereiten Sie homogene Lösung 12 wt % Gelatine (Gel) in destilliertem Wasser bei 60 ° C unter ständigen rühren. Hinweis: Ein Volumen von 20 mL für Matrix Lösungen vorbereiten und im Kühlschrank lagern.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Vorbereitung der Vernetzer<ol>
<li>Bereiten Sie die Lösung von 3 wt % Kalzium-Chlorid in destilliertem Wasser bei Raumtemperatur unter ständigen rühren.</li>
		<li>Lösung 3 wt % Glutaraldehyd in destilliertem Wasser bei Raumtemperatur unter ständigen rühren zubereiten. Hinweis: Ein Volumen von 50 mL für Vernetzung Lösungen vorbereiten und bei Raumtemperatur lagern. Finden Sie in der Tabelle der Materialien für die Herstellerinformationen. Experiment kann hier angehalten werden.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Vorbereitung des Hydrogel Tinte
<ol><li>Bereiten Sie 40 mL Hydrogel Tinte in einem Styropor-Container durch Mischen 11 Gew.-% CNC, 6 wt % SA und 12 Gew.-% Gel zu einem nassen (Gew.-%) Zusammensetzung des CNC/SA/Gel/Wasser: 6.87/1.50/1.50/90.12.</li>
	<li>Erhitzen Sie die Mischung auf 40 ° C und Mischung mit einem Spatel, bis eine glatte Paste entsteht.</li>
	<li>Übertragen Sie die Mischung in eine 60 mL-Spritze. Übergeben Sie die Mischung durch eine Reihe von Düsen mit unterschiedlichen Durchmessern in einem anderen 60 mL Spritze mit Hilfe von mechanischen Klemme. Wiederholen Sie den Vorgang, bis glatt extrudierten Filamente Hydrogel Tinte gewonnen werden. Beginnen Sie mit Düse mit Drehdurchmesser von 800 µm, gefolgt von 600 µm und 400 µm.</li>
	<li>Sanft Zentrifuge (4.000 X g) die Spritze mit Hydrogel Tinte gefüllt entfernen Lufteinschlüsse. Hinweis: Experiment kann hier angehalten werden.</li>
</ol>3. Messung der rheologischen Eigenschaften von hydrogel
NTE: Durchführen die rheologischen Eigenschaften mit einer glatten Kegel / Platte Geometrie CP25-2-SN7617, Durchmesser 25 mm, 2 ° nominalen Winkel und Abstand Höhe 0,05 mm bei 25 ° C.
<ol><li>Schalten Sie das Rheometer, Luftkompressor und Temperatur-Control-Box. Initialisieren Sie die Software.</li>
	<li>Montieren Sie das Messwerkzeug in dem Rheometer und stellen Sie Null-Abstand ein.</li>
	<li>Extrudieren Sie etwa 1 mL der Hydrogel Tinte auf die Rheometer-Plattform.</li>
	<li>Messen der Viskosität als Funktion der Schergeschwindigkeit. Markieren Sie der Scherbereich Rate von 0,001 bis 1.000</li>
	<li>Nachdem die Messung abgeschlossen ist, reinigen Sie die Rheometer-Plattform und Messgerät. Extrudieren Sie 1 mL frisch Hydrogel Tinte wieder auf das Rheometer-Plattform.</li>
	<li>Lagerung Moduli (G′) und Verlust Moduli (G″) zu messen, wie eine Funktion der Schubspannung bei einer Frequenz von 1 Hz. Wählen Sie Bereich Schubspannung aus 103 bis 107.</li>
	<li>Sobald die Tests abgeschlossen sind, kopieren Sie die Daten in Text-Datei und Plotten Sie rheologische Kurven im logarithmischen Maßstab.</li>
</ol>4. Datei Vorbereitung für den 3D-Druck
Hinweis: Cura 2.4.0 Software wird verwendet für die Gestaltung von 3D Gerüste (20 mm3) mit drei Arten von Poren. 1-Uniform Poren von 0,6 mm, 2-Uniform Poren von 1,0 mm und 3-Gradient Poren der Bereich von 0,5-1 mm.
<ol><li>Herunterladen Sie Stereolithographie (Stl) Datei eines soliden Cubes von thingsinverse.com und öffnen Sie die Datei in Cura.</li>
	<li>Klicken Sie auf die geladene Modell und verschieben Sie sie in X/Y/Z: 0/0/0 mm. Klick Skala, deaktivieren Sie die Kontrollkästchen für die einheitliche Skalierung und legen Sie die Maße, X/Y/Z: 20/20/20 mm. Klick Drehen und drehen Sie den Würfel um 45° in XY-Ebene.</li>
	<li>Wählen Sie 0,4 mm in der Seitenwand in Düse & Materialund fügen Sie das Profil. Discov3ry komplett als Drucker auswählen.</li>
	<li>Wählen Sie in der Seitenwand Benutzerdefiniert für die Druckereinrichtung. Geben Sie unter Bereich Qualität 0,2 mm für alle Unterabschnitte. Geben Sie unter Shell Abschnitt 0 mm für alle Unterabschnitte. Abschnitt " Material " geben Sie 26 ° C Temperatur, 1 mm Durchmesser und 100 % fließen. Abschnitt " Speed " geben Sie 30 mm/s Druckgeschwindigkeit und 120 mm/s als Fahrgeschwindigkeit. Abschnitt " Support " deaktivieren Sie das Kontrollkästchen für Unterstützung zu ermöglichen. Abschnitt " Bauen Platte Haftung " wählen Sie Rock, geben Sie 3 mm als Rock Abstand und 150 mm als Rock/Krempe Mindestlänge.</li>
	<li>Für Gerüste mit einheitlichen Porengröße geben Sie 0,6 bzw. 1 mm Linienabstand Infill und Füllung Gittermuster.</li>
	<li>Für gradient Porosität Gerüste zusammenführen und Gruppierung Tool dient. Rechtsklick die geladene Modell, Mehrere Modelleauswählen, geben Sie 2 ein und drücken Sie "OK". Jedes Modell als X/Y/Z: 20/20/7 mm. Legen Sie die Modelle übereinander. Geben Sie Infill Linienabstand als 0,3, 0,5 und 0,7 mm für unteren, mittleren und oberen Modell, beziehungsweise. Wählen Sie alle drei Modelle (Strg + A), Rechte Maustaste und klicken Sie auf Gruppe Modelle.</li>
	<li>Speichern Sie die Modelle auf der sicher Digital (SD) Karte. Cura automatisch speichern Sie die Datei als Gcode, die vom Drucker gelesen wird.</li>
</ol>5. 3D-Druck poröse Gerüste
<ol><li>Stecken Sie das Übertragungsrohr in den Düsenhalter und 400 µm Düse an. Ebene die Build-Platte um den richtigen Abstand zwischen Build Platte und Düse zu erhalten.</li>
	<li>Die zentrifugiert Spritze in die Patrone zu laden und auf die andere Seite der Rohrweiche verbinden.</li>
	<li>Stecken Sie die SD-Karte in den Drucker, wählen Sie schnell reinigen und spülen die Hydrogel-Tinte, bis es beginnt, aus der Düse extrudiert. Weiter Spülen für 2-3 min, eine homogene Strömung zu erhalten.</li>
	<li>Wählen Sie von der SD-Karte die gespeicherten Dateien für einheitliche und gradient Porosität Gerüste und starten Sie den Druckvorgang. Halten Sie ein Auge auf die Extrusionsgeschwindigkeit. Wenn nötig, passen Sie die Geschwindigkeit und den Fluss Rate entsprechend an. Verwenden Sie für kleinere Porengröße schnelleren Geschwindigkeit kombiniert mit low-Flow-Rate (50 mm/s und 70 %). Hinweis: Berühren Sie nicht die 3D gedruckte Gerüste.</li>
</ol>6. Vernetzung von 3D gedruckt Gerüste
<ol><li>Nach Abschluss der 3D-Druck Tropfen Sie sanft 3 Gew.-% CaCl2 zum Schafott bis sie komplett nass wird. 5 min. warten.</li>
	<li>Übertragen Sie sehr sorgfältig das Gerüst aus dem Drucker auf eine 50 mL Behälter mit 3 Gew.-% CaCl2. Lassen Sie es über Nacht.</li>
	<li>Gründlich mit destilliertem Wasser spülen und das Gerüst auf ein 50 mL Behälter mit 3 wt % Glutaraldehyd übertragen. Lassen Sie es über Nacht.</li>
	<li>Gründlich waschen und die 3D gedruckte Gerüst in destilliertem Wasser zu speichern.</li>
</ol>7. die Kompression testen
Hinweis: Führen Sie Druckversuche mit 100 N-Wägezelle in Wasser bei 37 ° C.
<ol><li>Füllen Sie den Behälter ausgestattet mit versenkbaren Kompression Grundplatte mit 2 L Wasser und starten Sie die Heizung um 37 ° c erreichen.</li>
	<li>Initialisieren Sie Bluehill Universal Software und richten Sie die Testmethode. Wählen Sie rechteckige Probe Geometrie aus und wählen Sie die Option Dimensionen geben vor dem testen jede Probe.  Legen Sie die Verformungsgeschwindigkeit, 2 mm/min und das Ende Resultat als 80 % Druckspannung zusammen mit 90 N Kraft.</li>
	<li>Wählen Sie in der Messstrecke Kraft, Weg, Druckspannung und Druckspannung. Wählen Sie die Option zum Exportieren von Daten als Text-Dateien für das zukünftige Plotten.</li>
	<li>Über die Jog-Steuerelemente Kreuzkopf Platte so nah wie möglich zur Platte Basis zu senken vorgegeben Sie den Nullpunkt Erweiterung.</li>
	<li>Messen Sie und notieren Sie die Abmessungen des zu testenden Proben.</li>
	<li>Wenn die Wassertemperatur auf 37 ° C erreicht, legen Sie die Probe auf der Grundplatte.  Sichern Sie die Probe durch Verschieben der Kreuzkopf-Platte, so dass es beginnt zu tippen Sie auf die Probe.</li>
	<li>Das Wasserbad, verschieben, so dass die Platten mit dem Probe-dazwischen sie in mitten sind Wasser.</li>
	<li>Geben Sie Beispielnamen und Dimensionen. Starten Sie den Test.</li>
	<li>Nachdem der Test abgeschlossen ist, zuerst verschieben Sie das Wasserbad nach unten und heben Sie dann die Kreuzkopf-Platte.</li>
	<li>Entfernen Sie die Probe und seine Stücke, wenn vorhanden, beide Platten reinigen und laden Sie eine neue Probe.</li>
	<li>Nachdem alle Proben getestet werden, exportieren Sie die raw-Daten. Plotten Sie Druckspannung vs. Druckspannung Kurven und bestimmen Sie die Druckfestigkeit tangentiale Elastizitätsmodul bei Belastung Werten von 1-5 % und 25-30 %. Hinweis: Setzen Sie Gradienten Würfel so, dass die größere Bohrungen Grundplatte Briefpapier zeigen. Sichern Sie zuerst das Gerüst zwischen den Griffen und dann Start/Stopp der Mess.</li>
</ol>

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Die Autoren haben nichts preisgeben.

3D Druck erfordert geeignete rheologische Eigenschaften der Tinte Hydrogel. Die hohe Viskosität Tinte wird extreme Belastungen für die Extrusion erfordern, während niedrige Viskosität Tinte nicht seine Form nach Extrusion zu halten. Die Viskosität der Druckfarbe Hydrogel kann durch die Konzentration der Inhaltsstoffe gesteuert werden. Im Vergleich zu unserer bisherigen Arbeit11ist der Feststoffgehalt der Hydrogel Tinte stieg von 5,4 auf 9,9 Gew.-% wodurch konzentrierte Hydrogel-Tinte, die hilft, u...

Cellulose ist ein Polysaccharid, bestehend aus linearen Ketten von β (1-4) verknüpften D-Glucose-Einheiten. Es wird ist das am häufigsten vorkommende natürliche Polymer auf der Erde und aus einer Vielzahl von Quellen, einschließlich Meerestiere (z. B. Manteltiere), Pflanzen (z. B. Holz, Baumwolle, Weizenstroh) und bakteriellen Quellen wie Algen (z. B. Valonia), Pilze und sogar Amöben (Protozoen )1,2. Cellulose-Nanofasern (CNF) und Cellulose Nanokristallen (CNC) mit mindestens einer Dimension auf nanoskaligen werden durch mechanische Behandlungen und saure Hydrolyse von Zellulose gewonnen. Sie verfügen nicht nur über die Eigenschaften von Zellulose, wie Potenzial für chemische Modifikation, geringe Toxizität, Biokompatibilität, biologisch abbaubar und erneuerbare, aber es hat auch Nanoscale Eigenschaften wie hoher spezifischer Oberfläche, hohe mechanische Eigenschaften , rheologische und optischen Eigenschaften. Diese attraktiven Eigenschaften haben CNFs und CNC-Maschinen für biomedizinische Anwendungen geeignet, vor allem in Form von 3-dimensionalen (3D) Gerüste Hydrogel3. Diese Gerüste benötigen kundenspezifische Abmessungen mit kontrollierten Porenstruktur und vernetzten Porosität. Unsere Fraktion und andere berichtet 3D poröse Zellulose Nanokomposite vorbereitet durch Gießen, Elektrospinnen und Gefriertrocknung4,5,6,7,8. Jedoch Steuern auf die Porenstruktur und Fertigung komplexer Geometrie wird nicht durch diese traditionellen Techniken erreicht.
3D-Druck ist eine additive Fertigungstechnik, 3D Objekte in der Schicht für Schicht durch die computergesteuerte Ablagerung von Tinte9erstellt werden. Die Vorteile des 3D-Drucks über traditionelle Techniken beinhaltet Gestaltungsfreiheit, kontrollierte Makro und Mikrodimensionen, Herstellung von komplexen Architekturen, Anpassung und Reproduzierbarkeit.  Darüber hinaus bietet 3D Druck von CNFs und CNC-Maschinen auch Scheren-induzierte Ausrichtungen von Nanopartikeln, bevorzugt Direktionalität, gradient Porosität und leicht erweiterbar bis 3D Bioprinting10,11,12, 13 , 14 , 15. die Dynamik der CNCs Ausrichtung während des 3D Druckens wurde berichtete kürzlich,16,17. Fortschritte auf dem Gebiet der Bioprinting haben ermöglichen 3D gedruckten Geweben und Organen trotz der beteiligten Herausforderung wie Auswahl und Konzentration von lebenden Zellen und Wachstumsfaktoren, Zusammensetzung der Träger Tinte, drucken, Druck und Düse Durchmesser18 ,19,20.
Die Porosität und Druckfestigkeit des Knorpels regenerative Gerüste sind wichtige Eigenschaften, die die Effizienz und Leistung bestimmt. Porengröße spielt eine wichtige Rolle für die Adhäsion, Differenzierung und Proliferation von Zellen sowie für den Austausch von Nährstoffen und metabolische Abfall21. Allerdings gibt es keine definitive Porengröße, die als einen ideellen Wert betrachtet werden kann, einige Studien zeigten höhere Bioaktivität mit kleineren Poren, während andere besser Knorpelregeneration mit größeren Poren zeigte. Makroporen (< 500 µm) Gewebe Mineralisierung, Nährstoffversorgung und Abfallentsorgung zu erleichtern, während die Mikroporen (150-250 µm) Zellhaftung und bessere mechanische Eigenschaften22,23erleichtern. Die implantierte Gerüst müssen ausreichende mechanische Integrität aus der Zeit der Behandlung, Implantation und bis zur Fertigstellung ihres gewünschten Zweckes. Das aggregierte zusammenpressende Modul für natürliche Gelenkknorpel wird berichtet, dass im Bereich von 0,1-2 MPa abhängig von Alter, Geschlecht und getesteten Standort4,24,25,26,27 ,28,29.
In unserer bisherigen Arbeit113D-Druck diente fabrizieren porösen Bioscaffolds eine doppelte querverbunden durchdringen Polymernetz (IPN) aus einem Hydrogel-Tinte mit verstärkten CNCs in einer Matrix von Natriumalginat und Gelatine. Der 3D Druck Weg wurde optimiert, um 3D Gerüste mit einheitlichen und gradient Porenstrukturen (80-2.125 µm) zu erreichen, wo die Nanokristalle vorzugsweise in Druckrichtung (Grad der Ausrichtung zwischen 61-76 %) orientieren. Hier präsentieren wir die Fortsetzung dieser Arbeiten und zeigt, dass die Wirkung der Porosität auf die mechanischen Eigenschaften von 3D Hydrogel Gerüste in simulierten Körper Bedingungen gedruckt. CNC-Maschinen verwendet, hier wurden früher von uns zu Cytocompatible und ungiftig (d. h. Zellwachstum nach 15 Tagen Inkubation war bestätigte30) gemeldet. Darüber hinaus bereitete Gerüste mittels Gefriertrocknung die gleichen CNCs Natriumalginat und Gelatine zeigte hohe Porosität, hohe Aufnahme von Phosphat Puffer Kochsalzlösung und Cytocompatibility in Richtung mesenchymalen Stammzellen5. Das Ziel dieser Arbeit ist die Hydrogel-Tinte-Verarbeitung, 3D-Druck poröse Gerüste und die Kompression Prüfung nachweisen. Schaltpläne der Verarbeitung Route ist in Abbildung 1dargestellt.

<table><tbody><tr><td>60 mL Spritze</td><td>Structur3D Printing</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Alginsäure Natriumsalz</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>9005-38-3</td><td></td></tr><tr><td>Wasserfreies Calciumchlorid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>10043-52-4</td><td></td></tr><tr><td>Klemmen, dreipolig, Talon VWR</td><td></td><td>241-0404</td><td>102 mm, Doppelverstellklemme, groß, Klemmverlängerung 127 mm</td></tr><tr><td>Cura 2.4.0</td><td>Ultimaker</td><td></td><td>Kostenlose Slicing-Software</td></tr><tr><td>Discov3ry Complete</td><td>Structur3D Printing</td><td></td><td>Ultimaker 2+ 3D-Drucker integriert mit Discov3ry Pastenextruder</td></tr><tr><td>Gelatine aus Rinderhaut</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>9000-70-8</td><td></td></tr><tr><td>Glutaraldehydlösung 50 Gew.-% in H2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>111-30-8</td><td></td></tr><tr><td>Homogenisator</td><td>SPX</td><td>APV-2000</td><td></td></tr><tr><td>Instron 5960</td><td>Instron</td><td></td><td>Instron 5960, Biopuls Bad, 100 N Wägezelle, 37 > </td></tr><tr><td>C,Physica MCR 301 Rheometer</td><td>Anton Paar</td><td></td><td>CP25-2-SN7617, Spalthöhe 0,05 mm, 25 &Grad; C</td></tr><tr><td>Sorvall Lynx 6000 Zentrifuge</td><td>AB Ninolab</td><td>s/n 41881692</td><td>F12-Rotor (6x500 ml)</td></tr><tr><td>Edelstahldüse</td><td>Structur3D Printing</td><td></td><td>800, 600 und 400 &micro; m</td></tr><tr><td>Dingeinverse</td><td>MakerBot's</td><td></td><td>&nbsp; Teilen und Herunterladen von 3D-druckbaren Dingen in Form von stl-Dateien</td></tr><tr><td>Ultraschall</td><td>Qsonica, LLC</td><td>Q500</td><td></td></tr><tr><td>Unentrindete Holzhackschnitzel</td><td>Fichte (Picea abies)</td><td></td> <td>Trockenmassegehalt von 50&ndash; 55%</td></tr></tbody></table>

3d-druck poröse zellulose nanocomposites hydrogel gerüste

3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds

Diese Arbeit zeigt den Einsatz von dreidimensionalen (3D) Druck, poröse kubische Gerüste mit Zellulose Nanocomposites Hydrogel Tinte mit kontrollierten Porenstruktur und mechanischen Eigenschaften zu produzieren. Zellulose-Nanokristalle (CNCs, 69,62 Gew.-%) auf der Grundlage Hydrogel Tinte mit Matrix (Natriumalginat und Gelatine) entstand und 3D-Druck in Gerüste mit einheitlichen und gradient Porenstruktur (110-1.100 µm). Die Gerüste zeigte Kompression Modul im Bereich von 0,20-0,45 MPa bei simuliert in vivo Bedingungen (in destilliertem Wasser bei 37 ° C). Die Porengrößen und der Kompression-Modul von der 3D Gerüste, abgestimmt mit den Anforderungen für Knorpel Regeneration Anwendungen benötigt. Diese Arbeit zeigt, dass die Konsistenz der Farbe, durch die Konzentration der Ausgangsstoffe gesteuert werden und Porosität im 3D Druckverfahren gesteuert werden und beide Faktoren definiert im Gegenzug die mechanischen Eigenschaften der 3D gedruckt porös Hydrogel-Gerüst. Dieser Prozessmethode kann daher verwendet werden, strukturell und kompositorisch angepasste Gerüste entsprechend den spezifischen Bedürfnissen der Patienten herzustellen.

CNC-Maschinen basierten Nanocomposites Hydrogel Tinte zeigt eine starke nicht-newtonsches Scherung Ausdünnung Verhalten (Abbildung 2eine). Die scheinbare Viskosität von 1,55 × 105 Pa.s bei einer niedrigen Scherrate (0,001 s-1) sinkt um fünf Größenordnungen auf einen Wert von 22.60 Pa.s bei einer Scherrate von 50 s-1 (≈50 s-1 wird eine typische Scherraten während 3D-Druck erfahren)31 . Die Hydrogel-Tinte weis...

Die drei kritischen Schritte dieses Protokolls i) entwickeln die richtige Zusammensetzung und Konsistenz der Zellulose Hydrogel Tinte, Ii) 3D Drucken von Gerüsten in verschiedenen Strukturen mit guter Form Treue und Dimensionen und (Iii) Demonstration der pore der mechanische Eigenschaften im simulierten Körper Bedingungen für die Knorpelregeneration.

3D-Druck poröse Zellulose Nanocomposites Hydrogel Gerüste

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with ...

Dies ist der erste Bericht über 3D-gedruckte Nanocellulose-Hydrogelgerüste, bei denen wir eine Gradientenporenstruktur und mechanische Eigenschaften haben, um natürliche Strukturen als Knorpel nachzuahmen. Die beiden Hauptvorteile der Verwendung von 3D-Drucktechniken sind Anpassung und Designfreiheit. Das eröffnet eine unbegrenzte Möglichkeit, neue und unerforschte geometrische Designs zu fertigen.Dieses Protokoll ist benutzerfreundlich, und Neulinge können die Ergebnisse leicht reproduzieren. Die Wahl der Schneidesoftware und die Düsenbewegung haben erhebliche Auswirkungen auf das Endprodukt. Zu Beginn bereiten Sie 40 Milliliter Hydrogeltinte vor, indem Sie 11% nach Gewicht CNC, 6% Natriumalginat und 12% Gelatine in einem Behälter mischen.Erhitzen Sie die Mischung auf 40 Grad Celsius, und mischen Sie mit einem Spachtel, bis eine glatte Paste erhalten wird. Übertragen Sie das Gemisch in eine 60-Milliliter-Spritze. Anschließend, mit Hilfe einer mechanischen Klemme, übergeben Sie das Gemisch durch eine Reihe von Düsen mit unterschiedlichen Durchmessern in eine weitere 60-Milliliter-Spritze.Wiederholen Sie den Vorgang, bis glatt extrudierte Filamente aus Hydrogeltinte erhalten sind. Zentrifugieren Sie die mit der Hydrogeltinte gefüllte Spritze vorsichtig mit 4 000 mal g, um eingeschlossene Luft zu entfernen. Wählen Sie auf der SD-Karte die gespeicherten Dateien für Uniform- und Gradienten-Porositätsgerüste aus, und beginnen Sie mit dem Drucken.Passen Sie bei Bedarf die Geschwindigkeit und den Durchfluss entsprechend an. Um das Gerüst nach Abschluss des 3D-Drucks miteinander zu vernetzen, fügen Sie dem Gerüst vorsichtig Tropfen von 3% Gewichtscalciumchloridlösung hinzu, bis es vollständig nass wird. Warten Sie fünf Minuten.Übertragen Sie das Gerüst sehr sorgfältig vom Druckerbett in einen 50-Milliliter-Behälter, gefüllt mit 3 Gewichtsprozent Calciumchloridlösung. Lassen Sie es über Nacht. Mit destilliertem Wasser gründlich waschen und das Gerüst in einen 50-Milliliter-Behälter geben, der mit 3 Gewichtsprozent Glutaraldehyd-Lösung gefüllt ist.Lassen Sie es über Nacht. Waschen Sie gründlich, und lagern Sie das 3D-gedruckte Gerüst in destilliertem Wasser. Für Kompressionstests füllen Sie den Behälter, der mit einer Tauchkompressionsgrundplatte ausgestattet ist, mit zwei Litern Wasser und starten Sie das Heizsystem auf 37 Grad Celsius.Initialisieren Sie Bluehill Universal Software, und richten Sie die Testmethode ein. Wählen Sie die rechteckige Probengeometrie aus, und wählen Sie die Option zum Eingeben von Bemaßungen, bevor Sie jede Probe testen. Stellen Sie die Dehnungsrate auf zwei Millimeter pro Minute und das Ende des Ergebnisses als 80%kompressive Dehnung zusammen mit 90-Newton-Kraft ein.Wählen Sie im Abschnitt Messung Kraft, Verschiebung, Druckspannung und Druckdehnung aus. Wählen Sie die Option zum Exportieren von Daten als Textdateien für zukünftiges Plotten aus. Legen Sie den Verlängerungspunkt Null fest, indem Sie die Jog-Steuerelemente verwenden, um die Kreuzkopfplatte so nah wie möglich an der Grundplatte zu senken.Messen und erfassen Sie die Abmessungen der zu prüfenden Proben. Wenn die Wassertemperatur 37 Grad Celsius erreicht, legen Sie die Probe auf die Grundplatte. Befestigen Sie die Probe, indem Sie die Kreuzkopfplatte so bewegen, dass sie beginnt, die Probe zu berühren.Bewegen Sie das Wasserbad so, dass die Platten mit der Probe dazwischen in Wasser getaucht werden. Geben Sie den Beispielnamen und die Abmessungen ein, und starten Sie den Test. Nachdem der Test abgeschlossen ist, bewegen Sie zuerst das Wasserbad nach unten, und dann heben Sie die Querkopfplatte.Entfernen Sie die Probe und ihre Teile, falls vorhanden, reinigen Sie beide Platten, und laden Sie eine neue Probe. Nachdem alle Proben getestet wurden, exportieren Sie die Rohdaten. Plotten Sie Druckspannung im Vergleich zu Druckdehnungskurven, und bestimmen Sie den kompressiven Tangentenmodul bei Dehnungswerten von ein bis 5 % und 25 bis 30 % CNCs-basierter Nanokomposit-Hydrogeltinte zeigt ein starkes nicht-Newtonsches Scherverdünnungsverhalten mit einem Fünf-Rang-Magnitudenabfall der scheinbaren Viskosität.Die Hydrogeltinte weist ein viskoelastisches Feststoffverhalten auf, da der Speichermodul eine Größenordnung größer ist als der Verlustmodul bei geringer Scherspannung. Bei niedrigen Dehnungsraten von ein bis fünf% ist der Druckmodul für alle Arten von porösen Gerüsten im Vergleich zum Referenzgerüst ohne Porosität ähnlich, was zeigt, dass die elastische Natur der Hydrogeltinte auch in Gegenwart der Makroporen erhalten bleibt. Bei hohen Dehnungsraten von 25 bis 30% wird jedoch der höchste Modul für das Referenzgerüst ohne Porosität erhalten.Sobald die Porengröße zunimmt, nimmt der Modul aufgrund der Abnahme der Dichte ab, was auf den erwarteten Zusammenhang zwischen der Porosität der Gerüste und den entsprechenden mechanischen Eigenschaften hinweist. Darüber hinaus erhöht sich der Druckmodul der 3D-Hydrogelgerüste mit zunehmender Kompressionsrate, indem die Viskoelastizität natürlicher Knorpelgewebe auftritt und imitiert wird. Der homogene und der kontinuierliche Farbfluss beim 3D-Druck sind die wichtigsten Dinge.Diese Methode wird von Forschern verwendet, um mit Nanozellulose-Hydrogel als 3D-druckbare Plattform auf andere Anwendungsbereiche zu expandieren. So haben wir beispielsweise bereits Nanozellulose-basierte Hybriden für die kontrollierte Wirkstofffreisetzung nach dem gleichen Verfahren entwickelt.

3d-printed-porous-cellulose-nanocomposite-hydrogel-scaffolds

Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

Ein bioprinter wurde verwendet, um strukturierte Hydrogele auf einem Opfer-Form zu erstellen. Das Poloxamer Form wurde mit einem zweiten Hydrogel verfüllt und dann eluiert, so dass Hohlräume, die mit einem dritten Hydrogel gefüllt wurden. Diese Methode verwendet schnelle Elution und gute Bedruckbarkeit von Poloxamers zu komplexen Architekturen aus Biopolymeren zu generieren.

Drucken Thermoresponsive Reverse-Formen für die Erstellung von Gemusterte Zweikomponenten-Hydrogele für 3D Zellkultur

Ein kartesischer Biodrucker wurde entworfen und hergestellt, um die Abscheidung mehrerer Materialien in präzisen, reproduzierbaren Geometrien zu ermöglichen und gleichzeitig die Kontrolle von Umweltfaktoren zu ermöglichen. Unter Verwendung des dreidimensionalen Biodruckers können komplexe und lebensfähige Konstrukte gedruckt und leicht reproduziert werden.

Lebensfähigkeit Bioprinted Cellular Konstrukte unter Verwendung einer Drei Dispenser kartesischen Drucker

Wir beschreiben die Herstellung von mikrostrukturierten Hydrogelplatten mit einem einfachen Prozess, der in einer freistehenden Form zusammengesetzt und manipuliert werden kann. Unter Verwendung dieser modularen Hydrogel-Platten kann ein einfaches makroskaliertes 3D-Zellkultursystem mit einer kontrollierten zellulären Mikroumgebung erzeugt werden.

Bau von Modular Hydrogel Blätter für mikrostrukturierten Makro skaliert 3D Cellular Architektur

Dieses Manuskript präsentiert ein detailliertes Protokoll für die Herstellung einer entstehenden dreidimensionalen Hepatozytenkulturplattform, das invertierte kolloidale Kristallgerüst und die begleitenden Techniken zur Beurteilung des Verhaltens von Hepatozyten. Die größenkontrollierbaren Poren, die Interkonnektivität und die Fähigkeit, extrazelluläre Matrixproteine an das Poly(ethylenglykol) (PEG)-Gerüst zu konjugieren, verbessern die Leistung der Huh-7.5-Zelle.

Die Herstellung von Inverted Kolloid-Kristallen Poly (Ethylenglycol) Scaffold: Eine dreidimensionale Zellkultur-Plattform für Leber-Tissue Engineering

Präsentiert wird hier ein einfach zu bedienender, Kern-/Schalen-, dreidimensionaler Bioprinting-Aufbau für die einstufige Fertigung von Hohlgerüsten, geeignet für die Gewebetechnik von Gefäß- und anderen Röhrenstrukturen.

Core/Shell DruckGerüste für Tissue Engineering von Röhrenstrukturen

Dieses Protokoll hebt eine Methode zur schnellen Bewertung der Biokompatibilität einer kristallinen Nanocellulose (CNC)/Agarose-Verbundhydrogel-Biomaterialtinte mit aus dem Knochenmark der Maus gewonnenen Mastzellen in Bezug auf die Zelllebensfähigkeit und die phänotypische Expression der Zelloberflächenrezeptoren Kit (CD117) und des hochaffinen IgE-Rezeptors (FcεRI) hervor.

Herstellung einer kristallinen Nanocellulose Embedded Agarose Biomaterial Tinte für Knochenmark-abgeleitete Mastzellkultur

Mikrogelstäbchen mit komplementären reaktiven Gruppen werden durch Mikrofluidik mit der Fähigkeit hergestellt, sich in wässriger Lösung zu vernetzen. Die anisometrischen Mikrogele klemmen und verbinden sich zu stabilen Konstrukten mit größeren Poren im Vergleich zu sphärischen Systemen. Mit GRGDS-PC modifizierte Mikrogele bilden makroporöse 3D-Konstrukte, die für die Zellkultur verwendet werden können.

Vernetzte makroporöse 3D-Gerüste aus Mikrogelstäben

Dieser Artikel beschreibt Protokolle für die Herstellung von Gelatine-Methacryloyl-Mikrogelen mit hohem Durchsatz unter Verwendung mikrofluidischer Geräte, die Umwandlung von Mikrogelen in resuspendierbares Pulver (Mikroaerogele), die chemische Anordnung von Mikrogelen zu körnigen Hydrogelgerüsten und die Entwicklung von körnigen Hydrogel-Biotinten mit erhaltener Mikroporosität für den 3D-Biodruck.

Gelatine-Methacryloyl-Hydrogel-Gerüste: Hochdurchsatz-Mikrogelherstellung, Gefriertrocknung, chemische Assemblierung und 3D-Bioprinting

Diese Arbeit beschreibt ein Protokoll für den Freiform-eingebetteten 3D-Druck von neuralen Stammzellen in selbstheilenden, annealbaren Partikel-extrazellulären Matrixkompositen. Das Protokoll ermöglicht die programmierbare Strukturierung von miteinander verbundenen menschlichen Nervengewebekonstrukten mit hoher Genauigkeit.

Mikrogel-extrazelluläre Matrix-Komposit-Unterstützung für den eingebetteten 3D-Druck menschlicher neuronaler Konstrukte

In dieser Studie wird ein neuartiges κ-Carrageen-Submikrogel-Suspensionsbad vorgestellt, das bemerkenswerte reversible Jamming-Unjamming-Übergangseigenschaften aufweist. Diese Attribute tragen zur Konstruktion biomimetischer Gewebe und Organe im eingebetteten 3D-Bioprinting bei. Das erfolgreiche Drucken von herz-/ösophagusähnlichem Gewebe mit hoher Auflösung und Zellwachstum demonstriert hochwertige Bioprinting- und Tissue-Engineering-Anwendungen.

Eingebettetes Bioprinting von gewebeähnlichen Strukturen mit κ-Carrageen-Submikrogel-Medium

Erfahren Sie die Herstellung von 3D-gedruckten Nanozellulose-Hydrogel-Gerüsten mit gradienten Porenstrukturen zur Nachahmung von Knorpelgewebe. Dieses benutzerfreundliche Protokoll ermöglicht reproduzierbare Ergebnisse für Gewebeengineering-Anwendungen.

3D-Druck poröse Zellulose Nanocomposites Hydrogel Gerüste

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