Name: Multimodaler 3D-Druck von Phantomen zur Simulation von biologischem Gewebe (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 11 s
Description: Erfahren Sie die Integration von Spin-Coating, PolyJet-Druck und FDM zur Herstellung mehrschichtiger Phantome. Diese Methode simuliert biologisches Gewebe für die Entwicklung und Validierung biomedizinischer optischer Geräte.

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Die Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11002139 und 81327803) und den Fundamental Research Funds for the Central Universities unterstützt. Wir danken Zachary J. Smith von der University of Science and Technology für die Audio-Voiceover.

1. Vorbereiten von Materialien für den 3D-Druck
HINWEIS: Unsere optische Phantomproduktionslinie verwendet eine Vielzahl von Druckmaterialien, um die strukturellen und funktionellen Heterogenitäten des biologischen Gewebes zu simulieren. Die Auswahl der Druckmaterialien hängt auch von den Herstellungsprozessen ab.
<ol><li>Materialaufbereitung für den Spinbeschichtungsdruck<ol>
<li>Fügen Sie 100 mg Titandioxidpulver (TiO2) pulver in ein Becherglas mit 100 ml Stereolithographie (SLA) Photopolymerharz.</li>
		<li>Die Mischung im Becher glasen 30 min auf einem Magnetrührer.</li>
		<li>Versiegeln Sie den Becher mit Tinfoil und beschallen Sie ihn 15 min lang in einer Ultraschallmaschine.</li>
		<li>Vakuumieren Sie das Material 10 min und laden Sie es in die Speicherspritze des Geräts.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Materialaufbereitung für den Polyjetdruck<ol>
<li>17,56 g 2-Hydroxy-2-methylpropiophenon (1-Hydroxycyclohexylphenylketon) in das Becherglas geben, das 80 g Triethylenglykoldimethacrylat enthält, um 18% (w/w) Material zu erhalten.</li>
		<li>Versiegeln Sie den Becher mit Tinfoil und beschallen Sie ihn 15 min lang in einer Ultraschallmaschine.</li>
		<li>Nehmen Sie 20 ml der Mischung heraus und fügen Sie 5 mg des öllöslichen chinesischen roten Farbstoffs hinein. Wiederholen Sie Schritt 1.2.2.</li>
		<li>Vakuumieren Sie alle Materialien, laden Sie die Lösung mit Farbstoff in die Patronen für den Y (Gelb) Kanal, und laden Sie die reine Lösung in die Patronen für den K (Black) Kanal.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Materialaufbereitung für fDM-Druck<ol>
<li>200 g Gelwachs in jeden der drei Becher geben und dann auf einem Magnetrührer auf 60 °C erhitzen.</li>
		<li>Fügen Sie 600 mg TiO2 Pulver in den ersten Becher. Fügen Sie 80 mg Graphitpulver in das zweite.</li>
		<li>Das mit TiO2 vermischte Gelwachs und das Gelwachs mit Graphitpulver in verschiedenen Bechern 30 min auf dem Magnetrührer rühren.</li>
		<li>Die drei verschiedenen Materialien 2 min absaugen und vor der Erstarrung in den Extruder des Hybrid-Dreidüsenmoduls laden.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Vorbereiten von Computermodellen für den multimodalen 3D-Druck
HINWEIS: Das heterogene Hautgewebe wird in drei Schichten vereinfacht: Epidermis, Dermis und Subkutangewebe. Die Epidermisschicht wird durch Spinbeschichtung unter Verwendung des in Schritt 1.1 eingeführten Materials hergestellt. Die Dermisschicht wird im Polyjet-Druck mit dem in Schritt 1.2 eingeführten lichtempfindlichen Polymer hergestellt. Die subkutane Gewebeschicht wird von FDM unter Verwendung des in Schritt 1.3 eingeführten Materials hergestellt. Zur Steuerung der oben genannten Fertigungsprozesse wird eine CAD-Datei (Computer Aided Design) mit unterschiedlichen Druckparametern generiert.
<ol><li>Design eines digitalen optischen Phantoms für die Haut<ol>
<li>Entwerfen Sie das Hautphantom mit den folgenden drei Schichten: einer Epidermisschicht von 100 m Dicke, einer Dermisschicht von 400 m Dicke und einem subkutanen Gewebe von 1 cm Dicke.</li>
		<li>Zeichnen Sie ein Tumormodell mit einem 3D-Modellierungssoftwarepaket (z. B. Solidworks) (Abbildung 5A).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Parametereinstellung für Spinbeschichtung<ol>
<li>Legen Sie die Parameter der Drehgeschwindigkeit und -dauer in der Steuerungssoftware des Druckgeräts fest. Die erste Stufe der Spinbeschichtungsgeschwindigkeit, die in dieser Demonstration verwendet wird, beträgt 200 Umdrehungen pro min (Rpm), die Spin-Beschichtungszeit beträgt 20 s, die Geschwindigkeit in der zweiten Stufe der Spin-Beschichtung 1.000 U/min und die Spinbeschichtungszeit 40 s.</li>
		<li>Stellen Sie die Menge des Spinbeschichtungsmaterials auf 3 ml und die Lichthärtungszeit auf 180 s in der Steuerungssoftware fest.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Erstellung der Quelldatei für den Polyjet-Druck<ol>
<li>Importieren Sie das zu druckende Blutgefäßbild in das AcroRIP Color Softwarepaket und legen Sie die Parameter (Druckposition und Tintenstrahlmenge) entsprechend der Beziehung zwischen den optischen Parametern der gedruckten Phantome und den Bildeigenschaften fest. In diesem gedruckten Blutgefäßbild wird der K-Kanal mit einem transparenten fotohärtlichen Material und der Y-Kanal mit einem fotohärierbaren Material beladen, das mit chinesischem rotfärbendem Farbstoff vermischt ist.</li>
		<li>Generieren Sie eine ".prn"-Datei mit Für den 3D-Druck definierten Parametern.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Vorbereitung von G-Code für fDM-Druck<ol>
<li>Zeichnen Sie ein Frustummodell mit einem 3D-Mapping-Softwarepaket (z. B. Solidworks), um einen Tumor zu simulieren.</li>
		<li>Importieren Sie die Datei ".stl" des Tumormodells in ein Cura-Softwarepaket, das mit einem All-in-One-Düsen-Slicing-Skript installiert ist.</li>
		<li>Schneiden Sie das Modell auf, um den G-Code zu generieren, der für den Druck erforderlich ist.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Laden der Dokumente in die Drucksteuerungssoftware<ol>
<li>Klicken Sie in der Menüleiste auf das Menüelement"Datei",wählen Sie das Untermenü"UV-Druckdatei importieren"aus, und laden Sie die in Schritt 2.3 eingeführten UV-Druckdateien ".prn".</li>
		<li>Laden Sie den in Schritt 2.4 generierten G-Code wie in Schritt 2.5.1 in die Drucksteuerungssoftware.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche Drucken starten, um den automatisierten 3D-Druckvorgang zu starten.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Drucken der Haut Epidermis Schicht Phantomkomponente durch Spin-Beschichtung
HINWEIS: Das Spin-Beschichtungsmodul besteht hauptsächlich aus drei Teilen: 1) einem Spincoater; 2) einen Klebstoffspender; und 3) eine UV-Lampe.
<ol><li>Bewegen Sie das Substrat auf der Ladestation mit einer mechanischen Hand auf die Probenstufe des Spincoaters. Starten Sie die Vakuumpumpe, um das Substrat durch Adsorption zu fixieren.</li>
	<li>Der Klebstoffspender steuert die Spritze, um das in Schritt 2.2.2 eingeführte Material in der Mitte des Substrats zu tropfen.</li>
	<li>Der Spincoater beginnt nach den eingestellten Geschwindigkeits- und Zeitparametern zu arbeiten.</li>
	<li>Setzen Sie die UV-Lampe (Wellenlänge: 395 nm) ab und schalten Sie sie für 180 s ein.</li>
	<li>Heben Sie die UV-Lampe an, schalten Sie den Spincoater aus, und drucken Sie die Hautepidermis-Schicht.</li>
</ol>4. Drucken der Hautdermisschicht Phantomkomponente durch Polyjetting
HINWEIS: Das Polyjet-Druckmodul besteht aus einer piezoelektrischen Inkjet-Düse, einer dreidimensionalen mobilen Plattform, einem Bedienfeld und einer UV-Lampe (Quecksilberlampe). Als Matrix werden das lösemittelbasierte photohärierbare Material, Absorptionsmaterial und Streumaterial verwendet. Unterschiedliche optische Parameter werden durch Sprühmaterial in unterschiedlichen Proportionen in verschiedenen Regionen ermittelt. Schließlich wird das Dermis-Layer-Phantom Schicht für Schicht gedruckt und ausgehärtet.
<ol><li>Bewegen Sie das Substrat auf die mobile 3D-Plattform und öffnen Sie das Saugventil, um das Substrat auf der Plattform zu adsorbieren.</li>
	<li>Die mobile 3D-Plattform hält das Substrat an die Ausgangsposition des UV-Druckers.</li>
	<li>Schieben Sie den Tintenstrahldrucker durch den Zylinder in die Arbeitsposition, und der Tintenstrahldrucker arbeitet die Zeit, die in der vom Hostcomputer gesendeten Datei ".prn" angegeben ist. Hier bei der Bewegung der mobilen Y-Achsen-Plattform wird das Papiereinzugssignal des Tintenstrahldruckers verwendet.</li>
	<li>Der Tintenstrahldrucker druckt die in Schritt 2.5.1 entworfene Schicht und der Zylinder schiebt den Tintenstrahldrucker zurück in die ursprüngliche Position. Die Y-Achse der 3D-Bewegungsplattform, die mit dem Substrat platziert ist, wird initialisiert, indem sie in ihre Ausgangsposition bewegt wird.</li>
	<li>Das Substrat bewegt sich 50 mm in die positive Richtung der Y-Achse. Die UV-Lampe wird vom Zylinder nach unten gedrückt (10 mm über dem Substrat).</li>
	<li>Schalten Sie die UV-Lampe für 180 s entsprechend der Aushärtungszeiteinstellung ein.</li>
	<li>Schieben Sie die UV-Lampe mit dem Zylinder in die Ausgangsposition. Die Y-Achse der mit dem Substrat platzierten mobilen 3D-Plattform wird initialisiert und in ihre Ausgangsposition zurückgeführt.</li>
	<li>Bewegen Sie die mobile 3D-Plattform mit Substrat um 0,1 mm entlang der Z-Achse nach unten.</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 4.1–4.8, um die nächste Ebene zu drucken, bis der Mehrschichtdruck abgeschlossen ist.</li>
</ol>5. Drucken der subkutanen Gewebe-Phantomkomponente durch FDM
HINWEIS: Das FDM-Modul besteht aus einem Hybrid-Drei-Kopf-Modul, einem Einkopfmodul und einer mobilen 3D-Plattform. Das Gelwachs, das absorbierende Material und das Streumaterial werden als Rohstoffe verwendet, um ein Phantom zu simulieren, das subkutanes Gewebe/Tumor simuliert. Das Gelwachs wird im Futter erhitzt und geschmolzen. Gleichmäßig durch den Extrusionskopf gerührt, wird es extrudiert, um die letzten Phantome mit den gewünschten optischen Parametern zu drucken.
<ol><li>Schalten Sie die Heizleistung des Düsenmoduls ein und stellen Sie die Temperatur auf 60 °C ein.</li>
	<li>Bewegen Sie die Mischdüse in die Arbeitsposition, indem Sie den Zylinder drücken.</li>
	<li>Das FDM-Modul empfängt die vom Hostcomputer gesendeten G-Codebefehle, und die Mischdüse wird auf 68 °C erhitzt.</li>
	<li>Schalten Sie den Rührmotor ein und mischen Sie die Materialien gut.</li>
	<li>Initialisieren Sie die mobile 3D-Plattform und die XYZ-Achsen bewegen sich in die Ausgangsposition.</li>
	<li>Der Druckvorgang wird nach den G-Codebefehlen ausgeführt. In einem Schicht-für-Schicht-Druckverfahren werden die Materialien proportional zum Mischungsverhältnis extrudiert, das die optischen Parameter des Phantoms in jeder Schicht bestimmt. Der Druck wird fortgesetzt, bis der subkutane Gewebeteil oder der Tumorteil vollständig gedruckt ist.</li>
	<li>Bewegen Sie das Mischdüsenmodul in die Ausgangsposition, indem Sie den Zylinder drücken. VORSICHT: Da Graphitpulver eine starke Lichtabsorption aufweist, muss es so gleichmäßig wie möglich gemischt werden, um Veränderungen der optischen Parameter zu vermeiden, die durch Aggregation induziert werden. TiO2 Pulver von großer Partikelgröße leicht ausfällt und beeinflusst Material Platzierung Genauigkeit, so ist es notwendig, es vollständig zu mischen. TiO2 sollte ersetzt werden, wenn es für eine lange Zeit gelagert wird.</li>
</ol>6. Verschieben des Substrats zurück zur Verladestation
<ol><li>Initialisieren Sie die mobile 3D-Plattform, und verschieben Sie die XYZ-Achse in die Ausgangsposition. Verschieben Sie die mobile 3D-Plattform an den Übergabeort.</li>
	<li>Bewegen Sie die mechanische Hand in die Position über dem Substrat, indem Sie den Zylinder drücken.</li>
	<li>Nehmen Sie das Substrat auf und bewegen Sie es mit der mechanischen Hand über die Ladestation. Legen Sie das Substrat auf die Verladestation und vervollständigen Sie den automatisierten Druck.</li>
</ol>7. Gießen der subkutanen Gewebeschicht Phantomkomponente durch Formen
HINWEIS: Wenn das Tumormodell für das Phantom entworfen ist, wird es notwendig sein, das gesamte Phantom zu werfen, indem das Polydimethylsiloxan (PDMS) außerhalb des Tumors gegossen wird. Die Schritte 7.1–7.3 sind für das FDM-Modul nicht erforderlich, um subkutane Gewebeschichten ohne Tumor zu drucken.
<ol><li>Drücken Sie auf ein Substrat mit einer 3D-gedruckten rechteckigen Form.</li>
	<li>Gießen Sie flüssiges PDMS in die Form.</li>
	<li>Das Substrat in einen Inkubator geben und bei 60 °C für 2 h lagern.</li>
	<li>Entfernen Sie das Phantom aus dem Substrat.</li>
</ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Bei der Herstellung des mehrschichtigen Phantoms ist das für die Spinbeschichtung verwendete Material eine Art lichthärtendes Material anstelle von PDMS. Die Zwischenschicht wird mit dem Polyjet-Druckverfahren gedruckt, bei dem das lichthärtende Harz als Rohstoff verwendet wird. Obwohl dünne PDMS-Phantome nach Zugabe von Tert-Butyl-Alkohol durch Spin-Beschichtung hergestellt werden können, kann eine PDMS-Schicht beim Polyjet-Druck nicht effektiv an das lichthärtende Material binden. Deshalb haben wir uns für das lichthär...

Die biomedizinische optische Bildgebung stellt eine Familie medizinischer Bildgebungsinstrumente dar, die Krankheiten und Gewebeanomalien auf der Grundlage von Lichtwechselwirkungen mit biologischem Gewebe erkennen. Im Vergleich zu anderen bildgebenden Modalitäten wie Magnetresonanztomographie (MRT) und Computertomographie (CT) nutzt die biomedizinische optische Bildgebung die nichtinvasive Messung von strukturell, funktionellen und molekularen Gewebeeigenschaften mit kostengünstigen und tragbaren Geräten1,2,3,4. Trotz ihrer Überlegenheit in den Kosten und der Übertragbarkeit ist die optische Bildgebung für die klinische Diagnose und therapeutische Beratung jedoch nicht allgemein anerkannt, was teilweise auf die schlechte Reproduzierbarkeit und das Fehlen einer quantitativen Kartierung zwischen optischen und biologischen Parametern zurückzuführen ist. Der Hauptgrund für diese Einschränkung ist das Fehlen rückverfolgbarer Standards für die quantitative Kalibrierung und Validierung biomedizinischer optischer Bildgebungsgeräte.
In der Vergangenheit wurden eine Vielzahl von gewebesimulierenden Phantomen für die biomedizinische optische Bildgebungsforschung in verschiedenen Gewebetypen entwickelt, wie Gehirn5,6,7, Haut8,9,10,11,12, Blase13und Brustgewebe14,15,16,17. Diese Phantome werden in erster Linie durch eines der folgenden Herstellungsverfahren hergestellt: 1) Spinbeschichtung10,18 (zur Simulation homogenen und dünnschichtigen Gewebes); 2) Formung19 (zur Simulation von sperrigem Gewebe mit geometrischen Merkmalen); und 3) dreidimensionaler (3D) Druck20,21,22 (zur Simulation von mehrschichtigem heterogenem Gewebe). Haut-Phantome, die durch Formen erzeugt werden, sind in der Lage, die optischen Eigenschaften des Hautgewebes zu imitieren, können aber die seitlichen optischen Heterogenitäten nicht simulieren19. Bentz et al. verwendeten ein zweikanaliges FDM 3D-Druckverfahren, um verschiedene optische Eigenschaften des biologischen Gewebes nachzuahmen23. Die Verwendung von zwei Materialien kann jedoch die optische Heterogenität und Anisotropie des Gewebes nicht ausreichend simulieren. Lurie et al. schufen ein Blasen-Phantom für optische Kohärenztomographie (OCT) und Zystoskopie durch die Kombination von 3D-Druck und Spin-Beschichtung13. Heterogene Merkmale des Phantoms, wie Blutgefäße, mussten jedoch von Hand bemalt werden.
Unter den oben genannten Phantomfertigungsprozessen bietet der 3D-Druck die größte Flexibilität bei der Simulation der strukturellen und funktionellen Heterogenitäten von biologischem Gewebe. Viele biologische Gewebetypen, wie z. B. Hautgewebe, bestehen jedoch aus mehrschichtigen und mehrskalienierten Komponenten, die durch einen einzigen 3D-Druckprozess nicht effektiv dupliziert werden können. Daher ist die Integration mehrerer Fertigungsprozesse notwendig. Wir schlagen eine 3D-Druck-Produktionslinie vor, die mehrere Fertigungsprozesse für die automatische Herstellung von mehrschichtigen und mehrskalienigen Gewebesimulationsphantomen als rückverfolgbaren Standard für die biomedizinische optische Bildgebung integriert(Abbildung 1). Obwohl Spincoating, Polyjet-Druck und FDM in unserer 3D-Druck-Produktionslinie automatisiert sind, behält jede Modalität die gleichen funktionalen Eigenschaften wie die etablierten Prozesse. Daher bietet dieses Papier eine allgemeine Richtlinie für die Herstellung von mehrskaligen, vielschichtigen und heterogenen Gewebesimulations-Phantomen, ohne dass die physische Integration mehrerer Prozesse in einem einzigen Gerät erforderlich ist.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60563/60563fig1.jpg"> Abbildung 1: Das CAD-Diagramm der 3D-Druckfertigungslinie. (A) Die 3D-Druck-Produktionslinie mit der obersten Schale entfernt. (B) Der Schaltplan des Spin-Beschichtungsmoduls und des mechanischen Handmoduls. (C) Der Schaltplan des Polyjet-Druckmoduls. (D) Der Schaltplan des FDM-Druckmoduls (die UV-Lampe gehört zum Polyjet-Druckmodul). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60563/60563fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

<table><tbody><tr><td>2-Hydroxy-2-methylpropiophenon</td><td>Aladdin</td><td>H110280-500g</td><td>Lichtinitiator <a href="http://www.aladdin-e.com/" target="_blank">http://www.aladdin-e.com/</a></td></tr><tr><td>3D-Drucksteuerungssystem</td><td>USTC</td><td>USTC-3DPrinter_control1.0</td><td>custom-made github: <a href="https://github.com/macanzhen/3D_printing_control_system_of_ USTC" target="_blank">https://github.com/macanzhen/</a></td></tr><tr><td>3D-Drucksystem</td><td>USTC</td><td>USTC-3DPrinter1.0</td><td>maßgeschneidertes</td></tr><tr><td>AcroRip color</td><td>Human Plus</td><td>AcroRip v8.2.6</td> All-in-one Düsen-Slicing-Skript Shenzhen CBD Technology Co.,Ltd<td></td></tr><tr><td></td><td>.</td><td></td><td>github: <a href="https://github.com/macanzhen/3D_printing_Cura_all-in-one-nozzle-slicing-script" target="_blank">https://github.com/macanzhen/</a></td></tr><tr><td>Chinesischer roter Farbstoff</td><td>Juents</td><td>Öllöslicher</td><td></td></tr><tr><td>Cura</td><td>Ultimaker</td><td>Cura_15.04.6</td> Gelwachs Shanghai Lida Industry Co.,ltd<td></td></tr><tr><td></td><td>.</td><td></td><td>LP-Schmelzpunkt: 56 &deg; C</td></tr><tr><td>Graphit</td><td>Aladdin</td><td>G103922-100g</td><td>Optische Absorptionsparameter des Objekts ändern <a href="http://www.aladdin-e.com/" target="_blank">http://www.aladdin-e.com/</a></td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow Corning</td><td>184</td><td></td></tr><tr><td>Titandioxid</td><td>ALDRICH</td><td>24858-100G</td><td>347 nm</td></tr><tr><td>Triethylenglykoldimethacrylat</td><td>Aladdin</td><td>T101642-250ml</td><td>Photogehärtetes Monomer <a href="http://www.aladdin-e.com/" target="_blank">http://www.aladdin-e.com/</a></td></tr><tr><td>UV Tinte SLA Photopolymer Resin</td><td>time80s</td><td>RESIN-A</td><td><a href="http://www.time80s.com/zlxz" target="_blank">http://www.time80s.com/zlxz</a></td></tr></tbody></table>

multimodaler 3d-druck von phantomen zur simulation von biologischem gewebe

Multimodal 3D Printing of Phantoms to Simulate Biological Tissue

Die biomedizinische optische Bildgebung spielt eine wichtige Rolle bei der Diagnose und Behandlung verschiedener Krankheiten. Die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit eines optischen Bildgebungsgeräts wird jedoch stark von den Leistungsmerkmalen seiner Komponenten, der Testumgebung und den Vorgängen beeinflusst. Daher ist es notwendig, diese Geräte nach rückverfolgbaren Phantomstandards zu kalibrieren. Die meisten der derzeit verfügbaren Phantome sind jedoch homogene Phantome, die keine multimodalen und dynamischen Eigenschaften des biologischen Gewebes simulieren können. Hier zeigen wir die Herstellung heterogener gewebesimulierender Phantome anhand einer Produktionslinie, die ein Spin-Beschichtungsmodul, ein Polyjet-Modul, ein FDM-Modul (FUSED Deposition Modeling) und ein automatisches Steuerungsframework integriert. Die Strukturinformationen und die optischen Parameter eines "digitalen optischen Phantoms" werden in einer Prototypdatei definiert, in die Produktionslinie importiert und Schicht für Schicht mit sequentiellem Wechsel zwischen verschiedenen Druckmodalitäten hergestellt. Die technische Leistungsfähigkeit einer solchen Produktionslinie wird durch den automatischen Druck von hautsimulierenden Phantomen veranschaulicht, die die Epidermis, Dermis, subkutanes Gewebe und einen eingebetteten Tumor umfassen.

Phantom hergestellt durch Spin-Beschichtung Die Spin-Beschichtung verteilt die Tröpfchen gleichmäßig auf dem Substrat, indem sie den Plattenspieler dreht, und eine einzelne Schicht des ursprünglichen Körpers wird nach dem Aushärten hergestellt. Die Drehgeschwindigkeit des Substrats und die Drehzeit beeinflussen nicht nur die Oberflächenqualität des Phantoms, sondern bestimmen auch die Dicke jeder Schicht des Phantoms. Phantome unterschiedlicher Dicke können durch sich wiederholende Spinbeschichtung Sc...

Spin-Beschichtung, Polyjet-Druck und Sicherungsabscheidungsmodellierung sind integriert, um mehrschichtige heterogene Phantome zu produzieren, die strukturelle und funktionelle Eigenschaften von biologischem Gewebe simulieren.

Multimodaler 3D-Druck von Phantomen zur Simulation von biologischem Gewebe

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of ...

Spin-Coating, Polyjet-Druck und Sicherungsabscheidungsmodellierung sind integriert, um mehrschichtige heterogene Phantome zu produzieren, die strukturelle und funktionelle Eigenschaften von biologischem Gewebe simulieren. Der Mangel an rückverfolgbaren Phantomstandards, die strukturelle und funktionelle Heterogenität von biologischem Gewebe simulieren, ist zum Engpass für die Entwicklung und Validierung biomedizinischer optischer Geräte geworden. Dieses Video zeigt die Schicht-für-Schicht-Fertigung von heterogenen Gewebesimulationen von Phantomen durch die Integration mehrerer additiver Fertigungsprozesse wie Spin Coating, PolyJet-Druck und FDM in eine Produktionslinie des 3D-Drucks.Die technische Leistungsfähigkeit einer solchen Produktionslinie wird durch den automatischen Druck von hautsimulierenden Phantomen veranschaulicht, die Epidermis, Dermis, Subkutangewebe und einen eingebetteten Tumor umfassen. Materialaufbereitung für den Spinbeschichtungsdruck. Titandioxidpulver in SLA-Photopolymerharz geben, 30 Minuten an einem Magnetumrühren rühren.Mit Zinnfolie versiegeln und beschallen. Vakuum für 10 Minuten. Legen Sie es in die Speicherspritze Materialvorbereitung für den Polyjet-Druck.Material hinzufügen, beschallen, chinesische Rote Farbe hinzufügen, in die Patronen laden, Patronen in den Drucker geben. Materialvorbereitung für den FDM-Druck. Wärmelow-Density-Gelwachs auf magnetischem Rühren.Titandioxidpulver hinzufügen, Graphitpulver in den zweiten Becher geben. Vakuum laden sie in den Extruder des Hybrid-Dreidüsenmoduls. Design des digitalen optischen Phantoms der Haut Einstellung von Parametern für die Spin-Beschichtung.Richten Sie die Parameter der Drehzahl und Dauer in der Steuerungssoftware ein. die Menge des Spin-Coating-Materials und die Zeit der Lichthärtung einzurichten. Vorbereitung der Quelldatei für den Polyjet-Druck, Importieren Sie das Blutgefäßbild in die Software, legen Sie die Druckposition fest und legen Sie die Inkjet-Parameter die für den Druck benötigte PRN-Datei zu generieren, nachdem die Einrichtung die vollständige Vorbereitung des G-Codes für den FDM-Druck ist, importieren Sie das Tumormodell in die Cura-Software und fügen Sie das gesamte in einem Düsenschnittskript in die Cura-Software ein und schneiden Sie das Modell, um den G-Code zu generieren, der für den Druck von Documents erforderlich ist.Klicken Sie in der Menüleiste auf das Menüelement Datei. Laden Sie die PRN-Dateien für den UV-Druck. den G-Code importieren.Klicken Sie auf die Schaltfläche Drucken starten. Die mechanische Hand verschiebt das Substrat auf der Ladestation in die Mitte der Spincoater-Probenstufe. Der Klebstoffspender steuert eine Spritze tropft das Material in die Mitte des Substrats.Der Spincoater beginnt zu arbeiten. Lassen Sie die UV-Lampe fallen und schalten Sie sie ein und die Hautepidermis wird gedruckt. Verschieben Sie das Substrat auf die mobile 3D-Plattform.Bewegen Sie das Substrat in die Ausgangsposition des UV-Drucks, drücken Sie den Tintenstrahldrucker in die Arbeitsposition. Der Tintenstrahldrucker druckt das Bild. Die UV-Lampe wird vom Zylinder geschoben und in die Position über dem Substrat nach unten bewegt, schaltet die UV-Lampe ein.Wiederholen Sie den Vorgang für die nächste Druckebene, bis der Mehrschichtdruck abgeschlossen ist. Die Mischdüse wird durch Druck des Zylinderdrucks nach den Anweisungen des G-Codes in die Arbeitsposition bewegt. Der Druck ist abgeschlossen, bis der subkutane Gewebeanteil des Tumoranteils gedruckt ist.Bewegen Sie das Substrat zurück zur Ladestation, die das subkutane Schicht-Phantom mit Hilfe eines Werkzeugrepräsentanten-Ergebnisses wirft. Ergebnis der automatisierten Druckproduktionslinie. Durch die Integration der 3D-Druckmethoden könnte das System einen Tumor wie Einphantom erzeugen, indem es die Schritte im Protokoll befolgt.Ein Beispiel ist das vereinfachte mehrschichtige Skinmodell. Die Epidermisschicht, Dermisschicht und subkutane Gewebeschicht mit unterschiedlichen Dicken und unterschiedlichen optischen Eigenschaften werden nach dem Spin-Coating-Verfahren, dem Polyjet-Druckverfahren und dem FDM-Druckverfahren hergestellt. Durch das Modell wurde die Möglichkeit der Kombination von Spincoating, Polyjet-Druck und FDM-Druck zur Herstellung optischer Phantome nachgewiesen, es ist erwiesen, dass das System das Potenzial hat, gewebeoptische Phantome mit optischen Simulationseigenschaften und strukturellen Simulationseigenschaften zu erzeugen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Mit modernen Kunststoff-Extrusions-und Drucktechnologien, ist es nun möglich, schnell und kostengünstig zu produzieren physikalische Modelle von X-ray CT-Daten in einem Labor entnommen. Das dreidimensionale Drucken von tomographischen Daten ist eine leistungsfähige Visualisierungs-, Forschungs-und Bildungs-Tool, das jetzt von der präklinischen Bildgebung Gemeinschaft zugegriffen werden kann.

3D Printing der präklinischen X-ray computertomographische Datensätze

Dieser Beitrag beschreibt die hausinternen Verfahren zur Konstruktion eines präklinischen Multimodalität Phantom von Gewebe-Nachahmung gemacht (TM)-Materialien für die Qualitätssicherung (QS) der Tumorgröße Messung in der Tier-Bildgebungsverfahren wie Ultraschall (US), Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie Resonanz-Tomographie (MRT).

Bau eines Präklinische Multimodalität Phantom Mit Tissue-ähnlichen Materialien für die Qualitätssicherung in der Tumor Größe Maß

Optische Gewebe Phantome sind unverzichtbare Werkzeuge für Kalibrierung und Charakterisierung von optischen bildgebenden Systemen und Validierung von theoretischen Modellen. Dieser Artikel beschreibt eine Methode für die phantom Fertigung, die Replikation von optischen Gewebeeigenschaften und dreidimensionale Gewebestruktur enthält.

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Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung von Polycaprolactons (PCL) Filament mit eingebetteten Polymilchsäure (PLA) Säure Mikrosphären die decellularized Matrizen (DM) für den 3D-Druck von strukturellen Gewebetechnik Konstrukte enthalten.

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Multimodaler 3D-Druck von Phantomen zur Simulation von biologischem Gewebe

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