3D imprimés Cellulose poreuse Nanocomposite Hydrogel échafaudages

Résumé

Les trois étapes essentielles du présent protocole sont i) développer la bonne composition et des pores de cohérence de l’encre d’hydrogel de cellulose, ii) 3D impression d’échafaudages dans diverses structures avec fidélité de bonne forme et de dimensions et d’iii) démonstration de la propriétés mécaniques dans des conditions simulées de corps pour la régénération du cartilage.

Résumé

Ce travail démontre l’utilisation des trois dimensions (3D) impression pour produire des échafaudages cubes poreux à l’aide de cellulose nanocomposite hydrogel d’encre, avec la structure de pore contrôlé et les propriétés mécaniques. Nanocristaux de cellulose (CNCs, 69,62 % en poids) encre base hydrogel avec matrice (alginate de sodium et gélatine) a été développé et 3D imprimés en échafaudages avec structure de pores uniforme et dégradé (110-1 100 µm). Les échafaudages ont montré le module de compression de l’ordre de 0,20 à 0,45 MPa lors d’essai simulé des conditions in vivo (dans l’eau distillée à 37 ° C). La taille des pores et le module de compression des échafaudages 3D mis en correspondance avec les exigences requises pour les applications de régénération du cartilage. Ce travail démontre que la cohérence de l’encre peut être contrôlée par la concentration des précurseurs et porosité peut être contrôlée par le procédé d’impression 3D et ces deux facteurs définit en retour la mécanique propriétés du 3D imprimés poreux échafaudage d’hydrogel. Cette méthode de processus peut donc servir pour fabriquer leur structure et une composition personnalisée selon les besoins spécifiques des patients.

Introduction

Cellulose est un polysaccharide composé de chaînes linéaires de β liées unités de D-glucose (1-4). C’est le plus abondant polymère naturel sur terre et est extraite de diverses sources, y compris les animaux marins (p. ex., tuniciers), plantes (bois, coton, paille de blé) et des sources bactériennes, telles que les algues (p. ex., Valonia), les champignons et même amibe (protozoaires )^1,2. Nanofibres cellulose (CNF) et les nanocristaux de cellulose (CNC) au moins une dimension à échelle nanométrique est obtenus par hydrolyse acide de la cellulose et de traitements mécaniques. Ils possèdent non seulement les pr....

Protocole

1. préparation des précurseurs

1. Préparation de la suspension de nanocristaux de cellulose
   NOTE : Isolement des nanocristaux de cellulose se fait conformément à la procédure rapportée par Mathew, et al.,³⁰.
   1. Suspension 17 diluée de % wt de nanocristaux de cellulose à 2 % en poids en ajoutant distillée d’eau pour obtenir un volume total de 2 L. mélanger soigneusement avec des lots plus petits (250-300 mL) ultra sonication et utilisation pour un mixage efficace.
   2. Passer la suspension sonified par le biais de l’homogénéisateur 10 fois à une pression de 500 à 600 bar. À ce stade, un gel transparent épais de nanocristaux ....

Résultats

CNCs basés nanocomposite hydrogel encre montre un fort cisaillement non newtoniens amincissement comportement (Figure 2a). La viscosité apparente de 1,55 × 10⁵ Pa.s à un taux de cisaillement faible (0,001 s^-1) descend de cinq ordres de grandeur d’une valeur de 22,60 Pa.s à un taux de cisaillement de 50 s^-1 (≈50 s^-1 étant un taux de cisaillement typique expérimenté lors de l’impression 3D)³¹ . L’encre d’hydro.......

Discussion

L’impression 3D nécessite adaptés rhéologiques de l’encre d’hydrogel. L’encre de haute viscosité auront besoin des pressions extrêmes pour son extrusion tandis qu’encre faible viscosité ne maintiendra pas sa forme après extrusion. La viscosité de l’encre hydrogel peut être contrôlée par la concentration des ingrédients. Par rapport à notre précédent travail¹¹, la teneur en matières solide de l’encre hydrogel est augmenté de 5,4 à 9,9 % de poids résultant à l’encre de concentré hydrogel qui contrib.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Seringue de 60 mL	Structure3D Printing Sel
de sodium d’acide alginique	Sigma-Aldrich	9005-38-3
Chlorure de calcium anhydre	Sigma-Aldrich	10043-52-4
Pinces à trois broches, Talon	VWR	241-0404	102 mm, Pince de réglage double, grande, rallonge de pince 127 mm
Cura 2.4.0	Ultimaker		Logiciel de découpage gratuit
Discov3ry	Complete StructureImpression 3D Impression 3D Ultimaker		2+ intégrée à l’extrudeuse de pâte Discov3ry
Gélatine de peau de bovin	Sigma-Aldrich	9000-70-8
Solution de glutaraldéhyde 50 % en poids dans H2O	Sigma-Aldrich	111-30-8
Homogénéisateur	SPX	APV-2000
Instron 5960	Instron		Instron 5960, Biopuls Bath, capteur de pesage 100 N, 37 ° ;
C,Physica MCR 301 rhéomètre	Anton Paar		CP25-2-SN7617, hauteur d’écart 0,05 mm, 25 ° ; C
Centrifugeuse Sorvall Lynx 6000	AB Ninolab	s/n 41881692	F12-rotor (6x500 ml)
buse en acier inoxydable	Structur3D Printing		800, 600 et 400 µ ; m
thingsinverse	MakerBot’s		; partage et téléchargement d’objets imprimables en 3D sous forme de fichiers stl
	ultra sonication Qsonica, LLC	Q500
Copeaux de bois non écorcés	Épicéa de Norvège (Picea abies)		teneur en matière sèche de 50&ndash ; 55 %