3D stampato cellulosa porosa dell'idrogelo Nanocomposite ponteggi

Sommario

I tre passaggi critici del presente protocollo sono i) sviluppare la giusta composizione e consistenza dell'inchiostro cellulosa idrogel, ii) stampa di ponteggi in vari 3D poro strutture con fedeltà di buona forma e dimensioni e iii) dimostrazione della Proprietà meccaniche in condizioni simulate di corpo per la rigenerazione della cartilagine.

Abstract

Questo lavoro viene illustrato l'utilizzo della stampa tridimensionale (3D) per produrre porosi ponteggi cubi utilizzando inchiostro di idrogel di cellulosa nanocompositi, con struttura di poro controllata e proprietà meccaniche. Nanocristalli di cellulosa (CNCs, 69,62 wt %) inchiostro base idrogel con matrice (alginato di sodio e gelatina) è stato sviluppato e 3D stampato in impalcature con struttura uniforme e gradienti poro (110-1.100 µm). I ponteggi ha mostrato modulo di compressione nella gamma di 0.20-0.45 MPa quando testati simulato condizioni in vivo (in acqua distillata a 37 ° C). Le dimensioni dei pori e il modulo di compressione di impalcature 3D abbinato con i requisiti necessari per le applicazioni di rigenerazione della cartilagine. Questo lavoro dimostra la coerenza dell'inchiostro può essere controllata dalla concentrazione dei precursori e porosità può essere controllato tramite il processo di stampa 3D che entrambi questi fattori definisce in cambio meccanico proprietà del 3D stampato poroso impalcatura di idrogel. Questo metodo processo può pertanto essere utilizzato per fabbricare ponteggi strutturalmente e compositivamente su misura secondo le esigenze specifiche dei pazienti.

Introduzione

La cellulosa è un polisaccaride costituito da catene lineari di β (1-4) unità di D-glucosio collegati. È il polimero naturale più abbondante sulla terra ed è estratta da una varietà di fonti, tra cui animali marini (ad es., tunicati), piante (ad esempio, legno, cotone, paglia di grano) e fonti batteriche, come anche ameba (protozoi, funghi e alghe (ad es., Vallonea) )^1,2. Nanofibre di cellulosa (CNF) e cellulosa nanocristalli (CNC) con almeno una dimensione su scala nanometrica sono ottenuti mediante idrolisi acida da cellulosa e trattamenti meccanici. Essi non solo possiede le proprietà di cellulosa, come ad ....

Protocollo

1. preparazione dei precursori

1. Preparazione della sospensione di nanocristalli di cellulosa
   Nota: Isolamento della cellulosa nanocristalli avviene secondo la procedura segnalata da Mathew, et al.³⁰.
   1. Diluire 17 wt % di sospensione di nanocristalli di cellulosa a 2% in peso con l'aggiunta di acqua distillata per rendere un volume totale di 2 L. Mix accuratamente utilizzando ultra (250-300 mL) sonicazione e uso di lotti più piccoli per la miscelazione efficiente.
   2. Passare la sospensione sonified attraverso l'omogeneizzatore 10 volte ad una pressione di 500-600 bar. A questo punto, si ottiene un gel trasparente spesso....

Risultati

CNC basato su nanocompositi idrogel inchiostro dimostra un forte taglio non newtoniani diradamento comportamento (Figura 2a). La viscosità apparente di 1,55 × 10⁵ PA. s a una velocità di taglio basso (0.001 s^-1) gocce di cinque ordini di grandezza per un valore di 22.60 PA. s a una velocità di taglio di 50 s^-1 (≈50 s^-1 essendo una velocità di taglio tipico con esperienza durante la stampa 3D)³¹ . L'inchiostr.......

Discussione

Stampa 3D richiede adatto proprietà reologiche dell'idrogel inchiostro. L'inchiostro di alta viscosità richiede pressioni estreme per sua estrusione mentre inchiostro bassa viscosità non manterrà la sua forma dopo l'estrusione. La viscosità dell'inchiostro idrogel può essere controllata attraverso la concentrazione degli ingredienti. Rispetto al nostro precedente lavoro¹¹, il contenuto di solidi dell'inchiostro idrogel è aumentato da 5.4 a 9,9% wt conseguente inchiostro concentrato idrogel che con.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Siringa da 60 mL	Structur3D Printing Sale
sodico acido alginico	Sigma-Aldrich	9005-38-3
Cloruro di calcio anidro	Sigma-Aldrich	10043-52-4
Morsetti, a tre punte, Talon	VWR	241-0404	102 mm, Morsetto a doppia regolazione, grande, prolunga del morsetto 127 mm
Cura 2.4.0	Ultimaker		Software di slicing gratuito
Discov3ry Complete	Structur3D Printing		Stampante 3D Ultimaker 2+ integrata con l'estrusore di pasta Discov3ry
Gelatina da pelle bovina	Sigma-Aldrich	9000-70-8
Soluzione di glutaraldeide 50 % in peso in H2O	Sigma-Aldrich	111-30-8
omogeneizzatore	SPX	APV-2000
Instron 5960	Instron		Instron 5960, Bagno Biopuls, cella di carico 100 N, 37 gradi C,
reometro Physica MCR 301	Anton Paar		CP25-2-SN7617, altezza della fessura 0,05 mm, 25 ° C
Centrifuga Sorvall Lynx 6000	AB Ninolab	s/n 41881692	rotore F12 (6x500 ml)
ugello in acciaio inossidabile	Structur3D Printing		800, 600 e 400 &; m
coseinverse	di MakerBot		condivisione e download di cose stampabili in 3D sotto forma di file stl
ultrasonicazione	Qsonica, LLC	Q500
Trucioli di legno scortecciati	Abete rosso norvegese (Picea abies)		contenuto di sostanza secca di 50– 55%