Name: Multimodale 3D-printen van Phantoms om biologisch weefsel te simuleren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 11 s
Description: Leer multimodale 3D-printtechnieken voor het maken van gelaagde phantoms die biologisch weefsel simuleren. Deze methode combineert spin coating, PolyJet en FDM voor nauwkeurige biomedische optische validatie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Het werk werd gesteund door de National Natural Science Foundation van China (Grant NOS. 11002139 en 81327803) en de fundamentele onderzoeksfondsen voor de centrale universiteiten. We danken Zachary J. Smith van de University of Science and Technology voor het leveren van de audio-VoiceOver.

1. materialen voorbereiden voor 3D-printen
Opmerking: onze optische Phantom-productielijn gebruikt een verscheidenheid aan druk materialen om de structurele en functionele heterogeneities van biologisch weefsel te simuleren. De selectie van het afdrukmateriaal hangt ook af van de productieprocessen.
<ol><li>Materiaal voorbereiding voor het afdrukken van spin coating<ol>
<li>Voeg 100 mg titaniumdioxide (TiO2) poeder toe aan een bekerglas met 100 ml van de stereolithografie (Sla) photopolymeer hars.</li>
		<li>Roer het mengsel gedurende 30 minuten in het bekerglas op een magneetroerder.</li>
		<li>Seal het bekerglas met Tinfoil Security en sonificeren het in een ultrasone machine gedurende 15 minuten.</li>
		<li>Vacuüm het materiaal gedurende 10 minuten en laad het in de opslag spuit van het apparaat.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Materiaal voorbereiding voor het printen van polyjet<ol>
<li>Voeg 17,56 g 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (1-hydroxycyclohexyl fenyl keton) toe aan het bekerglas met 80 g triethyleen glycol dimethacrylaat om 18% (w/w) materiaal te krijgen.</li>
		<li>Seal het bekerglas met Tinfoil Security en sonificeren het in een ultrasone machine gedurende 15 minuten.</li>
		<li>Neem 20 mL van het mengsel en voeg 5 mg van de olie-oplosbare Chinese rode kleurstof erin. Herhaal stap 1.2.2.</li>
		<li>Zuig alle materialen op, laad de oplossing met kleurstof in de cartridges voor het Y (gele) kanaal en laad de zuivere oplossing in de cartridges voor het K (Black)-kanaal.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Materiaal voorbereiding voor FDM Printing<ol>
<li>Laad 200 g gel Wax in elk van de drie bekers en verwarm ze vervolgens tot 60 °C op een magneetroerder.</li>
		<li>Voeg 600 mg TiO2 poeder toe aan het eerste bekerglas. Voeg 80 mg grafiet poeder toe aan de tweede.</li>
		<li>Roer de gel Wax gemengd met TiO2 en gel Wax gemengd met grafiet poeder in verschillende bekers voor 30 min op de magnetische roerder.</li>
		<li>Vacuüm de drie verschillende materialen gedurende 2 min en laad ze in de extruder van de hybride-drie-sproeier module voor stollen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. computermodellen voorbereiden voor multimodale 3D-printen
Opmerking: het heterogene huid weefsel wordt vereenvoudigd tot drie lagen: epidermis, dermis en subcutaan weefsel. De epidermis laag wordt geproduceerd door spin coating met behulp van het materiaal geïntroduceerd in stap 1,1. De dermis-laag wordt geproduceerd door polyjet Printing met behulp van het fotogevoelige polymeer geïntroduceerd in stap 1,2. De onderhuidse weefsellaag wordt geproduceerd door FDM met behulp van het in stap 1,3 geïntroduceerde materiaal. Er wordt een CAD-bestand (prototype computer aided design) met verschillende afdrukparameters gegenereerd om de bovengenoemde fabricageprocessen te begeleiden.
<ol><li>Ontwerp van een digitale optische Phantom voor de huid<ol>
<li>Ontwerp de skin Phantom met de volgende drie lagen: een epidermis laag van 100 μm dik, een dermis laag van 400 μm dik en een subcutaan weefsel van 1 cm dik.</li>
		<li>Teken een tumor model met behulp van een softwarepakket voor 3D-modellering (bijv. SolidWorks) (Figuur 5a).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Parameter instelling voor spin coating<ol>
<li>Stel de parameters van de roterende snelheid en duur in de besturingssoftware van het afdrukapparaat in. De eerste-fase spin coating snelheid gebruikt in deze demonstratie is 200 omwentelingen per min (rpm), de spin coating tijd is 20 s, de snelheid in de tweede fase spin coating is 1.000 rpm, en de spin coating tijd is 40 s.</li>
		<li>Stel de hoeveelheid spin coatingmateriaal in als 3 mL en de tijd van lichtuithardend als 180 s in de besturingssoftware.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Voorbereiding van het bronbestand voor polyjet Printing<ol>
<li>Importeer de bloedvat afbeelding die moet worden afgedrukt in het AcroRIP Color softwarepakket en stel de parameters in (afdrukpositie en inkjetbedrag) op basis van de relatie tussen de optische parameters van de gedrukte Phantoms en de beeld eigenschappen. In dit afgedrukte bloedvat beeld wordt het K-kanaal geladen met een transparant fotocurabel materiaal en het Y-kanaal wordt geladen met een fotocurabel materiaal vermengd met Chinese rode kleurstof.</li>
		<li>Genereer een ". prn"-bestand met parameters die zijn gedefinieerd voor 3D-printen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Voorbereiding van G-code voor FDM Printing<ol>
<li>Teken een afgeknotte piramidemodel met een 3D mapping softwarepakket (bijv. SolidWorks) om een tumor te simuleren.</li>
		<li>Importeer het ". stl" bestand van het tumor model in een Cura softwarepakket geïnstalleerd met een all-in-One nozzle snijden script.</li>
		<li>Snijd het model bij om de G-code te genereren die vereist is voor afdrukken.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Laden van de documenten aan de print Control software<ol>
<li>Klik op het menu-item "bestand" in de menubalk, selecteer het submenu "import UV print file" en laad de UV Printing ". prn"-bestanden die zijn geïntroduceerd in stap 2,3.</li>
		<li>Laad de G-code die in stap 2,4 is gegenereerd in de print Control-software zoals in stap 2.5.1.</li>
		<li>Klik op de knop afdrukken starten om de automatische 3D-afdrukprocedure te starten.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. het afdrukken van de skin epidermis Layer Phantom component door spin coating
Opmerking: de spin coating module bestaat hoofdzakelijk uit drie delen: 1) een spin coater; 2) een lijm dispenser; en 3) een UV-lamp.
<ol><li>Beweeg het substraat op het laadstation naar de monster fase van de spin coater met een mechanische hand. Start de vacuümpomp om het substraat te fixeren door adsorptie.</li>
	<li>De lijm dispenser regelt de spuit om het materiaal dat in stap 2.2.2 in het midden van het substraat is geïntroduceerd, te druppelen.</li>
	<li>De spin coater begint te werken na de ingestelde snelheid en tijd parameters.</li>
	<li>Zet de UV-lamp neer (golflengte: 395 nm) en zet hem aan voor 180 s.</li>
	<li>Til de UV-lamp op, schakel de spin-coater uit en druk de skin epidermis laag af.</li>
</ol>4. het afdrukken van de skin dermis Layer Phantom component door poly jetting
Opmerking: de polyjet Printing module bestaat uit een piëzo-elektrisch inkjetmondstuk, een driedimensionaal mobiel platform, een bedieningspaneel en een UV-lamp (Mercury-lamp). Het oplosmiddel gebaseerde fotocurable materiaal, absorptiemateriaal, en verstrooiing materiaal worden gebruikt als een matrix. Verschillende optische parameters worden verkregen door het spuiten van materialen in verschillende verhoudingen in verschillende regio's. Ten slotte wordt de dermis-laag Phantom afgedrukt en laag-voor-laag uitgehard.
<ol><li>Verplaats het substraat naar het 3D mobiele platform en open de aanzuigklep om de ondergrond op het platform te adsorberen.</li>
	<li>Het 3D mobiele platform houdt de ondergrond op de oorspronkelijke positie van de UV-printer.</li>
	<li>Duw de inkjetprinter in de werkpositie door de cilinder en de inkjetprinter werkt de tijd die is opgegeven in het ". prn"-bestand dat door de hostcomputer wordt verzonden. Hier wordt het papierinvoersignaal van de inkjetprinter gebruikt om de beweging van het Y-as mobiele platform te stimuleren.</li>
	<li>De inkjetprinter drukt de in stap 2.5.1 ontworpen laag af en de cilinder duwt de inkjetprinter terug naar de oorspronkelijke positie. De Y-as van het 3D-bewegende platform dat met de ondergrond wordt geplaatst, wordt geïnitialiseerd door naar de oorspronkelijke positie te gaan.</li>
	<li>Het substraat beweegt 50 mm in de positieve richting van de Y-as. De UV-lamp wordt door de cilinder (10 mm boven het substraat) naar beneden geduwd.</li>
	<li>Schakel de UV-lamp voor 180 s in volgens de instelling van de uithardingstijd.</li>
	<li>Duw de UV-lamp naar de beginpositie met de cilinder. De Y-as van het 3D-mobiele platform dat met de ondergrond wordt geplaatst, wordt geïnitialiseerd en teruggezet naar de oorspronkelijke positie.</li>
	<li>Verplaats het 3D mobiele platform dat met de ondergrond is geplaatst met 0,1 mm langs de Z-as.</li>
	<li>Herhaal stap 4.1 – 4.8 om de volgende laag af te drukken totdat het afdrukken met meerdere lagen is voltooid.</li>
</ol>5. afdrukken van het onderhuidse weefsel Phantom component door FDM
Opmerking: de FDM-module bestaat uit een hybride-drie-kopmodule, een eenkopmodule en een 3D-mobiel platform. De gel wax, het absorberende materiaal en het verstrooiings materiaal worden gebruikt als grondstoffen om een Phantom te bereiden die subcutaan weefsel/tumor simueert. De gel wax wordt verhit en gesmolten in de feeder. Gelijkmatig geroerd door de extrusiekop, wordt geëxtrudeerd om de uiteindelijke Phantoms met de gewenste optische parameters af te drukken.
<ol><li>Schakel het verwarmingsvermogen van de sproeier module in en stel de temperatuur in op 60 °C.</li>
	<li>Verplaats de Meng mondstuk naar de werkpositie door de cilinder te duwen.</li>
	<li>De FDM-module ontvangt de G-code commando's die door de hostcomputer worden verzonden en het Meng mondstuk wordt verwarmd tot 68 °C.</li>
	<li>Zet de roer motor aan en meng de materialen goed.</li>
	<li>Initialiseer het 3D mobiele platform en de XYZ-assen gaan naar de beginpositie.</li>
	<li>Het afdrukproces wordt uitgevoerd volgens de G-code opdrachten. In een Layer-by-Layer print procedure worden de materialen geëxtrudeerd in verhouding tot de mengverhouding die de optische parameters van de Phantom in elke laag bepaalt. Het printen gaat door totdat het onderhuidse weefsel gedeelte of het tumor gedeelte volledig geprint is.</li>
	<li>Verplaats de Meng mondstuk module naar de beginpositie door de cilinder te duwen. Let op: omdat grafiet poeder een sterke licht absorptie heeft, moet het zo gelijkmatig mogelijk worden gemengd om veranderingen in de optische parameters geïnduceerd door aggregatie te voorkomen. TiO2 poeder van grote deeltjesgrootte gemakkelijk neerslaan en beïnvloedt materiaal plaatsing nauwkeurigheid, dus het is noodzakelijk om volledig te mengen. TiO2 moet worden vervangen indien bewaard voor een lange tijd.</li>
</ol>6. het substraat terug verplaatsen naar het laadstation
<ol><li>Initialiseer het 3D mobiele platform en verplaats de XYZ-as naar de beginpositie. Verplaats het 3D mobiele platform naar de locatie van de overhandiging.</li>
	<li>Beweeg de mechanische hand naar de positie boven het substraat door de cilinder te duwen.</li>
	<li>Pak het substraat en beweeg het over het laadstation met de mechanische hand. Plaats het substraat op het laadstation en voltooi het automatische afdrukken.</li>
</ol>7. het gieten van de onderhuidse weefsellaag Phantom component door molding
Opmerking: als het tumor model voor de Phantom is ontworpen, zal het nodig zijn om de hele Phantom te werpen door het Polydimethylsiloxaan (PDMS) buiten de tumor te gieten. Stappen 7.1 – 7.3 zijn niet vereist voor de FDM-module om de subcutane weefsellaag zonder tumor af te drukken.
<ol><li>Druk op een substraat met een 3D-gedrukte rechthoekige mal.</li>
	<li>Giet vloeibare PDM'S in de mal.</li>
	<li>Plaats het substraat in een incubator en bewaar bij 60 °C gedurende 2 uur.</li>
	<li>Verwijder de Phantom uit de ondergrond.</li>
</ol>

<ol><li>Lu, G., Fei, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Medical+hyperspectral+imaging%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Medical hyperspectral imaging: a review.</a> Journal of Biomedical Optics. 19 (1), 010901(2014).</li>
<li>Wang, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+non-uniform+discrete+Fourier+transform+based+high+speed+spectral+domain+optical+coherence+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Development of a non-uniform discrete Fourier transform based high speed spectral domain optical coherence tomography system.</a> Optics Express. 17 (14), 12121-12131 (2009).</li>
<li>Zhao, H., Gao, F., Tanikawa, Y., Homma, K., Yamada, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-resolved+diffuse+optical+tomographic+imaging+for+the+provision+of+both+anatomical+and+functional+information+about+biological+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Time-resolved diffuse optical tomographic imaging for the provision of both anatomical and functional information about biological tissue.</a> Applied Optics. 44 (10), 1905-1916 (2005).</li>
<li>Ding, Z., Ren, H., Zhao, Y., Nelson, J. S., Chen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+optical+coherence+tomography+over+a+large+depth+range+with+an+axicon+lens%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">High-resolution optical coherence tomography over a large depth range with an axicon lens.</a> Optics Letters. 27 (4), 243-245 (2002).</li>
<li>Iida, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+brain+phantom+containing+bone+and+grey+matter+structures+with+a+realistic+head+contour%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Nuclear+Medicine%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional brain phantom containing bone and grey matter structures with a realistic head contour.</a> Annals of Nuclear Medicine. 27 (1), 25-36 (2013).</li>
<li>Mobashsher, A. T., Abbosh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+human+head+phantom+with+realistic+electrical+properties+and+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Antennas+and+Wireless+Propagation+Letters%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional human head phantom with realistic electrical properties and anatomy.</a> IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 13, 1401-1404 (2014).</li>
<li>Li, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+head+phantom+with+realistic+shape+and+spatially+varying+skull+resistivity+distribution%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">A new head phantom with realistic shape and spatially varying skull resistivity distribution.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 61 (2), 254-263 (2013).</li>
<li>Bykov, A., et al. Multilayer tissue phantoms with embedded capillary system for OCT and DOCT imaging. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBykov%2C+A+%22Life+Sciences.+%28International+Society+for+Optics+and+Photonics%29%22">Life Sciences. (International Society for Optics and Photonics)</a>. , 73760(2011).</li>
<li>Bykov, A. V., Popov, A. P., Priezzhev, A. V., Myllylä, R. Skin phantoms with realistic vessel structure for OCT measurements in Laser Applications. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBykov%2C+AV+%22European+Conference+on+Biomedical+Optics%22">European Conference on Biomedical Optics</a>. , Optical Society of America. 80911(2010).</li>
<li>Park, J., et al. Fabrication of double layer optical tissue phantom by spin coating method: mimicking epidermal and dermal layer. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPark%2C+J+%22Design+and+Performance+Validation+of+Phantoms+Used+in+Conjunction+with+Optical+Measurement+of+Tissue+V%22">Design and Performance Validation of Phantoms Used in Conjunction with Optical Measurement of Tissue V</a>. , International Society for Optics and Photonics. 85830(2013).</li>
<li>Wróbel, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+optical+skin+phantoms+for+preclinical+evaluation+of+laser+efficiency+for+skin+lesion+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Use of optical skin phantoms for preclinical evaluation of laser efficiency for skin lesion therapy.</a> Journal of Biomedical Optics. 20 (8), 085003(2015).</li>
<li>Sheng, S., Wu, Q., Han, Y., Dong, E., Xu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabricating+optical+phantoms+to+simulate+skin+tissue+properties+and+microvasculature%5BTitle%5D)+AND+%22Design+and+Performance+Validation+of+Phantoms+Used+in+Conjunction+with+Optical+Measurement+of+Tissue+Vii%22%5BJournal%5D)">Fabricating optical phantoms to simulate skin tissue properties and microvasculature.</a> Design and Performance Validation of Phantoms Used in Conjunction with Optical Measurement of Tissue Vii. , International Society for Optics and Photonics. 932507(2015).</li>
<li>Lurie, K. L., Smith, G. T., Khan, S. A., Liao, J. C., Ellerbee, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional%2C+distendable+bladder+phantom+for+optical+coherence+tomography+and+white+light+cystoscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional, distendable bladder phantom for optical coherence tomography and white light cystoscopy.</a> Journal of Biomedical Optics. 19 (3), 36009(2014).</li>
<li>Hahn, C., Noghanian, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterogeneous+breast+phantom+development+for+microwave+imaging+using+regression+models%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Heterogeneous breast phantom development for microwave imaging using regression models.</a> Journal of Biomedical Imaging. 2012, 6(2012).</li>
<li>Ansari, M. A., Mohajerani, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+optical+abnormalities+in+breast+phantom+by+diffuse+equation%5BTitle%5D)+AND+%22Optik-International+Journal+for+Light+and+Electron+Optics%22%5BJournal%5D)">Estimation of optical abnormalities in breast phantom by diffuse equation.</a> Optik-International Journal for Light and Electron Optics. 125 (20), 5978-5981 (2014).</li>
<li>Roman, M., Gonzalez, J., Carrasquilla, J., Erickson, S. J., Godavarty, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Gen-2+Hand-Held+Optical+Imager%3A+Phantom+and+Preliminary+in-vivo+Breast+Imaging+Studies%5BTitle%5D)+AND+%2229th+Southern+Biomedical+Engineering+Conference%22%5BJournal%5D)">A Gen-2 Hand-Held Optical Imager: Phantom and Preliminary in-vivo Breast Imaging Studies.</a> 29th Southern Biomedical Engineering Conference. , 103-104 (2013).</li>
<li>Michaelsen, K. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anthropomorphic+breast+phantoms+with+physiological+water%2C+lipid%2C+and+hemoglobin+content+for+near-infrared+spectral+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Anthropomorphic breast phantoms with physiological water, lipid, and hemoglobin content for near-infrared spectral tomography.</a> Journal of Biomedical Optics. 19 (2), 026012(2014).</li>
<li>Park, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+tissue+phantoms+based+on+spin+coating+method%5BTitle%5D)+AND+%22Design+and+Performance+Validation+of+Phantoms+Used+in+Conjunction+with+Optical+Measurement+of+Tissue+VII%22%5BJournal%5D)">Optical tissue phantoms based on spin coating method.</a> Design and Performance Validation of Phantoms Used in Conjunction with Optical Measurement of Tissue VII. , International Society for Optics and Photonics. 93250(2015).</li>
<li>Mustari, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Agarose-based+tissue+mimicking+optical+phantoms+for+diffuse+reflectance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Agarose-based tissue mimicking optical phantoms for diffuse reflectance spectroscopy.</a> Journal of Visualized Experiments. (138), e57578(2018).</li>
<li>Luciano, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Utilizing+3D+printing+technology+to+merge+MRI+with+histology%3A+A+protocol+for+brain+sectioning%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Utilizing 3D printing technology to merge MRI with histology: A protocol for brain sectioning.</a> Journal of Visualized Experiments. (118), e54780(2016).</li>
<li>Dong, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+fuse+deposition+modeling+of+tissue-simulating+phantom+for+biomedical+optical+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional fuse deposition modeling of tissue-simulating phantom for biomedical optical imaging.</a> Journal of Biomedical Optics. 20 (12), 121311(2015).</li>
<li>Beltrame, E. D. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Printing+of+Biomolecular+Models+for+Research+and+Pedagogy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy.</a> Journal of Visualized Experiments. (121), e55427(2017).</li>
<li>Bentz, B. Z., Chavan, A. V., Lin, D., Tsai, E. H., Webb, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+application+of+heterogeneous+printed+mouse+phantoms+for+whole+animal+optical+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Fabrication and application of heterogeneous printed mouse phantoms for whole animal optical imaging.</a> Applied Optics. 55 (2), 280-287 (2016).</li>
<li>Liu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+a+multilayer+tissue-mimicking+phantom+with+tunable+optical+properties+to+simulate+vascular+oxygenation+and+perfusion+for+optical+imaging+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Fabrication of a multilayer tissue-mimicking phantom with tunable optical properties to simulate vascular oxygenation and perfusion for optical imaging technology.</a> Applied Optics. 57 (23), 6772-6780 (2018).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Bij de fabricage van de meerlaagse Phantom is het materiaal dat voor de spin coating wordt gebruikt een soort lichtuikbaar materiaal in plaats van PDM'S. De tussenlaag wordt bedrukt met de polyjet Printmethode, die de lichtuikbare hars als grondstof gebruikt. Hoewel dunne PDMS Phantoms kunnen worden gemaakt door spin coating na het toevoegen van tert-butylalcohol, kan een PDMS laag niet effectief binden aan het lichtuikbare materiaal tijdens het printen van polyjet. Daarom kozen we voor de lichtuikbare hars voor spin coa...

Biomedische optische beeldvorming vertegenwoordigt een familie van medische beeldvormings hulpmiddelen die ziekten en weefsel anomalieën detecteren op basis van lichte interacties met biologisch weefsel. In vergelijking met andere beeldvormings modaliteiten, zoals magnetische resonantie imaging (MRI) en computertomografie (CT), neemt biomedische optische beeldvorming het voordeel van niet-invasieve meting van weefsel structurele, functionele en moleculaire kenmerken met behulp van goedkope en draagbare apparaten1,2,3,4. Ondanks haar superioriteit in kosten en draagbaarheid, is optische beeldvorming echter niet algemeen aanvaard voor klinische diagnose en therapeutische begeleiding, deels vanwege de slechte reproduceerbaarheid en het gebrek aan kwantitatieve mapping tussen optische en biologische parameters. De belangrijkste reden voor deze beperking is het ontbreken van traceerbare normen voor kwantitatieve kalibratie en validering van biomedische optische beeldvormings apparaten.
In het verleden werd een verscheidenheid aan weefselsimulerende fantoms ontwikkeld voor biomedisch optisch beeldvormings onderzoek in verschillende weefsel typen, zoals hersenen5,6,7, huid8,9,10,11,12, blaas13en borstweefsels14,15,16,17. Deze Phantoms worden voornamelijk geproduceerd door een van de volgende fabricageprocessen: 1) spin coating10,18 (voor het simuleren van homogeen en dun-gelaagd weefsel); 2) molding19 (voor het simuleren van volumineus weefsel met geometrische kenmerken); en 3) driedimensionaal (3D) printen20,21,22 (voor simuleren gelaagde heterogene weefsel). Huid fantoms geproduceerd door molding zijn in staat om na te bootsen de bulk optische eigenschappen van huid weefsel, maar kan niet simuleren de laterale optische heterogeneities19. Bentz et al. gebruikte een tweekanaals FDM 3D-Printmethode om verschillende optische eigenschappen van biologisch weefsel na te bootsen23. Echter, met behulp van twee materialen niet voldoende weefsel optische heterogeniteit en anisotropie simuleren. Lurie et al. creëerde een blaas fantoom voor optische coherentie tomografie (OCT) en Cystoscopie door 3D-printen en spin coating te combineren13. Heterogene kenmerken van de Phantom, zoals bloedvaten, moesten echter met de hand worden geschilderd.
Onder de bovenstaande Phantom-fabricageprocessen biedt 3D-printen de meeste flexibiliteit voor het simuleren van de structurele en functionele heterogeneities van biologisch weefsel. Veel biologische weefsel typen, zoals huid weefsel, bestaan echter uit meerlaagse en multigeschaalde componenten die niet effectief kunnen worden gedupliceerd door één 3D-afdrukproces. Daarom is integratie van meerdere productieprocessen noodzakelijk. Wij stellen een 3D Printing productielijn voor die meerdere productieprocessen integreert voor de automatische productie van meerlaagse en multigeschaalde weefsel simulerende Phantoms als een traceerbare standaard voor biomedische optische beeldvorming (Figuur 1). Hoewel spin coating, polyjet Printing en FDM geautomatiseerd zijn in onze 3D Printing productielijn, behoudt elke modaliteit dezelfde functionele kenmerken als de gevestigde processen. Daarom biedt deze paper een algemene richtlijn voor het produceren van multi-geschaalde, gelaagde en heterogene weefselsimulatie fantoms zonder de fysieke integratie van meerdere processen in één apparaat.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60563/60563fig1.jpg"> Afbeelding 1: het CAD-diagram van de productielijn voor 3D-afdrukken. A) de productielijn voor 3D-printen met de bovenste schil is verwijderd. B) de schematische voorstelling van de spin coating module en de mechanische hand module. C) de schematische voorstelling van de polyjet-drukmodule. D) de schematische voorstelling van de fdm-print module (de UV-lamp behoort tot de polyjet Printing module). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60563/60563fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.</a>

<table><tbody><tr><td>2-Hydroxy-2-methylpropiofenon</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-printbesturingssysteem</td><td>USTC</td><td>USTC-3DPrinter_control1.0</td><td>op maat gemaakt 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-printsysteem</td><td>USTC</td><td>USTC-3DPrinter1.0</td><td>op maat gemaakt</td></tr><tr><td>AcroRip-kleur</td><td>Human Plus</td><td>AcroRip v8.2.6</td><td></td></tr><tr><td>All-in-one mondstuksnijscript</td><td>Shenzhen CBD Technology Co.,Ltd.</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>Chinese rode kleurstof</td><td>Juents</td><td></td><td>Olieoplosbaar</td></tr><tr><td>Cura</td><td>Ultimaker</td><td>Cura_15.04.6</td><td></td></tr><tr><td>Gelwas</td><td>Shanghai Lida Industry Co.,ltd.</td><td>LP</td><td>smeltpunt: 56 &deg;C</td></tr><tr><td>Grafiet</td><td>aladdin</td><td>G103922-100g</td><td>Verander optische absorptieparameters van objecten <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>Titaniumdioxide</td><td>ALDRICH</td><td>24858-100G</td><td>347 nm</td></tr><tr><td>Triethyleenglycoldimethacrylaat</td><td>aladdin</td><td>T101642-250ml</td><td>Fotogehard monomeer <a href="http://www.aladdin-e.com/" target="_blank">http://www.aladdin-e.com/</a></td></tr><tr><td>UV-inkt SLA-fotopolymeerhars</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>

multimodale 3d-printen van phantoms om biologisch weefsel te simuleren

Multimodal 3D Printing of Phantoms to Simulate Biological Tissue

Biomedische optische beeldvorming speelt een belangrijke rol bij de diagnose en behandeling van verschillende ziekten. De nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid van een optisch beeldvormings apparaat worden echter sterk beïnvloed door de prestatiekenmerken van de componenten, de testomgeving en de bewerkingen. Daarom is het noodzakelijk om deze apparaten te kalibreren door traceerbare Phantom-normen. De meeste van de momenteel beschikbare Phantoms zijn echter homogene Phantoms die multimodale en dynamische kenmerken van biologisch weefsel niet kunnen simuleren. Hier tonen we de fabricage van heterogene weefselsimulerende fantoms met behulp van een productielijn die een spin coating module, een polyjet module, een Fused depositie Modeling (FDM) module en een automatisch controlekader integreert. De structurele informatie en de optische parameters van een "digitale optische Phantom" zijn gedefinieerd in een prototype bestand, geïmporteerd naar de productielijn, en gefabriceerd laag-voor-laag met sequentiële schakelaar tussen verschillende druk modaliteiten. Technische bekwaamheid van een dergelijke productielijn wordt geïllustreerd door het automatisch printen van huid simulerende Phantoms die bestaan uit de epidermis, dermis, subcutaan weefsel en een ingesloten tumor.

Phantom gefabriceerd door spin coating De spin coating verdeelt de druppels gelijkmatig op het substraat door de draaitafel te roteren, en een enkele laag van het originele lichaam wordt na uitharding gefabriceerd. De rotatiesnelheid van het substraat en de rotatie tijd beïnvloeden niet alleen de oppervlaktekwaliteit van de Phantom, maar bepalen ook de dikte van elke laag van de Phantom. Phantoms van verschillende diktes kunnen worden vervaardigd door herhaalde spin coating Layer-by-Layer. De optische...

Spin coating, polyjet Printing, en gesmolten afzetting Modeling zijn geïntegreerd om gelaagde heterogene Phantoms te produceren die structurele en functionele eigenschappen van biologisch weefsel simuleren.

Multimodale 3D-printen van Phantoms om biologisch weefsel te simuleren

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

Spincoating, polyjetprinting en gesmolten depositiemodellering zijn geïntegreerd om meerlaagse heterogene fantooms te produceren die structurele en functionele eigenschappen van biologisch weefsel simuleren. Gebrek aan traceerbare fantoomnormen die structurele en functionele heterogeniteit van biologisch weefsel simuleren, is het knelpunt geworden voor de ontwikkeling en validatie van biomedische optische apparaten. Deze video toont laag voor laag fabricage van heterogene weefsel simuleren fantoom door de integratie van meerdere additieve productieprocessen zoals spin coating, PolyJet afdrukken en FDM in een productielijn van 3D-printen.De technische mogelijkheden van een dergelijke productielijn worden geïllustreerd door het automatisch afdrukken van huidsimulerende fantomen die opperhuid, dermis, onderhuids weefsel en een ingebedde tumor omvatten. Materiaalvoorbereiding voor het afdrukken van spincoating. Voeg titaniumdioxidepoeder toe aan SLA-fotopolymeer hars, roer gedurende 30 minuten op een magnetische roer.Verzegel met aluminiumfolie en sonicaat. Vacuüm gedurende 10 minuten. Laad het in de opslagspuit Materiaalvoorbereiding voor polyjetdruk.Voeg materiaal toe, soniceer, voeg Chinese Red Dye toe, laad ze in de cartridges, stop cartridges in de printer. Materiaalvoorbereiding voor FDM-printen. Verwarm gelwax met een lage dichtheid op een magnetische beweging.Voeg titaniumdioxide poeder, voeg grafiet poeder in de tweede beker. Vacuüm laad ze in de extruder van de hybride drie mondstuk module. Ontwerp van digitaal optisch fantoom van de huid Het instellen van parameters voor spin-coating.Stel de parameters van de roterende snelheid en duur in de besturingssoftware in. de hoeveelheid spincoatingmateriaal en de tijd van het licht uitharden in te stellen. Voorbereiding van het bronbestand voor polyjet afdrukken, Import het bloedvat beeld in de software, stel de afdrukpositie en stel de inkjet parameters genereren van de PRN-bestand dat nodig is voor het afdrukken na de setup is volledige voorbereiding van G-code voor FDM afdrukken, importeren van de tumor model in de Cura software voeg de alles in een nozzle snijden script in de Cura-software en snijd het model om de G-code die nodig is voor het afdrukken van documenten importeren van de printcontrole software te genereren.Klik op het menu-item Bestand in de menubalk. Laad de UV-printenDE PRN-bestanden. importeer de G-code.Klik op de knop Afdrukken starten. De mechanische hand verplaatst het substraat op het laadstation naar het midden van het spin-coater monster stadium. De lijmdispenser regelt een spuit druppel het materiaal naar het midden van het substraat.De spin-coater begint te werken. Laat de UV-lamp vallen en zet hem aan en de huidoppermis wordt afgedrukt. Verplaats het substraat naar het 3D mobiele platform.Verplaats het substraat naar de beginpositie van de UV-print, duw de inkjetprinter naar de werkpositie. De inkjetprinter drukt de afbeelding af. De UV-lamp wordt door de cilinder geduwd en naar beneden verplaatst naar de positie boven het substraat, zet de UV-lamp aan.Herhaal dit voor de volgende afdruklaag totdat de meerlaagse afdruk is voltooid. De mengmond wordt naar de werkpositie verplaatst door de druk van de cilinderafdruk volgens de instructies van de G-code. De afdruk wordt voltooid totdat het onderhuidse weefselgedeelte van het tumorgedeelte is afgedrukt.Verplaats het substraat terug naar het laadstation wierp de onderhuidse laag fantoom met behulp van een mal Representatieve resultaten. Resultaat van geautomatiseerde drukproductielijn. Door de 3D-printmethoden te integreren, kan het systeem een tumor zoals fantoom creëren door de stappen in het protocol te volgen.Het nemen van de vereenvoudigde meerlaagse huid model is een voorbeeld. De opperhuidlaag, dermislaag en onderhuidse weefsellaag met verschillende diktes en verschillende optische eigenschappen worden vervaardigd door de spincoatingmethode, de polyjetprintmethode en de FDM-drukmethode. Via het model werd de mogelijkheid om spincoating, polyjetprinting en FDM-printen te combineren om optische fantomen te produceren geverifieerd, het is bewezen dat het systeem het potentieel heeft om weefseloptisch fantoom te produceren met optische simulatiekenmerken en structurele simulatiekenmerken.

multimodal-3d-printing-of-phantoms-to-simulate-biological-tissue

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Met behulp van moderne kunststof extrusie en printtechnologieën, is het nu mogelijk om snel en goedkoop te produceren fysische modellen van de X-ray CT-gegevens die in een laboratorium. De drie-dimensionale afdrukken van tomografische gegevens is een krachtige visualisatie, onderzoek, en een educatief instrument dat nu kan worden benaderd door de preklinische beeldvorming gemeenschap.

3D Printing van preklinisch X-ray computertomografie tomografische gegevens Sets

Dit document beschrijft de interne procedures van de aanleg van een preklinisch multimodaliteit fantoom gemaakt van weefsel-nabootsen (TM) materialen voor de kwaliteitsborging (QA) van tumorgrootte meting in dierlijke beeldvormende modaliteiten zoals echografie (US), computertomografie (CT) en magnetische resonance imaging (MRI).

Bouw van een preklinisch Multimodaliteit Phantom Met Tissue-nabootsende Materialen voor Kwaliteitszorg in tumorgrootte Meting

Optische weefsel phantoms zijn essentiële instrumenten voor het kalibreren en karakterisatie van optische beeldvormingssystemen en validatie van theoretische modellen. In dit artikel een overzicht van een methode voor phantom fabrikatie waarin replicatie van weefsel optische eigenschappen en structuur van de drie-dimensionale weefsel.

Fabricage en karakterisatie van optische weefsel Phantoms met macrostructuur

Dit protocol beschrijft de productie van polycaprolactone (PCL) gloeidraad met ingesloten polylactic acid (PLA) microsferen waarin decellularized matrices (DM) voor afdrukken in 3D van structurele weefsel engineering constructies.

Nieuwe proces voor afdrukken in 3D Decellularized Matrices

Het protocol beschrijft de fabricage van volledig gekleurde driedimensionale afdrukken van patiënt-specifieke, anatomische schedel modellen te gebruiken voor chirurgische simulatie. De cruciale stappen van het combineren van verschillende beeldvormings modaliteiten, beeldsegmentatie, driedimensionale model extractie en de productie van de prints worden toegelicht.

Multicolor 3D printen van complexe intracraniële tumoren in Neurochirurgie

Dit protocol beschrijft de fabricage van een patiënt specifieke schedel, hersenen en tumor fantoom. Het maakt gebruik van 3D-printen om mallen te maken, en polyvinyl alcohol (PVA-c) wordt gebruikt als het weefsel nabootsen materiaal.

Patiënt-specifieke Polyvinyl Alcohol Phantom Fabricatie met echografie en X-Ray Contrast voor brain tumor chirurgie Planning

Hier presenteren we de ontwikkeling van een mock circulation setup voor multimodale therapie evaluatie, pre-interventionele planning en arts-training over cardiovasculaire anatomieën. Met de toepassing van patiëntspecifieke tomografische scans is deze opstelling ideaal voor therapeutische benaderingen, training en onderwijs in geïndividualiseerde geneeskunde.

Ontwikkeling en evaluatie van 3D-geprinte cardiovasculaire phantoms voor interventionele planning en training

Deze methode demonstreert een voxel-gebaseerde 3D-printworkflow, die rechtstreeks vanuit medische beelden afdrukt met exacte ruimtelijke getrouwheid en ruimtelijke / contrastresolutie. Dit maakt de precieze, gegradueerde controle van materiaalverdelingen mogelijk door morfologisch complexe, gegradueerde materialen gecorreleerd aan radiodensiteit zonder verlies of wijziging van gegevens.

Voxel Printing Anatomy: Ontwerp en fabricage van realistische, prechirurgische planningsmodellen door bitmapafdrukken

Hier wordt een nieuwe methode voorgesteld om een gepersonaliseerd 3D-geprint model voor preoperatieve evaluatie van schildklierchirurgie op te stellen. Het is bevorderlijk voor preoperatieve discussie, waardoor de moeilijkheid van schildklierchirurgie wordt verminderd.

Een gepersonaliseerd 3D-geprint model voor preoperatieve evaluatie bij schildklierchirurgie

Dit protocol beschrijft de fabricage van een stabiel, biologisch relevant fantoommateriaal voor optische en akoestische biomedische beeldvormingstoepassingen, met onafhankelijk afstembare akoestische en optische eigenschappen.

Een stabiel fantoommateriaal voor optische en akoestische beeldvorming

Dit artikel presenteert het protocol voor het voorbereiden van tumorweefselfantomen die optische eigenschappen repliceren voor plasmonische fotothermische therapie. Het beschrijft fantoomvoorbereiding, fotothermische evaluaties en validatie van het ontwikkelde numerieke model op basis van fotothermische temperatuurmetingen voor het beoordelen van therapeutische parameters, en biedt een ethisch, kosteneffectief alternatief voor in vivo studies voor voorbereidende tests.

Plasmonische fotothermische kankertherapie: in nanodeeltjes ingebedde tumorweefsel-nabootsende fantomen voor het visualiseren van fotothermische temperatuurverdeling

Leer multimodale 3D-printtechnieken voor het maken van gelaagde phantoms die biologisch weefsel simuleren. Deze methode combineert spin coating, PolyJet en FDM voor nauwkeurige biomedische optische validatie.

Multimodale 3D-printen van Phantoms om biologisch weefsel te simuleren

Meer video's verkennen