Name: Zapis elektroprzędzenia ze stopu trójwymiarowych rusztowań poli(ε-kaprolaktonu) z kontrolowanymi morfologiami do zastosowań w inżynierii tkankowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-12-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 28 s
Description: Poznaj technikę elektroprzędzenia stopów polimerów w trybie bezpośredniego zapisu do produkcji rusztowań o uporządkowanej architekturze. Metoda ta umożliwia precyzyjną kontrolę morfologii włókien dla zastosowań w inżynierii tkankowej.

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

playerTrialDesktop

Ta praca została finansowo wsparta przez Cooperative Research Centre CRC for Cell Therapy Manufacturing, Australian Research Council ARC Centre in Additive Biomanufacturing oraz Instytut Zaawansowanych Studiów Uniwersytetu Technicznego w Monachium. Badania te zostały przeprowadzone przez Centrum Szkoleniowe Transformacji Przemysłowej Australijskiej Rady ds. Badań Naukowych w zakresie bioprodukcji addytywnej http://www.additivebiomanufacturing.org (IC160100026). Prosimy o odwiedzanie naszej strony w celu zapoznania się z artykułami, książkami, programami telewizyjnymi lub radiowymi, mediami elektronicznymi lub innymi dziełami literackimi związanymi z Projektem. Ponadto autorzy dziękują Marii Flandes Iparraguirre za wsparcie w kręceniu filmu, Philipowi Hubbardowi za podkładanie głosu oraz Luise Grossmann za kręcenie i montaż.

1. Przygotowanie materiału
<ol>
	<li>Napełnij 2 g PCL do plastikowej strzykawki o pojemności 3 ml z lejkiem i włóż tłok do otwartego końca.</li>
	<li>Umieścić strzykawkę w piekarniku nagrzanym do 65 °C na 8 godzin. Skierować końcówkę do góry, aby pęcherzyki powietrza mogły zebrać się w pobliżu otworu.</li>
	<li>Popchnij tłok cienkim przedmiotem, aby uwolnić powietrze uwięzione w stopionym materiale.</li>
	<li>Pozwól mu ostygnąć do temperatury pokojowej, którą osiąga się, gdy polimer nie jest już przezroczysty po 10 minutach.</li>
	<li>Strzykawkę z PCL należy przechowywać w temperaturze pokojowej w suchym i ciemnym otoczeniu do czasu jej użycia.</li>
</ol>
2. Konfiguracja sprzętu i oprogramowania
<ol>
	<li>Podłącz igłę (dyszę przędzalniczą) z płaską końcówką 23G do strzykawki i adapter cylindra na drugim końcu, aby podłączyć strzykawkę do systemu ciśnienia powietrza.</li>
	<li>Umieść strzykawkę w głowicy drukującej i dociśnij ją, aż końcówka dyszy przędzalniczej wystawa 1 mm z mosiężnej części na spodzie głowicy.</li>
	<li>Zamontuj kolektor na stoliku i oczyść powierzchnię oraz głowicę drukującą za pomocą 70% (vol/vol) etanolu, aby usunąć kurz lub resztki polimeru.</li>
	<li>Ustaw odległość roboczą, umieszczając przedmiot o wysokości 12 mm między dyszą przędzalniczą a kolektorem i opuść głowicę drukującą, aż końcówka dyszy przędzalniczej dotknie jej.</li>
	<li>Ustaw regulatory temperatury w skrzynce elektrycznej odpowiednio na 82 °C i 65 °C odpowiednio dla obszaru dyszy przędzalniczej i strzykawki i włącz je, aby stopić PCL.</li>
	<li>Odczekaj co najmniej 10 minut, aż polimer się stopi i zainicjuj ciśnienie powietrza, ustawiając regulator na 1,8 bara.</li>
	<li>Przygotuj G-Code, aby określić rozmiar i kształt, odległość między włóknami i liczbę warstw rusztowania oraz prędkość zbierania procesu. 
	UWAGA: Szczegółowy szablon do wykonywania rusztowań płaskich i rurowych znajduje się w rozdziale dyskusji (tabela 2).</li>
	<li>Dokładnie sprawdź ręcznie, czy wszystkie uziemiające są prawidłowo podłączone do obudowy i wtyczki ściennej.</li>
	<li>Uruchom oprogramowanie (np. MACH 3) na komputerze i wgraj przygotowany G-code.</li>
</ol>
3. Produkcja rusztowań
<ol>
	<li>Zamknij przednie drzwiczki obudowy, które łączą blokadę bezpieczeństwa i uruchamiają zasilanie wysokim napięciem do dyszy przędzalniczej. 
	UWAGA: Po otwarciu drzwi, na przykład po zakończeniu drukowania lub w sytuacji awaryjnej, wysokie napięcie spada i rusztowanie można bezpiecznie zdjąć.</li>
	<li>Zwiększaj wysokie napięcie stopniowo w krokach co 0,2 kV, aż utworzy się stożek Taylora, a włókno zostanie wyrzucone w kierunku kolektora (patrz przykładowy stożek Taylora w <silna klasa="xfig">Rysunek 1D).</li>
	<li>Pozwól, aby stopiony polimer został wytłoczony na nieruchomej płycie kolektora, aby ustabilizować strumień bez ruchu przez 5 minut. Usuń stos materiału przed rozpoczęciem nowego drukowania.</li>
	<li>Użyj kursorów na klawiaturze, aby przesunąć głowicę drukującą powyżej punktu, w którym rozpoczną się kody G.</li>
	<li>Uruchom G-Code w oprogramowaniu na komputerze.</li>
</ol>
4. Regulacja średnicy włókna
<ol>
	<li>Utrzymuj odległość roboczą (12 mm) i regulatory temperatury (odpowiednio 82 °C i 65 °C dla obszaru dyszy przędzalniczej i strzykawki) na stałym poziomie, jak opisano wcześniej w krokach 2.4 i 2.5. 
	UWAGA: Podsumowanie regulacji różnych średnic znajduje się w tabeli 3.</li>
	<li>Drukuj włókna o małych średnicach (3-10 μm). Zmniejszyć poziom ciśnienia powietrza do 0,8 bar, wyregulować przyłożone napięcie do 8 kV i ustawić prędkość kolektora na 1700 mm/min.</li>
	<li>Drukuj włókna o średnich średnicach (10-20 μm). Ustawić poziom ciśnienia powietrza na 1,5 bara, ustawić napięcie na 11 kV i zmniejszyć prędkość odbioru do 1200 mm/min.</li>
	<li>Drukuj włókna o dużych średnicach (20-30 μm). Zwiększyć poziom ciśnienia powietrza do 2,6 bara, zmienić przyłożone napięcie na 12 kV i zmniejszyć prędkość odbioru do 700 mm/min.</li>
</ol>
5. Optymalizacja strumienia
<ol>
	<li>Oświetl dyszę silnym światłem LED z zewnątrz obudowy, aby poprawić widoczność.</li>
	<li>Obserwuj zachowanie światłowodu przez 1 minutę i dostosuj parametry systemu, aby zoptymalizować proces małymi krokami, tj. 0,1 kV dla przyłożonego napięcia, 100 mm/min dla prędkości odbioru i 0,1 bara dla ciśnienia powietrza. 
	UWAGA: Podsumowanie znajduje się w tabeli 4.</li>
	<li>Ustabilizuj okresowe odchylanie poprzez zmniejszenie ciśnienia powietrza, zwiększenie prędkości i zminimalizowanie napięcia, aż tor lotu światłowodu będzie przypominał stabilną krzywą sieci trakcyjnej przez ponad 3 minuty.</li>
	<li>Skoryguj tor lotu opóźnionego strumienia poprzez zwiększenie napięcia, zmniejszenie ciśnienia powietrza i zmniejszenie prędkości kolektora. Stosuj te środki, aż tor lotu światłowodu powróci do kształtu krzywej sieci trakcyjnej.</li>
	<li>Unikaj włókien poruszających się pionowo w kierunku kolektora, zmniejszając przyłożone napięcie, zwiększając prędkość kolektora i zwiększając ciśnienie powietrza, aż tor lotu strumienia ponownie zachowa kształt krzywej łańcuchowej.</li>
</ol>
6. Kolekcja rusztowań
<ol>
	<li>Otwórz drzwiczki po zakończeniu drukowania i użyj kursora, aby przesunąć płytę kolektora w kierunku drzwi, aby uzyskać lepszą dostępność.</li>
	<li>Spryskaj rusztowanie mieszanką etanolu 70% (vol/vol) i odczekaj 10 sekund, aż widocznie odczepi się od kolektora.</li>
	<li>Zbierz gotowe rusztowanie, chwytając jedną krawędź pęsetą i wyjmując ją z obudowy.</li>
</ol>
7. Rozwiązywanie problemów
<ol>
	<li>Zmniejsz przyłożone napięcie lub natychmiast otwórz drzwi, jeśli widoczna jest iskra między dyszą przędzalni lub słyszalny jest trzask</li>.
	<li>Usuń wszystkie niebezpieczne materiały i płyny, takie jak etanol 70% (obj./obj.) z wnętrza obudowy, ponieważ w przypadku potencjalnego iskrzenia może dojść do pożaru.</li>
	<li>Zaprogramuj G-Code tak, aby dysza przędzalnicza odsunęła się od obszaru, w którym rusztowanie jest drukowane po wykonaniu wszystkich warstw. Pozwala to uniknąć gromadzenia się materiału powyżej punktu, w którym dysza przędzalnicza ostatecznie się zatrzymuje.</li>
	<li>Sprawdź dyszę przędzalniczą pod lupą i upewnij się, że nie ma uszkodzeń dyszy przędzalniczej, ponieważ znacząco wpłynie to na jednorodność stożka Taylora.</li>
</ol>

<ol><li>Muerza-Cascante, M. L., Haylock, D., Hutmacher, D. W., Dalton, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Melt+Electrospinning+and+Its+Technologization+in+Tissue+Engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Eng+Part+B+Rev%22%5BJournal%5D)">Melt Electrospinning and Its Technologization in Tissue Engineering.</a> Tissue Eng Part B Rev. 21 (2), 187-202 (2015).</li>
<li>Brown, T. D., Dalton, P. D., Hutmacher, D. W. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079670016000022">Melt electrospinning today: An opportune time for an emerging polymer process.</a> Prog. in pol Sci. , (2015).</li>
<li>Brown, T. D., Dalton, P. D., Hutmacher, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+writing+by+way+of+melt+electrospinning%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Direct writing by way of melt electrospinning.</a> Adv Mater. 23 (47), 5651-5657 (2011).</li>
<li>Farrugia, B. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dermal+fibroblast+infiltration+of+poly%28%CE%B5-caprolactone%29+scaffolds+fabricated+by+melt+electrospinning+in+a+direct+writing+mode%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Dermal fibroblast infiltration of poly(ε-caprolactone) scaffolds fabricated by melt electrospinning in a direct writing mode.</a> Biofabrication. 5 (2), 025001(2013).</li>
<li>Brown, T. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Melt+electrospinning+of+poly+%28%CE%B5-caprolactone%29+scaffolds%3A+Phenomenological+observations+associated+with+collection+and+direct+writing%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Eng.+C%22%5BJournal%5D)">Melt electrospinning of poly (ε-caprolactone) scaffolds: Phenomenological observations associated with collection and direct writing.</a> Mater. Sci. Eng. C. 45, 698-708 (2014).</li>
<li>Jungst, T., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pi.4948/abstract">Melt electrospinning onto cylinders: effects of rotational velocity and collector diameter on morphology of tubular structures.</a> Polym Int. 64 (9), 1086-1095 (2015).</li>
<li>Brown, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+Fabrication+of+Tubular+Scaffolds+via+Direct+Writing+in+a+Melt+Electrospinning+Mode%5BTitle%5D)+AND+%22Biointerphases%22%5BJournal%5D)">Design and Fabrication of Tubular Scaffolds via Direct Writing in a Melt Electrospinning Mode.</a> Biointerphases. 7 (1), 1-16 (2012).</li>
<li>Woodruff, M. A., Hutmacher, D. W. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079670010000419">The return of a forgotten polymer-Polycaprolactone in the 21st century.</a> Prog. in pol Sci. 35 (10), 1217-1256 (2010).</li>
<li>Hutmacher, D. W., Dalton, P. D. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/asia.201000436/abstract">Melt electrospinning.</a> Chem Asian J. 6 (1), 44-56 (2011).</li>
<li>Wei, C., Gang, T. Q., Chen, L. J., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/23/6/064702">Critical condition for the transformation from Taylor cone to cone-jet.</a> Chin. Phys. B. 23 (6), 064702(2014).</li>
<li>Mikl, B., et al. <a target="_blank" href="http://dl.acm.org/citation.cfm?id=1778853">Discrete viscous threads.</a> ACM Trans. Graph. 29 (4), 1-10 (2010).</li>
<li>Hochleitner, G., et al. <a target="_blank" href="https://www.degruyter.com/view/j/biomat.ahead-of-print/bnm-2015-0022/bnm-2015-0022.xml">Fibre pulsing during melt electrospinning writing.</a> BioNanoMaterials. 17 (3-4), 159(2016).</li>
<li>Poh, P. S. P., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27492211">Polylactides in additive biomanufacturing.</a> Adv Drug Del Rev. 107, 228-246 (2016).</li>
<li>Vaquette, C., Cooper-White, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increasing+electrospun+scaffold+pore+size+with+tailored+collectors+for+improved+cell+penetration%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Increasing electrospun scaffold pore size with tailored collectors for improved cell penetration.</a> Acta Biomater. 7 (6), 2544-2557 (2011).</li>
<li>Thibaudeau, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tissue-engineered+humanized+xenograft+model+of+human+breast+cancer+metastasis+to+bone%5BTitle%5D)+AND+%22Dis+Model+Mech%22%5BJournal%5D)">A tissue-engineered humanized xenograft model of human breast cancer metastasis to bone.</a> Dis Model Mech. 7 (2), 299-309 (2014).</li>
<li>Holzapfel, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Species-specific+homing+mechanisms+of+human+prostate+cancer+metastasis+in+tissue+engineered+bone%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Species-specific homing mechanisms of human prostate cancer metastasis in tissue engineered bone.</a> Biomaterials. 35 (13), 4108-4115 (2014).</li>
<li>Bas, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014305715003821">Enhancing structural integrity of hydrogels by using highly organised melt electrospun fibre constructs.</a> Eur. Polym. J. 72, 451-463 (2015).</li>
<li>Visser, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reinforcement+of+hydrogels+using+three-dimensionally+printed+microfibres%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Reinforcement of hydrogels using three-dimensionally printed microfibres.</a> Nat. Commun. 6, 6933(2015).</li>
<li>Haigh, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hierarchically+Structured+Porous+Poly%282-oxazoline%29+Hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Macromol.+Rapid+Commun%22%5BJournal%5D)">Hierarchically Structured Porous Poly(2-oxazoline) Hydrogels.</a> Macromol. Rapid Commun. 37 (1), 93-99 (2016).</li>
<li>Wagner, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+validated+preclinical+animal+model+for+primary+bone+tumor+research%5BTitle%5D)+AND+%22JBJS%22%5BJournal%5D)">A validated preclinical animal model for primary bone tumor research.</a> JBJS. 98 (11), 916-925 (2016).</li>
<li>Baldwin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Periosteum+tissue+engineering+in+an+orthotopic+in+vivo+platform%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Periosteum tissue engineering in an orthotopic in vivo platform.</a> Biomaterials. 121, 193-204 (2017).</li>
<li>Tourlomousis, F., Chang, R. C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212827117305176">Dimensional Metrology of Cell-matrix Interactions in 3D Microscale Fibrous Substrates.</a> Procedia CIRP. 65, 32-37 (2017).</li>
<li>Muerza-Cascante, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Endosteal-like+extracellular+matrix+expression+on+melt+electrospun+written+scaffolds%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Endosteal-like extracellular matrix expression on melt electrospun written scaffolds.</a> Acta Biomater. 52, 145-158 (2017).</li>
<li>Delalat, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+printed+lattices+as+an+activation+and+expansion+platform+for+T+cell+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">3D printed lattices as an activation and expansion platform for T cell therapy.</a> Biomaterials. 140, 58-68 (2017).</li>
<li>Bas, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofabricated+soft+network+composites+for+cartilage+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Biofabricated soft network composites for cartilage tissue engineering.</a> Biofabrication. 9 (2), 025014(2017).</li>
<li>Hansske, F., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/tb/c7tb00165g#!divAbstract">Via precise interface engineering towards bioinspired composites with improved 3D printing processability and mechanical properties.</a> J. Mater. Chem. B. , (2017).</li>
<li>Melchels, F. P. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Additive+manufacturing+of+tissues+and+organs%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+in+pol+Sci%22%5BJournal%5D)">Additive manufacturing of tissues and organs.</a> Prog. in pol Sci. 37 (8), 1079-1104 (2012).</li>
<li>Hochleitner, G., et al. <a target="_blank" href="https://www.degruyter.com/view/j/biomat.ahead-of-print/bnm-2015-0022/bnm-2015-0022.xml">Fibre pulsing during melt electrospinning writing.</a> BioNanoMaterials. 17, 159(2016).</li>
<li>Persano, L., Camposeo, A., Tekmen, C., Pisignano, D. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mame.201200290/abstract">Industrial Upscaling of Electrospinning and Applications of Polymer Nanofibers: A Review.</a> Macromol. Mater. Eng. 298 (5), 504-520 (2013).</li>
<li>Wunner, F. M., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWunner%2C+FM+%22Comprehensive+Biomaterials+II%22">Comprehensive Biomaterials II</a>. , Elsevier. 217-235 (2017).</li>
<li>Loh, Q. L., Choong, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-Dimensional+Scaffolds+for+Tissue+Engineering+Applications%3A+Role+of+Porosity+and+Pore+Size%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Eng+Part+B+Rev%22%5BJournal%5D)">Three-Dimensional Scaffolds for Tissue Engineering Applications: Role of Porosity and Pore Size.</a> Tissue Eng Part B Rev. 19 (6), 485-502 (2013).</li>
<li>Ristovski, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+fabrication+of+melt+electrospun+tissue+engineering+scaffolds+using+direct+writing+and+advanced+electric+field+control%5BTitle%5D)+AND+%22Biointerphases%22%5BJournal%5D)">Improved fabrication of melt electrospun tissue engineering scaffolds using direct writing and advanced electric field control.</a> Biointerphases. 10 (1), 011006(2015).</li>
<li>Wei, C., Dong, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+fabrication+of+high-resolution+three-dimensional+polymeric+scaffolds+using+electrohydrodynamic+hot+jet+plotting%5BTitle%5D)+AND+%22J+Micromech+Microeng%22%5BJournal%5D)">Direct fabrication of high-resolution three-dimensional polymeric scaffolds using electrohydrodynamic hot jet plotting.</a> J Micromech Microeng. 23 (2), 025017(2013).</li>
<li>Hacker, C., et al. Electrospinning of polymer melt : steps towards an upscaled multi-jet process. Proceedings of the International Conference on Latest Advances in High Tech Textiles and Textile-Based Materials, , 71-76 (2009).</li>
<li>Nayak, R., Padhye, R., Kyratzis, I. L., Truong, Y. B., Arnold, L. <a target="_blank" href="http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0040517511424524">Recent advances in nanofibre fabrication techniques.</a> Text. Res. J. 82 (2), 129-147 (2012).</li>
<li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/app.40515/abstract">Interjet distance in needleless melt differential electrospinning with umbellate nozzles.</a> J. Appl. Polym. Sci. 131 (15), (2014).</li>
<li>Liao, S., et al. <a target="_blank" href="https://www.degruyter.com/view/j/biomat.2016.17.issue-3-4/bnm-2016-0009/bnm-2016-0009.xml">Effect of humidity on melt electrospun polycaprolactone scaffolds.</a> BioNanoMaterials. 17, 173(2016).</li>
<li>Detta, N., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pi.2954/abstract">Melt electrospinning of polycaprolactone and its blends with poly(ethylene glycol).</a> Polym Int. 59 (11), 1558-1562 (2010).</li>
<li>Hochleitner, G., Hümmer, J. F., Luxenhofer, R., Groll, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386114007162">High definition fibrous poly(2-ethyl-2-oxazoline) scaffolds through melt electrospinning writing.</a> Polymer. 55 (20), 5017-5023 (2014).</li>
<li>Chen, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Additive+Manufacturing+of+a+Photo-Cross-Linkable+Polymer+via+Direct+Melt+Electrospinning+Writing+for+Producing+High+Strength+Structures%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Additive Manufacturing of a Photo-Cross-Linkable Polymer via Direct Melt Electrospinning Writing for Producing High Strength Structures.</a> Biomacromolecules. 17 (1), 208-214 (2016).</li>
<li>Hochleitner, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Additive+manufacturing+of+scaffolds+with+sub-micron+filaments+via+melt+electrospinning+writing%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Additive manufacturing of scaffolds with sub-micron filaments via melt electrospinning writing.</a> Biofabrication. 7 (3), 035002(2015).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Integracja AM w celu znalezienia innowacyjnych rozwiązań dla wyzwań w dziedzinie medycyny stanowi nowy paradygmat na miarę XXIwieku. Tak zwana dziedzina "biofabrykacji" rozwija się, a innowacje w technologiach wytwarzania umożliwiają produkcję wysoce wyrafinowanych architektur dla aplikacji TE. Elektroprzędzenie stopionych polimerów w trybie bezpośredniego zapisu (w tym przypadku MEW) jest postrzegane jako jeden z najbardziej obiecujących kandydatów produkcyjnych, który spełnia potrzeby społeczności TE, gdzie ...

Produkcja trójwymiarowych (3D) biokompatybilnych struktur dla komórek jest jednym z kluczowych wkładów bioprodukcji addytywnej do inżynierii tkankowej (TE), mającej na celu odtworzenie tkanek poprzez zastosowanie niestandardowych biomateriałów, komórek, czynników biochemicznych lub ich kombinacji. Dlatego główne wymagania dotyczące rusztowań do zastosowań TE obejmują: możliwość produkcji z materiałów biokompatybilnych, kontrolowane właściwości morfologiczne dla ukierunkowanej inwazji komórek oraz zoptymalizowane właściwości powierzchni dla lepszej interakcji między komórkami1.
MEW to bezrozpuszczalnikowa technika wytwarzania, która łączy zasady wytwarzania przyrostowego (często nazywanego drukiem 3D) i elektroprzędzenia do produkcji siatek polimerowych o wysoce uporządkowanych ultracienkich morfologiach włókien2. Jest to podejście do bezpośredniego zapisu i dokładnie osadza włókna zgodnie z zaprogramowanymi kodami3, określanymi jako G-Codes. Konstrukcje elektroprzędzone ze stopu są obecnie przygotowywane przy użyciu kolektora płaskiego4,5 lub mandrel6,7 do wytwarzania porowatych rusztowań płaskich i rurowych.
Ta technika oferuje znaczące korzyści dla społeczności TE i medycyny regeneracyjnej (RM) ze względu na możliwość bezpośredniego drukowania polimerów klasy medycznej, takich jak poli(ε-kaprolakton) (PCL), który wykazuje doskonałą biokompatybilność8. Inne zalety to możliwość dostosowania wielkości i rozkładu porowatości, poprzez osadzanie włókien w wysoce zorganizowany sposób w celu wytworzenia rusztowań o wysokim stosunku powierzchni do objętości. Zanim MEW będzie można wykonać, polimer wymaga najpierw zastosowania heat9. W stanie płynnym przyłożone ciśnienie powietrza zmusza je do wypłynięcia przez metalową dyszę przędzalniczą, która jest podłączona do źródła wysokiego napięcia. Równowaga sił między napięciem powierzchniowym a przyciąganiem naładowanej elektrostatycznie kropli do uziemionego kolektora prowadzi do powstania stożka Taylora, po którym następuje wyrzucenie jet10.
Obrazy i schematyczny rysunek urządzenia MEW zbudowanego przez nas dla tego protokołu są pokazane na rysunku 1. Dodatkowo demonstruje zasady stosowania taśmy izolacyjnej, aby uniknąć wyładowań elektrycznych między elementami grzejnymi a naładowaną elektrycznie mosiężną częścią otaczającą dyszę przędzalniczą. Niewystarczająca izolacja doprowadziłaby do wewnętrznych uszkodzeń zaimplementowanego sprzętu.
W zależności od dostosowania trzech parametrów systemu (temperatura, prędkość zbierania i ciśnienie powietrza), MEW umożliwia wytwarzanie włókien o różnych średnicach, co wyjaśniono w sekcji dyskusji. Jednak w większości przypadków konieczne będzie dostrojenie i optymalizacja strumienia, zanim stabilny strumień zostanie wyrzucony. Wizualizacja zelektryfikowanego strumienia jezdnego jest skutecznym sposobem weryfikacji spójności i jednorodności procesu. W idealnym przypadku tor lotu przypomina krzywą łańcuchową uzyskaną w wyniku zrównoważenia sił kontrolowanego przez parametry systemu11. Co więcej, mikro- i makrostruktura rusztowań jest zależna od toru lotu polimerowego jet12. Szczegółowa tabela różnych zachowań ugięcia i miar optymalizacji znajduje się w sekcji dyskusji.
W niniejszym badaniu prezentujemy protokół, który opisuje etapy produkcji wysoce kontrolowanych rusztowań włóknistych przy użyciu technologii MEW. W tej pracy zastosowano PCL klasy medycznej (masa cząsteczkowa 95-140 kg / mol), ponieważ ten PCL klasy medycznej ma lepszą czystość w porównaniu z klasą techniczną, a jego właściwości mechaniczne i przetwórcze są doskonałe dla MEW. Szeroki zakres przetwarzania PCL w stanie stopionym wynika z jego niskiej temperatury topnienia (60 °C) i wysokiej stabilności termicznej. Co więcej, PCL jest polimerem biodegradowalnym o niskiej szybkości, co czyni go doskonałym materiałem do wielu zastosowań w inżynierii tkankowej13.
Dla tego badania, temperatura i odległość kolektora będą utrzymywane na stałym poziomie (65 °C i 82 °C dla temperatur strzykawki i dyszy przędzalniczej (odpowiednio) oraz 12 mm dla odległości kolektora); przyłożone napięcie, prędkość kolektora i ciśnienie powietrza będą jednak zmieniane, aby wytworzyć włókna o docelowych średnicach. Szczegółowa lista opublikowanych badań z wykorzystaniem rusztowań MEW znajduje się w sekcji wyników i ujawnia różne zastosowania w dziedzinach TE i RM (Tabela 1).

<table><tbody><tr><td>Plastikowa strzykawka</td><td>Nordson Australia Pty Ltd</td><td>7012072</td><td>EFD BARREL O 3mL Clear 50</td></tr><tr><td>Klasa medyczna Poly (&epsilon;-kaprolakton) (mPCL)</td><td>Corbion Purac, Holandia</td><td>Igła PURASORB PC12</td><td></td></tr><tr><td>23 GA</td><td>Nordson Australia Pty Ltd</td><td>7018302</td><td>#23GP .013 X .25 ORANGE 50 PC</td></tr><tr><td>Tłok</td><td>Nordson Australia Pty Ltd</td><td>7012166</td><td>TŁOK O 3mL WH WIPER 50</td></tr><tr><td>Adapter ciśnieniowy</td><td>Nordson Australia Pty Ltd</td><td>7012059</td><td>ADAPTER ASM O 3mL BL 1.8M</td></tr><tr><td>Kolektor aluminiowy</td><td>Action Aluminium, Australia</td><td>SHP2</td><td>Arkusz 5005 H34</td></tr><tr><td>Szkło akrylowe</td><td>Mulford Plastics Pty Ltd</td><td>ACC6-13094</td><td></td></tr><tr><td>Mach 3 oprogramowanie</td><td>Art Soft</td><td></td><td>Zakupiony online</td></tr><tr><td>Elementy blokady wyłącznika bezpieczeństwa</td><td>RS Pty Ltd</td><td>12621330</td><td></td></tr><tr><td>Generator wysokiego napięcia</td><td>EMCO High Voltage Co.</td><td>DX250R</td><td></td></tr><tr><td>Regulator temperatury</td><td>WATLOW</td><td>PM9R1FJ</td><td></td></tr><tr><td>Prowadnica pozycjonująca X i Y</td><td>VELMEX Inc.</td><td>XN-10-0020-M011</td><td></td></tr></tbody></table>

zapis elektroprzędzenia ze stopu trójwymiarowych rusztowań poli(ε-kaprolaktonu) z kontrolowanymi morfologiami do zastosowań w inżynierii tkankowej

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Ten samouczek omawia podstawowe zasady i wytyczne dotyczące pisania metodą elektroprzędzenia za pomocą stopionych polimerów, technologii wytwarzania przyrostowego o dużym potencjale dla zastosowań biomedycznych. Technika ta ułatwia bezpośrednie osadzanie biokompatybilnych włókien polimerowych w celu wytworzenia dobrze uporządkowanych rusztowań w zakresie od submikronów do mikronów. Ustanowienie stabilnego, lepkosprężystego, polimerowego strumienia między dyszą przędzalniczą a kolektorem uzyskuje się za pomocą przyłożonego napięcia i można go bezpośrednio zapisać. Istotną zaletą typowego porowatego rusztowania jest wysoki stosunek powierzchni do objętości, który zapewnia zwiększone efektywne miejsca adhezji do przyczepiania i wzrostu komórek. Kontrolowanie procesu drukowania poprzez precyzyjne dostrojenie parametrów systemu umożliwia wysoką powtarzalność jakości drukowanych rusztowań. Zapewnia również elastyczną platformę produkcyjną dla użytkowników, którzy mogą dostosować struktury morfologiczne rusztowań do swoich specyficznych wymagań. W tym celu przedstawiamy protokół uzyskiwania różnych średnic włókien za pomocą zapisu elektroprzędzenia ze stopu (MEW) z kierowaną zmianą parametrów, w tym natężenia przepływu, napięcia i prędkości zbierania. Ponadto pokazujemy, jak zoptymalizować odrzutowiec, omawiamy często napotykane wyzwania techniczne, wyjaśniamy techniki rozwiązywania problemów i prezentujemy szeroką gamę architektur rusztowań do wydrukowania.

W MEW powszechnie stosuje się dwie różne metody zbierania włókien: zbieranie na płaską powierzchnię (flat collection) oraz zbieranie na rdzeń (mandrel collection). Powstające architektury zależą od zaprogramowania kodu G-Code (Tabela 2), który jest wykonywany przez oprogramowanie.
Zbieranie na płaskim kolektorze 
Stosowanie płaskich kolektorów odnosi się do najczęściej spotykanej metody i umo...

Ten protokół służy jako kompleksowa wytyczna do wytwarzania rusztowań za pomocą elektroprzędzenia z polimerami stopionymi w trybie bezpośredniego zapisu. Systematycznie nakreślamy proces i definiujemy odpowiednie ustawienia parametrów w celu osiągnięcia docelowych architektur rusztowań.

Zapis elektroprzędzenia ze stopu trójwymiarowych rusztowań poli(ε-kaprolaktonu) z kontrolowanymi morfologiami do zastosowań w inżynierii tkankowej

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...

Niniejszy poradnik wideo omawia elektroprzędzenie stopów polimerowych w trybie bezpośredniego pisania i przedstawia niezbędne wytyczne dotyczące wytwarzania rusztowań o uporządkowanej architekturze. Elektroprzędzenie to technika przetwarzania polimerów, w której lepki polimer jest wyciskany przez otwór, podczas gdy przyłożone pole elektryczne powoduje powstanie strumienia. Siły elektrostatyczne przyspieszają włókno w kierunku kolektora o przeciwnym ładunku lub uziemionego.W celu uzyskania wymaganej lepkości polimery tradycyjnie upłynniano w rozpuszczalnikach. Parują one podczas fazy lotu, co w połączeniu z polem elektrycznym wywołuje silne wybrzuszenia włókien. Prowadzi to do powstania rusztowań polimerowych, których właściwości morfologiczne są trudne do kontrolowania, charakteryzowania i reprodukowania.Niniejszy eksperyment demonstruje elektroprzędzenie z topniejących polimerów. Zamiast rozpuszczania, wymagany poziom lepkości osiąga się poprzez podgrzanie pierwotnych polimerów. Brak rozpuszczalników poprawia splątanie makromolekularne polimeru i skutkuje bardziej stabilną trajektorią lotu włókna.Włókna o skali mikrometrycznej mogą być precyzyjnie nanoszone zgodnie z ruchem kolekt

melt-electrospinning-writing-three-dimensional-poly-caprolactone

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

W niniejszym artykule omówiono proces elektroprzędzenia polimerów do inżynierii tkankowej i hodowli komórkowych. W szczególności opisano elektroprzędzenie makromerów fotoreaktywnych z dodatkowymi możliwościami przetwarzania w postaci fotopatronowania oraz elektroprzędzenia wielopolimerowego.

Elektroprzędzenie włóknistych rusztowań polimerowych do inżynierii tkankowej i hodowli komórkowych

Celem niniejszego badania było odtworzenie naturalnej, trójwarstwowej architektury ściany tętnicy. W tym celu zastosowano elektroprzędzenie z wykorzystaniem dyszy 3-1 (wejście-wyjście) oraz mieszanin polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu.

Trójwarstwowe elektroprzędzenie w celu naśladowania natywnej architektury tętnicy z wykorzystaniem polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu: badanie wstępne

Rusztowania otrzymane metodą elektroprzędzenia mogą być poddawane obróbce po produkcji w celu zastosowania ich w inżynierii tkankowej. W niniejszym opracowaniu opisujemy metody przędzenia złożonych rusztowań (poprzez przędzenie sekwencyjne), tworzenia rusztowań o większej grubości (poprzez nakładanie wielu warstw z wykorzystaniem wyżarzania termicznego lub parowego), zapewniania sterylności (produkcja aseptyczna lub sterylizacja po produkcji) oraz uzyskiwania odpowiednich właściwości...

Obróbka potransprodukcyjna włókien otrzymywanych metodą elektroprzędzenia do inżynierii tkankowej

Zgłoszono syntezę i wytwarzanie długich włókien elektroprzędzionych obejmujących większy obszar złoża za pomocą nowo zaprojektowanego kolektora z nowego biodegradowalnego polimeru o nazwie poli(dodekanian glicerolu) (PGD). Włókna były w stanie wspierać wzrost komórek pochodzących z pluripotencjalnych komórek macierzystych myszy.

Elektroprzędzone rusztowania włókniste z poli(dodekanodianu glicerolu) do inżynierii tkanek nerwowych z embrionalnych komórek macierzystych myszy

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania elektroprzędzonych rusztowań z nanowłókien o stopniowanej organizacji włókien i badamy ich zastosowania w regulacji morfologii/orientacji komórek. Gradienty w odniesieniu do właściwości fizycznych i chemicznych rusztowań z nanowłókien oferują szeroką gamę zastosowań w dziedzinie biomedycyny.

Rusztowania z nanowłókien elektroprzędzonych z gradacją w organizacji włókien

Rusztowania dla inżynierii tkankowej muszą podsumować złożone biochemiczne i biofizyczne mikrośrodowisko niszy komórkowej. W tym miejscu pokazujemy zastosowanie międzyfazowych włókien kompleksowania polielektrolitów jako platformy do tworzenia kompozytowych, wieloskładnikowych rusztowań polimerowych o przedłużonym uwalnianiu biochemicznym.

Rusztowania kompozytowe z międzyfazowych włókien polielektrolitowych do czasowo kontrolowanego uwalniania biomolekuł

Dwu- i trójwymiarowe superhydrofobowe materiały polimerowe są przygotowywane przez elektroprzędzenie lub elektronatryskiwanie biodegradowalnych polimerów zmieszanych z polimerem o niższej energii powierzchniowej o podobnym składzie.

Wytwarzanie superhydrofobowych materiałów polimerowych do zastosowań biomedycznych

W tej pracy, rusztowania z poli(kwasu mlekowego)/glikolu polietylenowego (PLA/PEG) zostały przygotowane przy użyciu kombinacji mieszania stopionego i selektywnego ługowania. Omawiana tu metoda pozwoliła na opracowanie rusztowań trójwarstwowych poprzez ścisłą kontrolę zarówno porowatości, jak i wielkości porów. Właściwości mechaniczne oceniano również w środowisku fizjologicznym.

Łatwa i przyjazna dla środowiska metoda wytwarzania rusztowań z poli(kwasu mlekowego) o stopniowanej wielkości porów

Ten artykuł demonstruje technikę rozbudowy tradycyjnej, dwuwymiarowej (2D) elektroprzędzonej maty z nanowłókien w trójwymiarowe (3D) rusztowanie poprzez rozhermetyzowanie podkrytycznego płynu CO2. Te rozszerzone rusztowania są 3D, ściśle naśladują komórkowe wskazówki nanotopograficzne i zachowują funkcje cząsteczek biologicznych zamkniętych w nanowłóknach.

Ekspansja dwuwymiarowych mat z nanowłókien elektroprzędzonych do rusztowań trójwymiarowych

Przedstawiono powtarzalną metodę generowania 3D tkanek mięśnia sercowego, łączących rusztowania polikaprolaktonu (PCL) i hydrożele fibrynowe pochodzące z hiPSC. Technika ta zapewnia precyzyjną kontrolę nad architekturą rusztowania i może być stosowana w przedklinicznych testach leków i modelowaniu chorób serca.

Generowanie 3D ludzkiej tkanki mięśnia sercowego przy użyciu elektroprzędzenia stopionego zapisu rusztowań polikaprolaktonowych i komórek serca pochodzących z hiPSC

Poznaj technikę elektroprzędzenia stopów polimerów w trybie bezpośredniego zapisu do produkcji rusztowań o uporządkowanej architekturze. Metoda ta umożliwia precyzyjną kontrolę morfologii włókien dla zastosowań w inżynierii tkankowej.

Zapis elektroprzędzenia ze stopu trójwymiarowych rusztowań poli(ε-kaprolaktonu) z kontrolowanymi morfologiami do zastosowań w inżynierii tkankowej (Wideo) | JoVE Journal

Zapis elektroprzędzenia ze stopu trójwymiarowych rusztowań poli(ε-kaprolaktonu) z kontrolowanymi morfologiami do zastosowań w inżynierii tkankowej

Przeglądaj więcej filmów