पिघल Electrospinning तीन आयामी पाली (ε-caprolactone) ऊतक इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए नियंत्रणीय Morphologies के साथ मचान के लेखन
Summary
यह प्रोटोकॉल एक व्यापक दिशानिर्देश के रूप में कार्य करता है बहुलक के साथ electrospinning के माध्यम से पाड़ों बनाना एक प्रत्यक्ष लेखन मोड में पिघला देता है । हम व्यवस्थित प्रक्रिया रूपरेखा और लक्षित पाड़ आर्किटेक्चर को प्राप्त करने के लिए उपयुक्त पैरामीटर सेटिंग्स को परिभाषित ।
Abstract
इस ट्यूटोरियल मौलिक सिद्धांतों और electrospinning लेखन के लिए दिशानिर्देश बहुलक के साथ पिघला देता है, जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए महान क्षमता के साथ एक additive विनिर्माण प्रौद्योगिकी पर प्रतिबिंबित करता है । तकनीक को उप माइक्रोन के लिए माइक्रो स्केल रेंज में अच्छी तरह से आदेश पाड़ बनाने के लिए संगत बहुलक फाइबर के प्रत्यक्ष जमाव की सुविधा । एक spinneret और एक कलेक्टर के बीच एक स्थिर, viscoelastic, बहुलक जेट की स्थापना एक लागू वोल्टेज का उपयोग कर हासिल की है और प्रत्यक्ष लिखा जा सकता है । एक ठेठ छिद्र का एक महत्वपूर्ण लाभ सुपाड़ा एक उच्च सतह से मात्रा अनुपात जो सेल लगाव और विकास के लिए प्रभावी आसंजन साइटों में वृद्धि प्रदान करता है । मुद्रण की प्रक्रिया को नियंत्रित करने के द्वारा ठीक ट्यूनिंग प्रणाली मापदंडों उच्च reproducibility मुद्रित पाड़ों की गुणवत्ता में सक्षम बनाता है । यह भी उपयोगकर्ताओं के लिए एक लचीला विनिर्माण मंच प्रदान करता है उनके विशिष्ट आवश्यकताओं के पाड़ों के रूपात्मक संरचनाओं दर्जी । इस प्रयोजन के लिए, हम प्रवाह दर, वोल्टेज और संग्रह की गति सहित मापदंडों का एक निर्देशित संशोधन के साथ पिघल electrospinning लेखन (बीजेएस) का उपयोग कर विभिन्न फाइबर व्यास प्राप्त करने के लिए एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं । इसके अलावा, हम प्रदर्शन कैसे जेट का अनुकूलन करने के लिए, अक्सर तकनीकी चुनौतियों का अनुभव चर्चा, समस्या निवारण तकनीकों की व्याख्या और प्रदर्शन मुद्रण योग्य पाड़ वास्तुकला की एक विस्तृत श्रृंखला ।
Introduction
कोशिकाओं के लिए तीन आयामी (3d) जैव संगत संरचनाओं का निर्माण ऊतक इंजीनियरिंग (TE) के लिए additive के विनिर्माण के महत्वपूर्ण योगदानों में से एक है, अनुकूलित जैव सामग्री, कोशिकाओं को लागू करने के द्वारा ऊतकों को बहाल करने के लिए लक्ष्य, रासायनिक कारकों, या उनमें से एक संयोजन । इसलिए, ते अनुप्रयोगों के लिए पाड़ों की मुख्य आवश्यकताओं में शामिल हैं: manufacturability से सुसंगत सामग्री, लक्षित सेल आक्रमण और बढ़ाया सेल बातचीत के लिए अनुकूलित सतह गुणों के लिए नियंत्रणीय रूपात्मक गुण से 1.
बीजेएस एक विलायक मुक्त विनिर्माण तकनीक है कि additive के निर्माण के सिद्धांतों को जोड़ती है (अक्सर 3 डी प्रिंटिंग कहा जाता है) और अत्यधिक आदेश दिया ultrathin फाइबर morphologies के साथ बहुलक जाल के उत्पादन के लिए electrospinning2। यह एक सीधा लेखन दृष्टिकोण है और सही ढंग से जमा फाइबर के अनुसार कार्यक्रम कोड3, जी कोड के रूप में भेजा । पिघल electrospun निर्माण वर्तमान में एक फ्लैट4,5 या एक खराद6,7 कलेक्टर का उपयोग कर तैयार कर रहे है छिद्रित फ्लैट और ट्यूबलर पाड़ों, क्रमशः बनाना ।
इस तकनीक को करने के लिए महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है ते और अपक्षयी दवा (RM) समुदाय की संभावना के कारण सीधे प्रिंट चिकित्सा ग्रेड पॉलिमर, जैसे पाली (ε-caprolactone) (PCL), जो उत्कृष्ट जैव संगतता8प्रस्तुत करता है । अंय लाभ के लिए porosity के आकार और वितरण को अनुकूलित करने की संभावना है, एक उच्च संगठित तरीके से तंतुओं जमा करने के लिए ऊंची सतह से मात्रा अनुपात के पाड़ों बनाना । इससे पहले कि बीजेएस प्रदर्शन किया जा सकता है, बहुलक पहले9गर्मी के आवेदन की आवश्यकता है । एक बार एक तरल पदार्थ राज्य में, एक लागू वायु दबाव बलों यह एक उच्च वोल्टेज स्रोत से जुड़ा है कि एक धातु spinneret के माध्यम से बाहर प्रवाह करने के लिए । सतह तनाव और electrostatically के आकर्षण के बीच बल संतुलन जमीनी कलेक्टर को छोटी बूंद का आरोप लगाया एक टेलर एक जेट के इंजेक्शन के बाद शंकु के गठन की ओर जाता है10।
चित्र और इस प्रोटोकॉल के लिए उपयोग किए गए इन-हाउस बिल्ड बीजेएस डिवाइस का एक योजनाबद्ध आरेखण चित्र 1में दिखाया गया है । यह अतिरिक्त टेप अछूता का उपयोग करने हीटिंग तत्वों और विद्युत चार्ज पीतल spinneret आसपास के भाग के बीच विद्युत स्राव से बचने के सिद्धांतों को दर्शाता है । अपर्याप्त इंसुलेशन कार्यांवित हार्डवेयर की आंतरिक क्षति के लिए नेतृत्व करेंगे ।
तीन प्रणाली मापदंडों के समायोजन पर निर्भर करता है (तापमान, संग्रह की गति और हवा के दबाव), बीजेएस अलग व्यास के साथ फाइबर के निर्माण में सक्षम बनाता है, चर्चा अनुभाग में समझाया. अधिकांश मामलों में, हालांकि, ठीक ट्यूनिंग और जेट का अनुकूलन एक स्थिर जेट बाहर निकाल दिया जाएगा करने से पहले आवश्यक हो जाएगा । विद्युतीकृत यात्रा जेट के दृश्य एक प्रभावी तरीका है निरंतरता और प्रक्रिया की एकरूपता सत्यापित करने के लिए है । एक आदर्श स्थिति में, फ़्लाइट पथ एक झूलना वक्र सिस्टम पैरामीटर11द्वारा नियंत्रित बल संतुलन के परिणामस्वरूप प्राप्त होता है । इसके अलावा, सूक्ष्म और पाड़ों की स्थूल संरचना बहुलक जेट12के उड़ान पथ पर निर्भर है । अलग झुकाव व्यवहार और अनुकूलन के लिए उपायों की एक विस्तृत तालिका चर्चा अनुभाग में दिया जाता है ।
वर्तमान अध्ययन में, हम बीजेएस प्रौद्योगिकी का उपयोग अत्यधिक नियंत्रित रेशेदार पाड़ों के निर्माण के लिए निर्माण कदम का वर्णन करता है कि एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं । इस काम में, चिकित्सा ग्रेड pcl (आण्विक वजन 95-140 किग्रा/) का उपयोग किया गया था, के रूप में इस चिकित्सा ग्रेड pcl तकनीकी ग्रेड पर शुद्धता में सुधार हुआ है, और इसके यांत्रिक और प्रसंस्करण गुण बीजेएस के लिए उत्कृष्ट हैं । PCL के व्यापक पिघल प्रसंस्करण रेंज अपने कम पिघलने बिंदु (६० डिग्री सेल्सियस) और उच्च थर्मल स्थिरता से उत्पन्न होती है । इसके अलावा, PCL एक धीमी दर biodegradable बहुलक है, जो यह कई ऊतक इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए एक उत्कृष्ट सामग्री बनाता है13।
इस अध्ययन के लिए, तापमान और कलेक्टर दूरी लगातार रखा जाएगा (६५ ° c और सिरिंज और spinneret तापमान (क्रमशः) के लिए ८२ डिग्री सेल्सियस और कलेक्टर दूरी के लिए 12 मिमी); लागू वोल्टेज, कलेक्टर गति और हवा के दबाव बहरहाल, लक्षित व्यास के साथ फाइबर बनाना विविध जाएगा । बीजेएस पाड़ों का उपयोग कर प्रकाशित अध्ययनों की एक विस्तृत सूची परिणाम अनुभाग में प्रदान की जाती है और ते और RM (तालिका 1) के क्षेत्रों के लिए विभिन्न अनुप्रयोगों का पता चलता है.
Protocol
Representative Results
Discussion
एकीकृत कर रहा हूं में आदेश चिकित्सा क्षेत्र में चुनौतियों के लिए अभिनव समाधान खोजने के लिए 21st सदी के लिए एक नया प्रतिमान प्रस्तुत करता है । तथाकथित “जैव निर्माण” के क्षेत्र में वृद्धि और निर्माण प्र?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस कार्य के लिए सहकारी अनुसंधान केंद्र सीआरसी द्वारा सेल थेरेपी निर्माण, ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद आर्क केंद्र में Additive के लिए विनिर्माण और तकनीकी विश्वविद्यालय म्यूनिख के उन्नत अध्ययन के लिए संस्थान द्वारा वित्तीय रूप से समर्थित किया गया है । यह शोध ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद औद्योगिक परिवर्तन प्रशिक्षण केंद्र द्वारा Additive के विनिर्माण http://www.additivebiomanufacturing.org (IC160100026) में आयोजित किया गया । कृपया लेख, किताबें, टेलीविजन या रेडियो कार्यक्रम, इलेक्ट्रॉनिक मीडिया, या किसी भी अंय साहित्यिक परियोजना से संबंधित कार्यों के लिए साइट पर जाएं । इसके अलावा, लेखकों आभार फिल्म में समर्थन के लिए मारिया Flandes Iparraguirre स्वीकार करते हैं, पर आवाज और फिल्माने और संपादन के लिए लुइस Grossmann के लिए फिलिप Hubbard ।
Materials
| Plastic syringe | Nordson Australia Pty Ltd | 7012072 | EFD BARREL O 3mL Clear 50 |
| Medical grade Poly (ε-caprolactone) (mPCL) | Corbion Purac, The Netherlands | PURASORB PC12 | |
| 23 GA needle | Nordson Australia Pty Ltd | 7018302 | #23GP .013 X .25 ORANGE 50 PC |
| Plunger | Nordson Australia Pty Ltd | 7012166 | PISTON O 3mL WH WIPER 50 |
| Pressure adapter | Nordson Australia Pty Ltd | 7012059 | ADAPTER ASM O 3mL BL 1.8M |
| Aluminium collector | Action Aluminium, Australia | SHP2 | Sheet 5005 H34 |
| Acrylic glass | Mulford Plastics Pty Ltd | ACC6-13094 | |
| Mach 3 software | Art Soft | Purchased online | |
| Safety switch interlock | RS components Pty Ltd | 12621330 | |
| High voltage generator | EMCO High Voltage Co. | DX250R | |
| Temperature controller | WATLOW | PM9R1FJ | |
| X and Y positioning slide | VELMEX Inc. | XN-10-0020-M011 |
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