Spin kaplama, polijet baskı ve erimiş biriktirme modelleme biyolojik doku yapısal ve fonksiyonel özelliklerini taklit çok katmanlı heterojen hayaletler üretmek için entegre edilmiştir.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Spin kaplama, polijet baskı ve erimiş biriktirme modelleme biyolojik doku yapısal ve fonksiyonel özelliklerini taklit çok katmanlı heterojen hayaletler üretmek için entegre edilmiştir.
Biyomedikal optik görüntüleme çeşitli hastalıkların tanı ve tedavisinde önemli bir rol oynamaktadır. Ancak, bir optik görüntüleme cihazının doğruluğu ve tekrarlanabilirliği bileşenlerinin performans özelliklerinden, test ortamından ve operasyonlardan büyük ölçüde etkilenir. Bu nedenle, izlenebilir hayalet standartlara göre bu cihazların kalibre etmek gereklidir. Ancak, mevcut hayaletlerin çoğu biyolojik dokunun multimodal ve dinamik özelliklerini taklit edemez homojen hayaletler vardır. Burada, bir spin kaplama modülü, bir polyjet modülü, erimiş bir biriktirme modelleme (FDM) modülü ve otomatik kontrol çerçevesi entegre bir üretim hattı kullanarak heterojen doku simüle hayaletler imalatı göstermektedir. "Dijital optik hayalet"in yapısal bilgileri ve optik parametreleri, üretim hattına aktarılan bir prototip dosyasında tanımlanır ve farklı baskı yöntemleri arasında sıralı geçiş le katman katman üretilir. Böyle bir üretim hattının teknik yeteneği epidermis, dermis, deri altı doku ve gömülü bir tümör oluşturan deri simüle hayaletler otomatik baskı ile örneklenir.
Biyomedikal optik görüntüleme, biyolojik doku ile ışık etkileşimlerine dayalı hastalıkları ve doku anomalilerini tespit eden tıbbi görüntüleme araçları ailesini temsil eder. Manyetik rezonans görüntüleme (MRG) ve bilgisayarlı tomografi (BT) gibi diğer görüntüleme yöntemleri ile karşılaştırıldığında, biyomedikal optik görüntüleme doku yapısal, fonksiyonel ve moleküler özelliklerin noninvaziv ölçüm yararlanarak düşük maliyetli ve taşınabilir cihazlar1,2,3,4. Ancak, maliyet ve taşınabilirlik teki üstünlüğüne rağmen, optik görüntüleme kısmen kötü tekrarlanabilirliği ve optik ve biyolojik parametreler arasında nicel haritalama eksikliği nedeniyle klinik tanı ve terapötik rehberlik için yaygın olarak kabul edilmemiştir. Bu sınırlamanın temel nedeni, biyomedikal optik görüntüleme cihazlarının nicel kalibrasyonu ve doğrulanması için izlenebilir standartların olmamasıdır.
Geçmişte, çeşitli doku simüle hayaletler çeşitli beyin5,6,7, cilt8,9,10,11,12, mesane13, ve meme dokuları14,15,16,17gibi çeşitli doku tipleri, biyomedikal optik görüntüleme araştırma için geliştirilmiştir. Bu hayaletler öncelikle aşağıdaki üretim süreçlerinden biri tarafından üretilmektedir: 1) spin kaplama10,18 (homojen ve ince katmanlı doku simüle için); 2)kalıplama 19 (geometrik özelliklere sahip hantal doku simüle için); ve 3) üç boyutlu (3D) baskı20,21,22 (çok katmanlı heterojen doku simüle için). Kalıplama ile üretilen deri fantomları cilt dokusunun toplu optik özelliklerini taklit edebiliyoruz ancak lateral optik heterojenlikleri taklit edemez19. Bentz ve ark. biyolojik doku23farklı optik özelliklerini taklit etmek için iki kanallı FDM 3D baskı yöntemi kullanılır. Ancak, iki malzeme kullanarak yeterince doku optik heterojenite ve aizotropi simüle edemez. Lurie ve ark. optik koherens tomografi (OKT) ve sistoskopi için 3D baskı ve spin kaplama birleştirerek bir mesane hayalet oluşturdu13. Ancak, kan damarları gibi hayaletheterojen özellikleri, el boyanması gerekiyordu.
Yukarıdaki hayali üretim süreçleri arasında, 3D baskı biyolojik doku yapısal ve fonksiyonel heterojenlikleri simüle etmek için en esneklik sağlar. Ancak, cilt dokusu gibi birçok biyolojik doku tipi, tek bir 3D baskı işlemi yle etkin bir şekilde çoğaltılamayan çok katmanlı ve çok ölçekli bileşenlerden oluşur. Bu nedenle, birden çok üretim süreçlerinin entegrasyonu gereklidir. Biyomedikal optik görüntüleme için izlenebilir bir standart olarak hayaletleri taklit eden çok katmanlı ve çok ölçekli dokunun otomatik üretimi için birden fazla üretim proseslerini entegre eden bir 3D baskı üretim hattı öneriyoruz(Şekil 1). Spin kaplama, polijet baskı ve FDM 3D baskı üretim hattımızda otomatik leştirilmiş olsa da, her modalite, belirlenen proseslerle aynı işlevsel özellikleri korur. Bu nedenle, bu makale, birden fazla sürecin tek bir cihazda fiziksel entegrasyonuna gerek kalmadan çok ölçekli, çok katmanlı ve heterojen doku simülasyonu hayaletleri üretmek için genel bir kılavuz sağlar.

Şekil 1: 3B baskı üretim hattının CAD diyagramı. (A) Üst kabuğu çıkarılan 3D baskı üretim hattı. (B) Spin kaplama modülü ve mekanik el modülü şeması. (C) Polijet baskı modülü şeması. (D) FDM baskı modülü şeması (UV lambası polijet baskı modülüne aittir). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. 3D baskı için malzeme hazırlama
NOT: Optik hayalet üretim hattımız biyolojik dokunun yapısal ve fonksiyonel heterojenliklerini simüle etmek için çeşitli baskı malzemeleri kullanır. Baskı malzemelerinin seçimi de üretim süreçlerine bağlıdır.
2. Multimodal 3D baskı için bilgisayar modelleri hazırlama
NOT: Heterojen deri dokusu epidermis, dermis ve deri altı doku olmak üzere üç katmana ayrılır. Epidermis tabakası, adım 1.1'de tanıtılan malzeme kullanılarak spin kaplama ile üretilir. Dermis tabakası, adım 1.2'de tanıtılan ışığa duyarlı polimer kullanılarak polijet baskı ile üretilir. Subkutan doku tabakası FDM tarafından adım 1.3'te tanıtılan malzeme kullanılarak üretilir. Yukarıda belirtilen üretim süreçlerini yönlendirmek için farklı baskı parametrelerinden oluşan bir prototip bilgisayar destekli tasarım (CAD) dosyası oluşturulur.
3. Spin kaplama ile cilt epidermis tabakası hayalet bileşeni baskı
NOT: Spin kaplama modülü esas olarak üç bölümden oluşur: 1) bir spin coater; 2) bir tutkal dağıtıcı; ve 3) uv lambası.
4. Polyjetting tarafından deri dermis tabakası hayalet bileşeni baskı
NOT: Polyjet baskı modülü piezoelektrik mürekkep püskürtmeli nozul, üç boyutlu mobil platform, kontrol paneli ve UV lambası (cıva lambası) içerir. Çözücü esaslı fotoküredilebilir malzeme, emme malzemesi ve saçılma malzemesi matris olarak kullanılır. Farklı bölgelerde farklı oranlarda malzemelerin püskürtülmesi ile farklı optik parametreler elde edilir. Son olarak, dermis katmanı hayalet yazdırılır ve katman katman tedavi edilir.
5. FDM ile deri altı doku hayalet bileşeni baskı
NOT: FDM modülü hibrit üç başlı modül, tek başlı modül ve 3D mobil platformdan oluşmaktadır. Jel balmumu, emici malzeme ve saçılma malzemesi bir hayalet simüle deri altı doku / tümör hazırlamak için hammadde olarak kullanılır. Jel balmumu ısıtılır ve besleyici içinde eritilir. Ekstrüzyon kafası tarafından düzgün bir şekilde karıştırılarak, son hayaletlerin istenilen optik parametrelerle yazdırılması için ekstrüzyon yapılır.
6. Substratı yükleme istasyonuna geri taşıma
7. Döküm deri altı doku tabakası hayalet bileşeni kalıplama tarafından
NOT: Eğer hayalet için tümör modeli tasarlanmışsa, polidimethylsiloxane (PDMS) tümör dışına dökülerek tüm hayalet döküm gerekli olacaktır. FDM modülünün tümörsüz deri altı doku tabakasını yazdırması için 7.1-7.3 adımlarına gerek yoktur.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Spin kaplama ile imal edilen Phantom
Spin kaplama pikap döndürerek substrat üzerinde damlacıklar eşit dağıtır ve orijinal gövdenin tek bir tabaka kür sonra imal edilir. Substrat ve dönme süresinin dönme hızı sadece hayaletin yüzey kalitesini etkilemekle kalmıyor, aynı zamanda hayaletin her tabakasının kalınlığını da belirler. Farklı kalınlıklarda hayaletler, tekrarlayıcı spin kaplama katman katman ile imal edilebilir. Hayaletlerin optik parametreleri, bir önceki yayınımızda açıklandığı gibi, saçılma v...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Çok katmanlı hayaletin imalatında, spin kaplama için kullanılan malzeme PDMS yerine hafif tedavi edilebilir bir malzemedir. Ara katman, hafif kürlenebilir rekarni hammadde olarak kullanan polyjet baskı yöntemi ile yazdırılır. İnce PDMS fantomları tert-butil alkol ekledikten sonra spin kaplama ile yapılabilse de, pdms katmanı polijet baskı sırasında ışık la tedavi edilebilir malzemeye etkili bir şekilde bağlanamaz. Bu nedenle, spin kaplama için hafif kürebilir resin seçti.
Şu anda, polijet bask...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Grant No. 11002139 ve 81327803) ve Merkez Üniversiteler için Temel Araştırma Fonları tarafından desteklenmiştir. Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Zachary J. Smith'e seslendirme sağladığı için teşekkür ederiz.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 2-Hidroksi-2-metilpropiyofenon | aladdin | H110280-500g | Işık başlatıcı http://www.aladdin-e.com/ |
| >3D baskı kontrol sistemi | USTC | USTC-3DPrinter_control1.0 | ısmarlama github: https://github.com/macanzhen/ |
| >3D baskı sistemi | USTC USTC-3DPrinter1.0 | ısmarlama | |
| AcroRip renkli | Human Plus | AcroRip v8.2.6 | |
| Hepsi bir arada nozul dilimleme komut dosyası | Shenzhen CBD Technology Co., Ltd. | github: https://github.com/macanzhen/ | |
| Çin Kırmızı Boya | Juents | Yağda | |
| Çözünür Cura | Ultimaker | Cura_15.04.6 | |
| Jel Balmumu | Shanghai Lida Industry Co., ltd. | LP | erime noktası: 56 ° C |
| Grafit | aladdin | G103922-100g | Nesne optik absorpsiyon parametrelerini değiştir http://www.aladdin-e.com/ |
| PDMS | Dow Corning | 184 | |
| Titanyum dioksit | ALDRICH | 24858-100G | 347 nm |
| Trietilen glikol dimetakrilat | aladdin | T101642-250ml | Fotoğrafla sertleştirilmiş monomer http://www.aladdin-e.com/ |
| UV mürekkep SLA'sı Fotopolimer Reçine | time80s | REÇİNE-A | http://www.time80s.com/zlxz |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.