Biyomimetik Kalp Kapağı Broşürleri Üretmek için 3D Baskı ve Elektrospinning'i Birleştirme

Oryantasyonlu liflerden oluşan üç katmanlı yapılar insan vücudunun her yerinde bulunabilir. Bu yöntemi uygulayarak, sadece doğal koşulları taklit eden kalp kapağı broşürleri değil, aynı zamanda çeşitli diğer dokular da oluşturulur. Bu, iletken malzemeden 3D baskılı toplayıcıların elektrospinning'de ilk kez kullanılmasıdır, bu da bu işlemi oldukça esnek ve uygun maliyetli kılan bir gerçektir.

Başlamak için, STL dosya örneği montajı A'yı ve örnek montajı B'yi dilimleme yazılımına yükleyerek 3B yazdırmayı başlatın. Modelleri döndürün, böylece üçgen yüzeyler yapı plakasına yerleştirilir. Tüm parçaları işaretleyin, sağ tıklayın ve seçilen modelleri çarp'ı seçin.

İstenen kopya sayısına bir tane girin ve Tamam'ı tıklatın. Dilim kalınlığını 0,1 milimetreye, duvar kalınlığını bir milimetreye, dolgu yoğunluğunu% 40'a ayarlayın ve destek oluştur kutusunun işaretini kaldırın. Dilimle düğmesini tıklatın ve yazdırma dosyasını bir USB sürücüsüne kaydetmek için çıkarılabilir konuma kaydet'i seçin. Ayarları koruyun ve STL dosyalarını dilimleme yazılımındaki toplayıcı flanşı ve broşür şablonuyla değiştirin.

Yazdırmaya başlamadan önce flanşın bir kopyasını ve şablonun sekiz kopyasını oluşturmak için kopyalama aracını kullanın. Baskıyı tamamladıktan sonra, modelleri yapı plakasından çıkarın. Broşür modellerinde varsa, broşürün altındaki tek tek filament liflerini negatif olarak bir tel kesici ile dikkatlice çıkarın.

Bir eğirme çözeltisi hazırlamak için, egzoz kaputunun altına bir ölçek yerleştirin. Üzerine 200 mililitrelik bir vidalı kapaklı cam şişe yerleştirin ve ölçeği dardar. Cam şişeye 50 mililitre dimetilformamid ve 50 mililitre tetrahidrofuran dökün.

Çözücülerin ağırlığına dikkat edin. Şişenin içine manyetik bir çubuk yerleştirin. Şişeyi manyetik bir karıştırma üzerine yerleştirin ve açın.

Homojen bir çözelti elde etmek için oda sıcaklığında karıştırırken karşılık gelen miktarda poliüretanı yavaşça çözücü karışımını içeren cam şişeye aktarın. Daha sonra kapağı kapatın. Toplayıcıyı oluşturmak ve tüm şablonların doğru yönlendirildiğinden emin olmak için 3B yazdırılmış parçaları metal çubuklarla birlikte monte edin.

Birleştirilmiş kolektörü elektrospinning kurulumuna yerleştirin ve flanşları motor eksenine sıkıca sabitleyin. Bir timsah klipsi kullanarak, katoda bağlı kabloyu 14 gauge iğnesine bağlayın ve klips ile iğne arasındaki bağlantıyı kontrol edin. Kollektörü bir timsah klipsi ve ikinci yüksek voltaj kablosu kullanarak anoda bağlayın.

Kollektörün flanşında temas oluşturmak için bir kontak halkası veya sıyrılmış bir kablo kullanın. 20 mililitre eğirme çözeltisi ile doldurarak bir Luer kilit şırıngası hazırlayın. Şırıngayı çözücüye dayanıklı tüpe bağlayın ve iğnenin ucunda bir damlacık görünene kadar çözeltiyi manuel olarak boru sistemine itin.

Şırıngayı şırınga pompasına yerleştirin. Pompayı açtıktan sonra, çapı 19.129 milimetreye, hacmi beş mililitreye ve hızı saatte üç mililitreye ayarlayın. Motoru çalıştırmayı test etmek için, bağlan düğmesine tıklayarak motor kontrolüne bağlanın.

Bağlandıktan sonra, profil hızı çalışma modunu seçin ve ekranın sol üst köşesinde bulunan işlem sekmesine tıklayın. Kırmızı bir çizgiyle çerçevelenmiş hızlı durdurma düğmesinin altındaki profil hızı sekmesini seçin. Ardından hedef hızı 200 RPM, profil ivmesini 100, profil yavaşlamasını 200 ve hızlı durdurma 5.000'i ayarlayın.

Test çalışmasını başlatın ve toplayıcıda herhangi bir dengesizlik olup olmadığını denetleyin. Etkin düğmeyi tıklatarak motoru durdurun ve hedef hızı 2.000 RPM olarak değiştirin. Motor kontrol yazılımındaki katmanı üretmek için, motoru açmak üzere çalıştırmayı etkinleştir düğmesine tıklayın.

Yüksek voltajlı güç kaynağını açın ve eksi kutup 18 kilovolt ve artı kutup 1,5 kilovolt olacak şekilde hem anot hem de katot için voltajı ayarlayın. Şırınga pompasını saatte üç mililitre akış hızında çalıştırın. Bir Taylor konisinin oluşumu için iğne ucunu gözlemleyin ve iğne ucundaki koninin şekline bağlı olarak, sabit bir Taylor konisi kurulana kadar katottaki voltajı 100 voltluk artışlarla ayarlayın.

Güç kaynağı ünitesini, şırınga pompasını ve motoru kapatarak eğirme işlemini durdurun. Ardından, motor kontrol yazılımında hedef hızı 10 RPM olarak değiştirin ve katman üretim işlemini daha önce açıklandığı gibi 20 dakika daha tekrarlayın. İkinci katman eklendikten sonra, toplayıcı flanşlarını motor eksenine bağlayan vidaları dikkatlice açın ve broşür toplayıcıyı elektrospinning cihazından çıkarın.

Bir neşter kullanarak, elektrospun liflerini her broşür şablonunun dış konturu boyunca kesin. Kollektörün bir tarafındaki flanşı çıkarın. Ardından 3B baskılı ekleri çıkarın ve broşür şablonlarını iletken olmayan üçgen tutuculardan ayırın.

Tüm broşür şablonlarını 90 derece döndürün ve toplayıcıyı yeniden birleştirin. Kollektörü elektrospinning kurulumuna takın ve sıkıca sabitleyin. Yine, motor kontrol yazılımında hedef hızı 2.000 RPM'ye geri döndürün ve üçüncü fiber katmanını eklemek için daha önce açıklandığı gibi katman üretim sürecini 20 dakika boyunca başlatın.

Kollektörü elektrospinning cihazından çıkardıktan sonra, numuneleri 40 santigrat derecede bir ısıtma kabininde kurulayın. Numuneler tamamen kuruduktan sonra, fazla lifleri çıkarmak için broşür şablonunun kenarlarını dikkatlice kesmek için bir neşter kullanın. Daha sonra, şablonun broşür iskelesini dikkatlice soyun ve daha fazla kullanım için bir tepsiye yerleştirin.

Üç katmanlı bir broşür iskelesi, doğal insan kalp kapağının kollajen konfigürasyonunu taklit eder ve her katman yaklaşık 4.1 mikrometre çapında liflerden oluşur. Taramalı elektron mikroskobu görüntülemesi, pürüzsüz yüzeye ve çevresel yönde sıkı bir yönelime sahip hizalanmış lifleri ortaya çıkarırken, hizalanmamış lifler düzensiz yönelim ve lifler arasında birçok belirgin kesişme gösterdi. Floresan görüntüleme, alt tabakanın, lifler arasındaki çok az kesişme ile yatay yönde hizalanmış liflerden oluştuğunu ortaya koymuştur.

Orta katman, birincil fiber oryantasyonu olmayan hizalanmamış lifleri gösterirken, üst katman dik yönde hizalanmış lifleri gösterir. Kalınlık ölçümü, kalınlıkta dakikada yaklaşık 2.65 mikrometrelik doğrusal bir artış gösterir. 60 dakika sonra, kalınlıkta dakikada yaklaşık 2.52 mikrometre artış gözlendi.

Hizalanmış fiber iskeleler için çekme testleri, çevresel ve dik oryantasyon boyunca milimetre kare başına yaklaşık 12 ve 3 Newton mukavemete sahiptir. Bununla birlikte, hizalanmamış fiber iskeleler, farklı yönler için çekme mukavemetinde bir fark göstermez. Hizalanmış fiber iskeleler, çevresel ve dik yönde yaklaşık% 187 ve% 107'lik bir genişletilebilirlik ortaya koyarken, hizalanmamış lifler her iki yönde de eşit genişletilebilirlik ortaya koymuştur.

Gerilme gerinim eğrileri, hizalanmamış fiber paspasların doğrusal elastik davranış sergilediğini, hizalanmış liflerin ise eksenel yönde doğrusal olmadığını göstermiştir. Oluşturulan broşürler biyolojik ve biyomekanik değerlendirme için kullanılabilir. Bunlardan üçü fonksiyonel bir aort kapağı oluşturmak için monte edildiğinde, çok çeşitli in vitro deneyler yapılabilir.

Protokol, diğer araştırmacıların sadece çok katmanlı fiber iskeleler üretmelerini değil, aynı zamanda lifleri yönlendirmelerini de sağlayacaktır. Bu nedenle, birçok farklı doku tipini taklit edebileceklerdir.