Gleichzeitiger Multimaterial-Embedded-Druck für heterogene 3D-Strukturen

Veröffentlichung in der Zeitschrift Internationale Zeitschrift für Extreme ManufacturingDas von Forschern des State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems geleitete Team hat mit mehreren individuell gesteuerten Düsen verschiedene Biomaterialien gleichzeitig und präzise in den resultierenden Bereich des Einbettungsmediums aufgetragen.

Im Vergleich zum herkömmlichen sequentiellen Druckverfahren könnte das entwickelte Druckverfahren die genaue Ablagerung von Biotinte steuern, um die Positionstreue und Strukturmorphologie sicherzustellen und die Bindungsstärke zwischen den Schichten zu verbessern. Die Erkenntnisse könnten das Potenzial für eine umfassende Nutzung bei der Herstellung heterogener Strukturen mit weichen Biomaterialien und weichen Verbundwerkstoffen bieten.

Einer der leitenden Forscher, außerordentlicher Professor Hongzhao Zhou, kommentierte: „Die Multimaterial-Biodrucktechnologie bietet verschiedene Auswahlmöglichkeiten an Zellen und Biomaterialien für den In-vitro-Aufbau heterogener Strukturen, die möglicherweise eine bessere Darstellung natürlicher Gewebe/Organe darstellen. Die eingebettete Drucktechnologie bietet diese Möglichkeit.“ mehr Möglichkeiten, verschiedene Materialien zu komplexen dreidimensionalen Strukturen zu drucken.“

Dennoch hat das Einbettmedium eine höhere Viskosität als Luft, was die kontinuierliche Position des extrudierten Bioinks stärker beeinträchtigen würde. Der Bioink wird im Einbettungsmedium abgelagert und nahezu in situ gehalten. Es gibt keine garantierte Haftung zwischen den benachbarten Filamenten. Aufgrund der Möglichkeit, In-vitro-Gewebe mit mehreren Materialien zu konstruieren, ist es wirklich wichtig, die genaue Ablagerung von Tinte im Einbettungsmedium zu kontrollieren, um heterogene Gewebe aufzubauen.

Beim herkömmlichen eingebetteten Druck besteht eine einfache und häufig verwendete Strategie darin, die benachbarten Filamente räumlich überlappend zu gestalten, um sicherzustellen, dass sie miteinander verbunden werden können.

„Die Überlappungsmethode hat sich beim Drucken kontinuierlicher Strukturen mit einem einzigen Material als wirksam erwiesen. Bei komplexen Strukturen mit mehreren Materialien kann die Überlappung von Filamenten zu einer unkontrollierten Stapelung und Quetschung benachbarter Filamente führen und die räumliche Verteilung verschiedener Materialien im Druck gefährden.“ Struktur“, sagte Erstautor Dr. Ziqi Gao.

„In unserer Arbeit analysieren wir die Dynamik der extrudierten Biotinte im Einbettmedium. Wir mischen fluoreszierende Mikrokügelchen gleichmäßig in die Tinte, um die Kontur der gedruckten Filamente zu bestimmen, und drucken die Filamente gleichzeitig im Einbettmedium mit unterschiedlichen Druckparametern. Wir kann die experimentellen Phänomene mit den Ergebnissen wichtiger Parameteränderungen in der theoretischen Analyse vergleichen und verifizieren. Mit dieser neuartigen Druckmethode kann eine horizontale Verbindung zwischen feinen Fäden unter einem breiten Spektrum von Druckparametern erreicht werden.“

Co-Erstautor Professor Jun Yin fügte hinzu: „Durch die oben genannten experimentellen Methoden werden die Auswirkungen von Druckparametern wie Druckgeschwindigkeit und Rheologie des Einbettungsmediums auf die 3D-Morphologie des gedruckten Filaments quantitativ bewertet. Unter den Bedingungen hoher Druckgeschwindigkeit und niedriger.“ Viskosität des Einbettungsmediums weisen gleichzeitig gedruckte Filamente eine hohe Genauigkeit und ein Seitenverhältnis nahe 1 auf, das sich an die Schnittbahn anpassen kann und es uns ermöglicht, Mikrostrukturen herzustellen.“

„Es wurde eine doppelschichtige dünnwandige Struktur gedruckt, wobei jede Schicht weniger als 200 μm dick war. Es wurde gezeigt, dass Darm- und Lebermodelle gedruckt werden konnten. Der Darm zeigte eine Struktur, die der kreisförmigen Faltenform des echten Organs ähnelte. Beide Gewebe können dies.“ ohne nennenswerte Beeinträchtigung oder Delaminierung vernetzt und aus dem Einbettmedium extrahiert werden.“

„Außerdem wurde ein Abziehtest durchgeführt, um die Bindungsstärke zwischen gleichzeitig bedruckten Proben zu untersuchen. Die Ergebnisse wurden mit den gegossenen und sequenziell bedruckten Proben verglichen. Wir fanden heraus, dass die Bindungsstärke der Proben durch gleichzeitiges Drucken deutlich größer war als die der Proben.“ durch sequentielles Drucken unter derselben Flugbahn. Das vorgeschlagene gleichzeitige Druckverfahren hat das Risiko einer Kontamination des Einbettungsmediums für den 3D-Druck von mehrschichtigen Strukturen und Strukturen aus mehreren Materialien minimiert. Und es könnte eine direkte Lösung für die derzeitige strukturelle Integrität sein Probleme für solche Strukturen.

Das Team untersuchte ein eingebettetes Multimaterial-Druckverfahren, das für die Herstellung heterogener Strukturen mit hoher Präzision und guter struktureller Integrität vielversprechend ist. Bei weichen Biomaterialien und weichen Verbundwerkstoffen kann diese Methode möglicherweise für die Konstruktion von In-vitro-Gewebemodellen verwendet werden.