Төмөн баа Bioprinter: 13 кадам (Сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:40

Биз UC Davisтин студенттери жетектеген изилдөө тобубуз. Биз TEAM молекулярдык прототиптөө жана биоинновация лабораториясында иштеген BioInnovation Groupтун бир бөлүгүбүз (кеңешчилери доктор Марк Фациотти жана Эндрю Яо, MS). Лаборатория бул долбоордун үстүндө иштөө үчүн ар кандай деңгээлдеги студенттерди бириктирет (мех/химиялык/биомедиялык инженерия).

Бул долбоордун бир аз маалыматы-биз химиялык бөлүмдүн доктору Карен Макдональд менен биргеликте трансгендүү күрүч клеткаларын басып чыгара баштадык, бул биопринтер изилдөө институттарына жеткиликтүү кылуу үчүн арзан баалуу биопринтер иштеп чыгуу. Азыркы учурда, биологиялык принтерлердин баасы болжол менен $ 10 000, ал эми жогорку класстагы биопринтерлердин баасы болжол менен $ 170 000 турат. Ал эми биздин принтерди болжол менен $ 375 үчүн курууга болот.

Жабдуулар

Бөлүктөр:

1. Пандустар 1.4:
2. Ардуино мега 2560:
3. Stepper мотор айдоочулары:
4. Кошумча тепкич мотору (милдеттүү эмес)
5. Жаратуучу нур 2 x 1 дюйм
6. Жаратуучу нур тиркөөчү жабдык
7. М3 бурамалар ар кандай өлчөмдө
8. М3 жаңгактар x2
9. 8 мм бурама таяк
10. 8 мм гайка
11. 608 подшипник
12. Байланыш клип
13. Filament
14. Monoprice V2
15. Zip галстуктары
16. М3 жылуулук орнотулган жаңгактар туурасы 2 мм

Куралдар:

1. Ар кандай өлчөмдөгү бургулоочу биттер
2. Hand Drill
3. Бургулоо пресс
4. Hacksaw
5. Лампочка + ширетүүчү
6. Зым чечүүчү
7. Ийнелердин кычкачтары
8. Ар кандай өлчөмдөгү он алтылык баскычтар

Лабораториялык жабдуулар:

1. Петри табактары ~ 70мм диаметри
2. Luer-lock учу бар 60 мл шприц
3. Luer-lock учу бар 10 мл шприц
4. Luer-lock фитингдери
5. Арматура үчүн түтүк
6. T түтүк үчүн туташтыргычы
7. Центрифуга
8. Центрифуга түтүктөрү 60 мл
9. Масштаб
10. Таразалар
11. Автоклав
12. Стакандар
13. Бүтүргөн цилиндр
14. 0.1M CaCl2 эритмеси
15. Агароза
16. Альгинат
17. Метилцеллюлоза
18. Сахароза

Программалык камсыздоо:

1. Fusion 360 же Solidworks
2. Arduino IDE
3. Repetier Host
4. Ultimaker Cura 4

1 -кадам: 3D принтер тандоо

Биз баштапкы 3D принтер катары Monoprice MP Select Mini 3D Printer V2 тандап алдык. Бул принтер арзан баада жана жеткиликтүүлүгү жогору болгондуктан тандалды. Кошумча, принтердин абдан так 3D модели мурунтан эле бар болчу, бул дизайнды жеңилдетти. Бул көрсөтмө ушул конкреттүү принтерге ылайыкташтырылган, бирок окшош процесс башка жалпы FDM принтерлерин жана CNC машиналарын айландыруу үчүн колдонулушу мүмкүн.

Жогорку тактык модели:

2 -кадам: 3D басып чыгаруу

Monoprice принтерин ажыратуудан мурун 3D принтерин өзгөртүү үчүн бир нече бөлүктөрдү 3D басып чыгаруу керек. Паста экструдерлеринин версиялары бар, алардын бири эпоксиден талап кылат, экинчисинен талап кылынбайт. Эпоксидди талап кылуучу тыгызыраак, бирок чогултуу кыйыныраак.

3 -кадам: Принтерди өзгөртүүгө даярдаңыз

Алдыңкы мунара панели, астыңкы капкагы жана башкаруу панели алынып салынышы керек. Түбү алынгандан кийин, бардык электрониканы башкаруу тактасынан ажыратып, башкаруу тактасын алып салыңыз.

4 -кадам: алмаштырылуучу тоос

Дене 1 жана Дене 14 ар бири эки жылуулукту жаңгакты талап кылат. Корпус 1 принтердин алкагына курдун астында катылган эки M3 болт менен орнотулган. Болттор кайыш тарткычты алып, курду бир тарапка тартуу менен ачылышы мүмкүн.

5 -кадам: Z Axis Switch

Z огунун которгучу программанын ордун толтурбастан, каалаган узундуктагы ийне колдонуунун ырааттуулугу учурунда колдонула тургандай кылып жайгаштырылган. Коммутатор 2 М3 бурамасы менен принтердин корпусуна мүмкүн болушунча басма төшөгүнүн астына орнотулушу керек.

6 -кадам: Кабелдөө

Электр өткөргүчтөрү Ramps 1.4 стандарттарына ылайык жүргүзүлөт. Жөн эле туташуу схемасын аткарыңыз. Терминал блоктору үчүн керектүү болгон зымдарды кесип, калайлаңыз. Кээ бир зымдарды узартуу керек болушу мүмкүн.

7 -кадам: Epoxy Extruder

Бул экструдерди басып чыгарууга азыраак убакыт кетет, бирок ал эпоксиден пайдаланат, бул жалпы курулуш убактысын 24 сааттан ашык көбөйтөт. 8мм сай жип 608 подшипникке эпоксидделиши керек жана подшипник 3D басып чыгарылган Body 21ге эпоксиддештирилиши керек. Андан тышкары, жиптин гайкасын Body 40ка эпоксиддөө керек. Эпоксид толук айыккандан кийин, резина 60мл жана 10мл шприц плунжерлеринин учтары тийиштүү түрдө Body 9 жана Body 21ге орнотулушу мүмкүн. Тийиштүү фитинг табылган жок, андыктан чийки 6мм жез түтүктөн жана ширетүүдөн жасалган. Экструдер Bioinkти 10 мл шприцтин астынкы камерасынан түртүп чыгаруучу гидравликалык система катары иштейт. Т системасын эң бийик жеринде кармап туруу менен түтүктөрдү катуу силкүү аркылуу системадан аба чыгарылышы мүмкүн.

8 -кадам: кадимки паста экструдери

Бул экструдерди жөн эле бириктирип койсо болот. Бул экструдердин кемчилиги анын көлөмдүү жана жогорку реакцияга ээ болушу.

9 -кадам: 9 -кадам: Arduino Firmware

Arduino степпер драйверлерин жана башка электрониканы иштетүү үчүн программалык камсыздоого муктаж. Биз Марлинди бекер, Arduino IDE менен оңой оңдолгон жана жакшы колдоого алынгандыктан тандап алдык. Биз программалык камсыздоону өзүбүздүн атайын жабдууларыбыз үчүн өзгөрттүк, бирок башка принтерлер үчүн өзгөртүү өтө жөнөкөй, анткени бардык код комментарийленген жана так түшүндүрүлгөн. Marlin конфигурация файлдарын ачуу үчүн MonopriceV2BioprinterFirmware.ino файлын эки жолу чыкылдатыңыз.

10 -кадам: Cura профили

Cura профилин Ultimaker Cura 4.0.0ге импорттоого болот жана профузиялык реактордо колдонуу үчүн жогорку беттик торлорду жасоо үчүн колдонулушу мүмкүн. Принтер үчүн Gcode мууну дагы эле эксперименталдуу жана көп чыдамдуулукту талап кылат. Ошондой эле тегерек профузия реактору үчүн сыноо gcode тиркелет.

11-кадам: Start G-кодун өзгөртүү

Бул кодду G-кодун баштоо үчүн чаптаңыз:

G1 Z15

G28

G1 Z20 F3000

G92 Z33.7

G90

M82

G92 E0

Жылы Repetier, баштоо Gcode өзгөртүү үчүн slicer-> Тарам-> G-коддору-> G-коддорун баштоого өтүңүз. Ар бир конкреттүү учур үчүн G92 Z маанисин өзгөртүү керек. Акырындык менен ийне басып чыгаруунун башында Петри табагынын бетинен каалаган аралыкка чейин көбөйөт.

12 -кадам: Bioink түзүү

Колдонууга ылайыктуу Bioinkти иштеп чыгуу процесси татаал. Бул биз ээрчиген процесс:

Жыйынтык

Гидрогель кыркууга сезгич өсүмдүк клеткалары үчүн ылайыктуу жана диффузияга жол берүү үчүн ачык макропоралары бар. Гидрогель агарозаны, альгинатты, метилцеллюлозаны жана сахарозаны деионсуз сууда эритип, клеткаларды кошуу жолу менен жасалат. Гель 0.1М кальций хлориди менен айыкканга чейин илешкек болот, бул аны бышык кылат. Кальций хлоридин айыктыруучу эриген аны бышык кылуу үчүн альгинат менен байланыштырат. Альгинат - гелдин негизи, метилцеллюлоза гелди гомогенизирлейт жана агароза бөлмө температурасында гел болгондуктан көбүрөөк структураны камсыз кылат. Сахароза клеткалардын гидрогелде өсүүсүн улантуу үчүн азык -түлүк менен камсыз кылат.

Гелди текшерүү үчүн кээ бир эксперименттерге кыскача сереп

Биз ар кандай өлчөмдөгү агароздор менен ар кандай гидрогелдерди сынап көрүп, анын консистенциясын, басып чыгаруунун оңойлугун жана чөгүп кеткенин же айыктыруучу эритмеге калкып чыкканын жаздык. Альгинаттын пайызын азайтуу гелди өтө суюк кылып, басып чыгаргандан кийин формасын сактай алган жок. Альгинаттын пайызын жогорулатуу айыктыруучу эритмени ушунчалык тез иштетет, ошондуктан гель үстүңкү катмарга жабышуудан мурун айыгат. Формасын кармаган жана тез айыкпаган гидрогель салмагы 2,8% альгинаттын жардамы менен иштелип чыккан.

Гидрогелди кантип иштеп чыгуу керек

Материалдар

Агароза (салмагы 0,9 %)

Алгинат (салмагы 2,8 %)

Метилцеллюлоза (салмагы 3,0%)

Сахароза (салмагы 3,0%)

Кальций хлориди.1M (147.001 г/моль)

ddH20

клетка агрегаттары

2 Жуулган жана кургатылган стакандар

1 аралаштыруучу шпатель

Алюминий фольга

Пластикалык таразага түшүрүүчү кагаз

Цилиндрди бүтүргөн

Процедура

Гидрогелди жасоо:

1. Канча гель эритмесин даярдагыңыз келгендигине жараша ddH20нын белгилүү бир өлчөмүн өлчөңүз. DdH20 белгилүү бир көлөмүн алуу үчүн бүтүрүлгөн цилиндрди колдонуңуз.
2. Гидрогел эритмеси курамына Alginate (2,8 wt %)), Agarose (0,9 wt %), сахароза (3 wt %) жана methylcellulose (3 wt %) кирет. Гидрогел эритмесинин компоненттеринин туура бөлүктөрү пластикалык таразалоочу кагаздын жардамы менен өлчөнөт.
3. Бардык компоненттерди таразалап бүткөндөн кийин, кургак стакандардын бирине ddh20, сахароза, агароза жана акырында натрий алгинатын кошуңуз. Аралашуу үчүн айландырыңыз, бирок аралаштыруу үчүн күрүч колдонбоңуз, анткени порошок шпателге жабышып калат.
4. Аралашкандан кийин, стакандын үстүн алюминий фольга менен туура ороп, стаканга этикетка коюңуз. Фольганын үстүнө автоклав скотчунун бир бөлүгүн кошуңуз.
5. Калган метилцеллюлозаны башка кургак стаканга салып, мурунку стакан сыяктуу алюминий фольгага ороп коюңуз. Бул стаканды белгилеп, фольганын үстүнө автоклав скотчунун бир бөлүгүн кошуңуз.
6. 1 шпателди алюминий фольгага ороп, анын эч бири ачык болбогонун текшериңиз. Оролгон шпателге автоклав лентасын кошуңуз.
7. Стерилдөө циклинде 2 стакан менен 1 шпателди 121 С температурада 20 мүнөт автоклавтаңыз. АВТОКЛАВДЫ СТЕРИЛДЕ ЖАНА КУРГАН ЦИКЛДЕ КОЛДОНБОҢУЗ.
8. Автоклав айлампасы бүткөндөн кийин, гелди бөлмө температурасына чейин муздатып, ага жеткенден кийин биологиялык коопсуздук кабинетинде иштей баштаңыз.
9. Колуңузду жана колуңузду жууп, биологиялык коопсуздук кабинетинде иштегенден кийин туура асептикалык техниканы колдонууну тактаңыз. Ошондой эле, гелге тийе турган же гелге жакын турган нерселер менен түз байланышта болбогула (мис: шпателдин аралаштыруучу учу же гелдин үстүндө жайгашкан алюминий фольгаларынын аймагы).
10. Биологиялык коопсуздук шкафында биртектүү жайылуу үчүн метилцеллюлозаны гелге аралаштырыңыз. Аралаштырып бүткөндөн кийин, аралаштырылган гель эритмесин кайра ороп муздаткычка түнөп коюңуз.
11. Бул жерден гель клеткаларды киргизүү же басып чыгаруу сыяктуу башка максаттар үчүн колдонулушу мүмкүн.

Уячаларды кошуу:

1. Уячаларды бирдей өлчөмдө чыпкалаңыз. Биздин чыпкалоо процедурабыз

   Петри табагынан клеткаларды бир аз кырып алыңыз жана клеткаларды чыпкалоо үчүн 380 микрометр электен өткөрүңүз.

2. Гидрогел эритмесиндеги чыпкаланган клеткаларды акырын аралаштырыңыз (аралашманы жоготпоо үчүн).
3. Клеткаларды аралаштыргандан кийин көбүкчөлөрдү центрифугалашат
4. Бул жерден гидрогел бүтүп калды, аны басып чыгаруу, айыктыруу жана келечектеги эксперименттер үчүн колдонсо болот.

Эритүүчү эритмени кантип иштеп чыгуу керек (0.1М кальций хлориди, CaCl2)

Материалдар

Кальций хлориди

ddH20

Сахароза (салмагы 3 %)

Процедура (1л айыктыруучу эритмени жасоо үчүн)

1. 147.01g кальций хлориди, 30 мл сахароза жана 1L ddH20 өлчөө.
2. Кальций хлориди, сахароза жана ddH20 чоң стаканга же идишке аралаштырыңыз.
3. Гелди айыктыруу үчүн жок дегенде 10 мүнөт эритүүчү эритмеге батырыңыз.

13 -кадам: Басып чыгаруу

Теориялык жактан алганда, биопринтинг өтө жөнөкөй; бирок, иш жүзүндө, ийгиликсиздикке алып келүүчү көптөгөн факторлор бар. Бул гель менен биз колдонуунун ийгилигин жогорулатуу үчүн бир нече нерселерди жасоого болорун таптык:

1. Басып чыгаруу учурунда гелди жарым -жартылай айыктыруу үчүн аз өлчөмдө CaCl2 эритмесин колдонуңуз,
2. Адгезияны жогорулатуу үчүн Петри табагынын түбүндөгү кагаз сүлгүнү колдонуңуз
3. Кагаз сүлгүнү колдонуп, бир аз өлчөмдө CaCl2 басып чыгарыңыз
4. Туура агым ылдамдыгын табуу үчүн Repetierдеги ылдамдык жүгүрткүчүн колдонуңуз

Ар кандай колдонмолор жана ар кандай гелдер үчүн ар кандай техникаларды колдонуу керек болушу мүмкүн. Биздин жол -жобо бир нече ай бою түзүлгөн. Сабыр - ачкыч.

Бул долбоорду ишке ашырууга аракет кылсаңыз жана кандайдыр бир суроолорду берсеңиз ийгилик.

Ардуино сынагынын биринчи сыйлыгы 2019