Бағасы төмен биопринтер: 13 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Біз UC Davis-те бакалавриат жетекшілік ететін зерттеу тобымыз. Біз TEAM молекулярлық прототиптеу және биоинновациялар зертханасында жұмыс істейтін BioInnovation тобының бір мүшесіміз (кеңесшілер доктор Марк Фациотти мен Эндрю Яо, М. С.). Зертхана әр түрлі деңгейдегі студенттерді осы жобада жұмыс істеу үшін біріктіреді (мех/химиялық/биомедиялық инженерия).

Бұл жобаның қысқаша мәліметі-біз ғылыми институттарға биопрингті қолжетімді ету үшін арзан биопринтер жасау мақсатында ChemE бөлімінің докторы Карен Макдональдпен бірлесіп трансгенді күріш жасушаларын басып шығара бастадық. Қазіргі уақытта төмен биопринтерлер шамамен 10 000 доллар тұрады, ал жоғары биопринтерлер шамамен 170 000 доллар тұрады. Ал біздің принтерді шамамен 375 долларға құрастыруға болады.

Жабдықтар

Бөлшектер:

1. Пандус 1.4:
2. Arduino мега 2560:
3. Қадамдық мотор драйверлері:
4. Қосымша мотор (міндетті емес)
5. Жасаушы сәулесі 2 дюйм 1 дюйм
6. Сәуле қондырғысының аппараттық құралы
7. Әр түрлі өлшемдегі M3 бұрандалар
8. М3 жаңғақтар x2
9. 8 мм бұрандалы өзек
10. 8 мм жаңғақ
11. 608 мойынтірек
12. Байланыстырғыш қысқыш
13. Жіп
14. Monoprice V2
15. Зип -галстук
16. М3 жылу орнататын жаңғақтар ені 2 мм

Құралдар:

1. Әр түрлі өлшемдегі бұрғылар
2. Қол жаттығуы
3. Бұрғылау баспасы
4. Hacksaw
5. Дәнекерлеуші + дәнекер
6. Сымды тазартқыш
7. Мұрын инелері
8. Әр түрлі өлшемдегі он алтылық кілттер

Зертханалық жабдықтар:

1. Петри табақтары ~ 70 мм
2. Luer-lock ұшымен 60 мл шприц
3. Luer-lock ұшымен 10 мл шприц
4. Luer-lock фитингтері
5. Арматураға арналған құбырлар
6. T құбырларға арналған қосқыш
7. Центрифуга
8. Центрифуга түтіктері 60 мл
9. Масштаб
10. Қайықтарды өлшеңіз
11. Автоклав
12. Шыныаяқтар
13. Дәрежелі цилиндр
14. 0,1М CaCl2 ерітіндісі
15. Агароза
16. Алгинат
17. Метилцеллюлоза
18. Сахароза

Бағдарламалық қамтамасыз ету:

1. Fusion 360 немесе Solidworks
2. Arduino IDE
3. Қайталаушы хост
4. Ultimaker Cura 4

1 -қадам: 3D принтерін таңдау

Біз 3D принтер ретінде Monoprice MP Select Mini 3D Printer V2 таңдадық. Бұл принтер төмен баға мен қол жетімділіктің арқасында таңдалды. Сонымен қатар, принтердің 3D дәл үлгісі қол жетімді болды, бұл дизайнды жеңілдетті. Бұл нұсқаулық арнайы принтерге арналған, бірақ ұқсас процесті басқа жалпы FDM принтерлері мен CNC машиналарын түрлендіру үшін қолдануға болады.

Жоғары дәлдік моделі:

2 -қадам: 3D басып шығару

Monoprice принтерін бөлшектемес бұрын 3D принтерін өзгерту үшін бірнеше бөлікті 3D басып шығару қажет. Паста экструдерлерінің нұсқалары бар, олардың біреуі эпоксидті қажет етеді, біреуі қажет емес. Эпоксидті қажет ететін зат жинақы, бірақ жинау қиын.

3 -қадам: Принтерді өзгертуге дайындау

Алдыңғы мұнара тақтасын, төменгі қақпақты және басқару тақтасын алып тастау керек. Астыңғы жағы алынып тасталғаннан кейін, барлық электрониканы басқару тақтасынан ажыратып, басқару тақтасын алыңыз.

4 -қадам: Ауыстырылатын тау

Корпус 1 және Корпус 14 әрқайсысына екі қыздырғыш гайка қажет. Корпус 1 принтер жақтауына белдіктің астына жасырылған М3 екі болтпен бекітілген. Болттарды белдікті тартқышты алып тастау және белдікті бір жаққа тарту арқылы ашуға болады.

5 -қадам: Z осіне ауысу

Z осінің қосқышы кез келген ұзындықтағы инені бағдарламалық қамтамасыз етуде компенсациясыз пайдалану кезінде реттеледі. Коммутатор 2 М3 бұрандасы бар принтер корпусына тікелей баспа басының астына мүмкіндігінше баспа төсегіне жақын орнатылуы керек.

6 -қадам: Сымдарды жалғау

Сымдар Ramps 1.4 стандарттарына сәйкес орындалады. Желілік схеманы орындаңыз. Терминал блоктары үшін қажет болған жағдайда сымдарды кесіп, қалайы салыңыз. Кейбір сымдарды ұзарту қажет болуы мүмкін.

7 -қадам: Эпоксидті экструдер

Бұл экструдерді басып шығаруға аз уақыт кетсе де, ол эпоксидті қолданады, бұл жалпы құрылыс уақытын 24 сағаттан арттырады. 8 мм бұрандалы штанганың 608 подшипнигіне эпоксидтендірілуі керек, ал мойынтіректің корпусының 3D басылған бөлігіне эпоксидтендірілуі керек. 21. Сонымен қатар, бұрандалы штанганың гайкасын 40 корпусына эпоксидті түрде жағу керек. Эпоксидті толық емдегеннен кейін резеңке 60 мл және 10 мл шприц поршендерінің ұштары сәйкесінше 9 -шы корпуста және 21 -ші корпуста орнатылуы мүмкін. Тиісті фитинг табылмады, сондықтан шикі 6 мм жезден жасалған құбыр мен дәнекерден жасалған. Экструдер 10 мл шприцтің төменгі камерасынан Bioink шығаратын гидравликалық жүйе ретінде әрекет етеді. Т -фитингті ең жоғары нүктеде ұстап тұрып, түтіктерді қатты шайқау арқылы жүйеден ауаны шығаруға болады.

8 -қадам: Тұрақты паста экструдері

Бұл экструдерді бір -біріне бекітуге болады. Бұл экструдердің кемшілігі оның көлемділігінде және жоғары кері әсеріне ие.

9 -қадам: 9 -қадам: Arduino микробағдарламасы

Ардуиноға драйверлер мен басқа электрониканы іске қосу үшін микробағдарлама қажет. Біз Marlin -ді таңдадық, себебі ол ақысыз, Arduino IDE көмегімен оңай өзгертіледі және жақсы қолдау көрсетеді. Біз арнайы бағдарламалық жасақтаманың микробағдарламасын өзгерттік, бірақ басқа принтерлер үшін өзгерту өте қарапайым, себебі барлық код түсіндірілген және нақты түсіндірілген. Marlin конфигурация файлдарын ашу үшін MonopriceV2BioprinterFirmware.ino файлын екі рет нұқыңыз.

10 -қадам: Cura профилі

Cura профилін Ultimaker Cura 4.0.0 -ге импорттауға болады және профузиялық реакторда қолдану үшін беті жоғары торларды жасау үшін қолданылады. Принтерге арналған Gcode генерациясы әлі де жоғары эксперименталды және көп шыдамдылықты қажет етеді. Сонымен қатар дөңгелек профузиялық реакторға арналған сынақ gcode қоса берілген.

11-қадам: Start G-кодын өзгерту

Бұл кодты G-кодының бастапқы параметріне қойыңыз:

G1 Z15

G28

G1 Z20 F3000

G92 Z33.7

G90

M82

G92 E0

Repetier-де start Gcode-ді өзгерту үшін slicer-> Configuration-> G-code-> start G-codes -ке өтіңіз. Әр нақты жағдай үшін G92 Z мәнін өзгерту қажет. Басып шығарудың басында ине Петри табақшасынан қажетті қашықтыққа дейін мәнді жайлап арттырыңыз.

12 -қадам: Биоинк жасау

Қолдануға жарамды Bioink әзірлеу процесі күрделі. Бұл біз ұстанған процесс:

Қорытынды

Гидрогель ығуға сезімтал өсімдік жасушалары үшін жарамды және диффузияға мүмкіндік беретін ашық макропоралары бар. Гидрогель агарозаны, альгинатты, метилцеллюлозаны және сахарозаны ионсыздандырылған суда ерітіп, жасушаларды қосу арқылы жасалады. Гель 0,1 миллион кальций хлоридімен емделгенше тұтқыр болады, бұл оны берік етеді. Кальций хлоридінің ерітіндісі оны берік ету үшін альгинатпен байланыстырады. Альгинат - гельдің негізі, метилцеллюлоза гельді гомогенизирлейді, ал агароза бөлме температурасында гельденгендіктен көбірек құрылым береді. Сахароза жасушалардың гидрогельде өсуін жалғастыруы үшін тамақ береді.

Гельді тексеруге арналған кейбір эксперименттерге қысқаша шолу

Біз әр түрлі мөлшердегі агарозды гидрогельдерді сынап көрдік және оның консистенциясын, қаншалықты оңай басып шығарылғанын және оның емдік ерітіндіге батып кеткенін немесе қалқып тұрғанын жаздық. Альгинат пайызының төмендеуі гельді өте сұйық етті және ол басылғаннан кейін пішінін сақтай алмады. Альгинат пайызының жоғарылауы ерітіндінің тез жұмыс істеуіне мүмкіндік берді, сондықтан гель жоғарғы қабатқа жабыспас бұрын емделеді. Өз пішінін сақтайтын және тез емделмейтін гидрогель массасы 2,8% альгинат көмегімен жасалды.

Гидрогельді қалай дамытуға болады

Материалдар

Агароза (массасы 0,9 %)

Алгинат (массасы 2,8 %)

Метилцеллюлоза (массасы 3,0%)

Сахароза (массасы 3,0%)

Кальций хлориді.1М (147.001 г/моль)

ddH20

жасушалық агрегаттар

2 Жуылған және кептірілген стакандар

1 араластырғыш шпатель

Алюминий фольга

Пластикалық салмақ қағазы

Цилиндрді бітірген

Процедура

Гидрогель жасау:

1. Сіз қанша гель ерітіндісін дайындағыңыз келетініне байланысты ddH20 белгілі бір мөлшерін өлшеңіз. DdH20 белгілі бір көлемін алу үшін цилиндрді қолданыңыз.
2. Гидрогель ерітіндісі құрамында альгинат (массасы %2,8)), агарозасы (0,9 %массасы), сахароза (3 %массасы) және метилцеллюлоза (3 %массасы) болады. Гидрогель ерітіндісінің компоненттерінің дұрыс бөліктері пластикалық таразының көмегімен өлшенеді.
3. Барлық компоненттерді өлшеп болған соң, құрғақ стакандардың біріне ddh20, сахароза, агароза және ең соңында натрий альгинатын қосыңыз. Араластыру үшін айналдырыңыз, бірақ араластыру үшін шпательді пайдаланбаңыз, себебі ұнтақ шпателге жабысып қалады.
4. Араластырғаннан кейін стаканның жоғарғы жағын алюминий фольгамен дұрыс орап, стаканға белгі қойыңыз. Фольганың жоғарғы жағына автоклав таспасын қосыңыз.
5. Қалған метилцеллюлозаны басқа құрғақ стаканға салып, алдыңғы стакан сияқты алюминий фольгаға ораңыз. Бұл стаканды белгілеп, фольганың жоғарғы жағына автоклав таспасын қосыңыз.
6. 1 шпатлонды алюминий фольгаға орап, оның ешқайсысы ашық болмайтындығына көз жеткізіңіз. Оралған шпательге автоклав таспасын қосыңыз.
7. Стерилизация циклі кезінде 2 стакан мен 1 шпательді 121 С температурада 20 минут автоклавтаңыз. АВТОКЛАВТЫ СТЕРИЛЛІ ЖӘНЕ ҚҰРҒАЛЫҚ ЦИКЛДЕ ҚОЛДАНБАҢЫЗ.
8. Автоклавтық цикл аяқталғаннан кейін, гельді бөлме температурасына дейін суытыңыз және оған жеткен соң биологиялық қауіпсіздік кабинетінде жұмыс істей бастаңыз.
9. Қол мен қолды жуып, биологиялық қауіпсіздік шкафында жұмыс жасағанда асептикалық техниканы қолданыңыз. Сондай -ақ, гельге тиетін немесе гельге жақын болатын заттармен тікелей жанаспайтындығына көз жеткізіңіз (мысалы: шпательдің араласатын ұшы немесе гельдің үстінде орналасқан алюминий фольгаларының аймағы).
10. Биологиялық қауіпсіздік шкафында біркелкі таралу үшін метилцеллюлозаны гельге араластырыңыз. Араластыруды аяқтағаннан кейін, үстіңгі жағындағы гель ерітіндісін қайта орап, түнде тоңазытқышқа салыңыз.
11. Осы жерден гельді жасушаларды енгізу үшін немесе басып шығару сияқты басқа мақсаттарда қолдануға болады.

Ұяшықтарды қосу:

1. Ұяшықтарды бірдей мөлшерде сүзіңіз. Біздің сүзу процедурамыз

   Петри табақшасынан жасушаларды аздап қырыңыз және жасушаларды сүзу үшін 380 мкм електі қолданыңыз.

2. Қоспаны жоғалтпау үшін гидрогель ерітіндісіндегі сүзілген жасушаларды ақырын араластырыңыз (автоклавталған).
3. Жасушаларды араластырғаннан кейін көпіршікті центрифугалайды
4. Бұл жерден гидрогель аяқталды және оны басып шығаруға, емдеуге және болашақ тәжірибелерге қолдануға болады.

Қаттылық ерітіндісін қалай дайындау керек (0,1М кальций хлориді, CaCl2)

Материалдар

Кальций хлориді

ddH20

Сахароза (3 %массасы)

Процедура (1 л емдеуге арналған ерітінді дайындау)

1. 147.01 г кальций хлориді, 30 мл сахароза және 1 л ddH20 өлшеңіз.
2. Үлкен стаканға немесе контейнерге кальций хлориді, сахароза мен ddH20 араластырыңыз.
3. Гельді емдеуге арналған ерітіндіге кем дегенде 10 минут батырыңыз.

13 -қадам: басып шығарыңыз

Теориялық тұрғыда биопринтинг өте қарапайым; алайда, іс жүзінде сәтсіздікке әкелетін көптеген факторлар бар. Бұл гельдің көмегімен біз қолданудың сәттілігін жоғарылату үшін бірнеше нәрсені жасауға болатынын анықтадық:

1. Басып шығару кезінде гельді ішінара емдеу үшін аз мөлшерде CaCl2 ерітіндісін қолданыңыз,
2. Адгезияны жоғарылату үшін Петри табағының төменгі жағындағы қағаз сүлгіні қолданыңыз
3. Барлық қағазға CaCl2 аз мөлшерін біркелкі тарату үшін қағаз сүлгімен пайдаланыңыз
4. Дұрыс ағынды табу үшін Repetier бағдарламасындағы ағынның жүгірткісін пайдаланыңыз

Әр түрлі қосымшалар мен әр түрлі гельдер үшін әр түрлі техниканы қолдану қажет болуы мүмкін. Біздің процедурамыз бірнеше ай бойы жасалды. Шыдамдылық маңызды.

Егер сіз осы жобаны іске асыруға тырыссаңыз және кез -келген сұрақ қоюға сәттілік тілесеңіз.

2019 жылғы Arduino байқауының бірінші жүлдесі