Dysze akustyczne poprawiają wydajność wydrukowanych części 3D

Prawidłowe ukierunkowanie i wyrównanie włókien w matrycy polimerowej może pomóc w przeniesieniu obciążeń z obszarów krytycznych dla lepszej wydajności, a tworzenie trójwymiarowych rusztowań z kontrolowaną hierarchiczną strukturą na poziomach nano i mikro może zwiększyć ich wytrzymałość mechaniczną, która jest dobre do regeneracji komórek i tkanek oraz naprawy uszkodzonych kości. Ponadto użycie powierzchniowych fal akustycznych w celu skupienia mikrocząstek wewnątrz mikrokanalików może opóźnić gromadzenie się na ścianie, co może poprawić drukowanie 3D na bazie ekstruzji. ​​

Naukowcy z NTU opublikowali niedawno artykuł na temat prac nad drukowaniem 3D z akustyką , zatytułowany "Wyrównanie i akumulacja komórek za pomocą dyszy akustycznej do drukowania 3D."

Streszczenie brzmi: "Rozmieszczenie lub wzorowanie mikrocząstek / komórek poprawiłoby wydajność, wydajność i funkcję drukowanego konstruktu. Można to wykorzystać w różnych zastosowaniach, takich jak matryca polimerowa wzmocniona włóknami, rusztowanie hydrożelowe i próbki biologiczne z nadrukiem 3D. Manipulacja magnetyczna i dielektroforeza mają pewne wady, takie jak czasochłonność i ważne tylko dla próbek o określonych właściwościach fizycznych. W tym miejscu proponuje się manipulację akustyczną mikrocząstek w cylindrycznej dyszy szklanej w celu wytworzenia wibracji strukturalnych o określonej częstotliwości rezonansowej. Przy wzbudzeniu akustycznym mikrocząstki gromadzono w środku dyszy, a następnie nadrukowywano konstrukcje przy częstotliwości podstawowej 871 kHz. Rozkład mikrocząstek dobrze pasuje do rozkładu Gaussa. Ponadto, komórki C2C12 były również wzorowane na falach akustycznych wewnątrz cylindrycznej szklanej rurki oraz w nadrukowanym konstrukcie hydrożelowym. Podsumowując, proponowane podejście akustyczne jest w stanie gromadzić mikrocząstki i komórki biologiczne w zadrukowanym konstrukcie przy niskim koszcie, łatwej konfiguracji, niskiej mocy i wysokiej biokompatybilności. "

Zespół przeprowadził numeryczne i eksperymentalne badanie struktury wibracja cylindrycznej rurki, a także wzorcowanie mikrocząstek i komórek wewnątrz niej

"Po pierwsze częstotliwość rezonansowa została przewidywana liczbowo i zweryfikowana za pomocą eksperymentu" - napisali naukowcy. Następnie zbadano rozmieszczenie mikrocząstek i komórek biologicznych wewnątrz cylindrycznej rurki i zadrukowanego konstruktu. W końcu, wzrost komórek biologicznych poddanych wzbudzeniu akustycznemu był monitorowany przez okres do 7 dni. "

Podczas akustykipobudzenie, mieszaninę C2C12 komórek osadzonych w 2 ml 5% GelMA wydrukowano na 4-calowej płytce Petriego, z dyszą prostopadłą do podłoża do drukowania. Naukowcy odkryli, że podczas wzbudzania większość mikrocząstek, które początkowo zawieszono w płynie, gromadziła się w centrum szklanej rurki. Wydawało się, że istnieje dobra ogólna zgodność między wynikami eksperymentalnymi a symulacją numeryczną częstotliwości wzbudzenia, wraz z lokalizacją węzłów ciśnieniowych w szklanej rurce.

Naukowcy ocenili dalej wydajność akustyczną dysz za pomocą mięśni C2C12 komórki i ustalił, że bez wzbudzenia podczas drukowania rozkład komórek w probówce był bardzo losowy.

"Wyniki symulacji i eksperymentu są zgodne z niewielką różnicą częstotliwości rezonansowej (<2% ). W eksperymencie mikrocząstki gromadzono w środku dyszy iw konsekwencji nadrukowano konstrukt. Rozkład mikrocząstek dobrze pasuje do krzywej Gaussa ze standardowym odchyleniem (V = 0,16 mm). Co więcej, pobudzenie akustyczne można również wykorzystać do modelowania komórek biologicznych w 3D drukowanym konstrukcie GelMA "- podsumowali naukowcy. "Następnie rozmieszczenie komórek było dość gęste w środku drukowanej struktury, a nagromadzone komórki C2C12 miały większy wzrost i różnicowanie w porównaniu z zawieszonymi w grupie kontrolnej."