Penn State Researchers używa technologii druku 3D w celu poprawy wytrzymałości i przyczepności komórek PDMS

Podczas gdy materiał jest najczęściej używany w geometrycznie prostych, elastycznych formach do pieczenia i odpornych na ciepło szpachlach silikonowych, które można łatwo formować, może również pomóc w tworzeniu maszyn biologicznych, dwu- i trójwymiarowych platform do hodowli komórek, narządów - urządzenia z chipem i urządzenia laboratoryjne na chipie, które wymagają mniejszych, bardziej złożonych geometrii.

Każdy materiał, który jest używany jako drukarka 3D "atrament", musi być w stanie przejść przez drukowanie dyszy i zachować jej kształt po jej odłożeniu na podłożu do drukowania - integralność projektu nie ma miejsca, jeśli materiał spłaszcza się, przesącza lub rozprzestrzenia. Naukowcy odkryli jednak, że łącząc dwie różne formy polimerowe - elastomery PDMS - Sylgard 184 i SE 1700 - mogli drukować 3D części silikonowe o złożonej geometrii, które miały polepszoną przyczepność biologiczną i właściwości mechaniczne bez uciekania się do formowania, odlewania i powlekania wirowego do tworzyć tylko proste formularze.

Zespół przedstawił wyniki swojego eksperymentu w artykule zatytułowanym "Drukowanie 3D PDMS poprawia jego właściwości mechaniczne i właściwości adhezji komórkowej" w książce ACS Biomaterials Science & Engineering; wspierany przez Turecką Radę ds. Badań Naukowych i Technologicznych oraz tureckie Ministerstwo Edukacji Narodowej, współautorami tego artykułu są: stypendysta Veli Ozbolat, doktoranci Madhuri Dey i Bugra Ayan, studentka studiów licencjackich / magisterskich Adomas Povilianskas, profesor nauk technicznych i mechanika Melik C. Demirel i Ibrahim Ozbolat.

Streszczenie brzmi: "Niniejsze badanie przedstawia szczegółowe badanie nad drukowalnością elastomerów PDMS w trzech stężeniach dla badań adhezji mechanicznej i komórkowej. Wyniki pokazują, że drukowanie 3D PDMS poprawiło właściwości mechaniczne wyprodukowanych próbek nawet trzykrotnie w porównaniu z materiałami odlewanymi ze względu na zmniejszoną porowatość pułapek pęcherzyków. Co najważniejsze, drukowanie 3D ułatwia przyczepność komórek raka piersi, podczas gdy próbki odlewów nie umożliwiają adhezji komórkowej bez użycia dodatkowych powłok, takich jak białka macierzy pozakomórkowej. "

Sylgard 184 nie jest wystarczająco lepkim materiałem dla Drukowanie 3D, jako materiału kałuż po jego wytłoczeniu z dyszy. Ale po zmieszaniu we właściwym stosunku z SE 1700, działa

Ozbolat powiedział: "Zoptymalizowaliśmy miksturę pod względem drukowności, aby kontrolować wytłaczanie i wierność oryginalnemu wzorowi, który jest drukowany."

Gdy pod ciśnieniem, większość materiałów staje się większalepkie, ale inne mają całkowitą przeciwną odpowiedź i stają się mniej lepkie. Płyn, który jest wystarczająco gęsty, aby usadowić się w dyszy drukarki 3D, ale staje się mniej lepki, gdy zostanie poddany ciśnieniu wypychania w postaci atramentu, jest doskonały do ​​drukowania 3D - po wyjściu z dyszy odzyskuje lepkość i drobne nici umieszczone na obiekcie zachowują swój kształt.

Gdy materiał PDMS jest formowany, ma gładką powierzchnię, a materiał jest również hydrofobowy (nie lubi wody). Kiedy te właściwości łączą się, formowana powierzchnia materiału nie oferuje komórek tkankowych doskonałym miejscem do przylegania. Przyczepność komórek można zwiększyć za pomocą powłok, a trójwymiarowe powierzchnie drukowane złożone z tysięcy maleńkich nici PDMS mają wiele drobnych szczelin, które są również idealne do przylegania komórek.

Zespół pracował z National Institutes of Health (NIH) Wymiana wydruków 3D, aby uzyskać wzorce dla funkcji biologicznych, takich jak naczynia krwionośne, uszy, głowy kości udowej, ręce i nosy, w celu przetestowania wierności drukowania 3D za pomocą PDMS i wydrukowania nosa - jednego z narządów ludzkich, który obejmuje złożone geometrie i puste wgłębienia bez konieczności stosowania materiałów podporowych.

Gdy materiał przechodzi przez igłę o mikrometrycznym rozmiarze, proces usuwa większość pęcherzyków zablokowanych w materiale. Odkąd PDMS został wymuszony przez dyszę drukującą 3D, w finalnym materiale było znacznie mniej pęcherzyków niż w przypadku procesów odlewania lub formowania. Ponadto, ponieważ materiały PDMS są drukowane w 3D, można je połączyć z innymi materiałami w celu wytworzenia wielomateriałowych, jednoczęściowych urządzeń. Funkcjonalizowane urządzenia byłyby również możliwe, gdyby PDMS zawierał materiały przewodzące.