浙江大学研究人员评估Bioink可印刷性的趋势
2019-03-26


研究人员表示,即使生物印迹在科学研究和医学界越来越受欢迎,新生物材料的扩张 - 特别是它们作为原材料的开发 - 在很大程度上被忽视了。



这些努力需要进一步推动生物打印,科学家们强调了佛罗里达大学的Huang研究小组之前的工作(Appl.Phys.Rev.2018,5,041304),因为它提供了对生物链及其可印刷性问题的详细了解。


今天生物打印显示其在除了实验室组织生长之外的应用中有用,包括在再生医学,药物筛选和生理建模方面的成功。


原材料包括:

● 活细胞

● 细胞外基质材料

● 细胞培养基

● 其他添加剂


研究人员再次强调,必须更多地关注可印刷性问题,重点关注基于液滴的生物打印和基于长丝的生物打印。


对于Newtonian bioinks,成功的液滴形成通常包括液体喷射和拉伸,断裂/夹断,尾部收缩和分裂,以及初级和卫星液滴的重组。对于非牛顿生物材料,已经基于第一夹断位置识别出四种破碎类型,即前夹紧,混合夹紧,出口夹紧和中间夹紧。


此外,与含有硬珠(聚苯乙烯)的悬浮液相比,载有细胞的bioink具有更小的喷射流体体积,更低的液滴速度和更长的破碎时间。

图1 - 牛顿甘油溶液的DOD喷墨印刷过程中成功的液滴形成过程的代表性图像


图2A。在藻酸盐溶液的DOD印刷过程中有四种夹断类型:a。前捏,b。混合捏合,c。退出捏,和d。中间捏[5]。经Ref。


研究人员创建了图表(见图3和图4),以更好地说明bioink的可印刷性过程:


☉ “Z数(Ohnesorge数的倒数)和毛细管数(Ca)与Weber数(We)一起用于通过牛顿生物链的相图捕获印刷条件的影响(图3)。

☉ Weissenberg(Wi)和Deborah(De)数用于评估相图中非牛顿生物材料的可印刷性(图4)。


图3 - DOD喷墨打印颗粒填充墨水时的示例相图[6]。实曲线表示相等的最大液滴扩散的轮廓。虚线表示喷墨打印机典型的流体属性的边界,右上角的粗线表示飞溅的开始。经Ref。


图4 - 通过数值模拟获得的相图显示了粘弹性参数空间的不同区域中的射流破裂行为,aL = 10,bL = 20,cL = 50.其中,c和L表示非浓度和分子的可扩展性牛顿油墨分别为[7]。经Ref。


该团队还审查了基于挤出生物打印的bioink可印刷性,包括自支撑机制:


在自支撑快速凝固印刷过程中,操作条件通常决定了卷材尺寸和印刷分辨率,包括喷嘴直径,分配压力,通道高度,路径宽度和打印速度。


该团队评估了七种不同类型的长丝用于挤出印刷,并说明了无量纲比和储能模量比的可印刷性 - 以及显示屈服面积尺寸的Oldroyd数。


图5A支持浴槽打印期间不同类型的翼片。b支持洗浴打印期间的相图[8]。经Ref。


总体而言,研究人员提供了有关bioink研究进展的完整图景。他们也指出,因为数字光处理(DLP)也被认为是“间接生物打印”的合适方法,所以它将来是一个“有希望”的话题。


对3D打印材料的研究可能会让您更加精彩,主要是因为有很多不同类型的创新。虽然可以获得各种聚合物,金属和替代材料,但生物印迹的研究与生物打印科学一起不断发展,从而在医学领域取得了令人难以置信的进步。


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