Bioprinter ya Gharama ya chini: Hatua 13 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:51

Sisi ni timu ya utafiti inayoongozwa na undergrad huko UC Davis. Sisi ni sehemu ya Kikundi cha BioInnovation, ambacho hufanya kazi katika TIMU ya Uhifadhi wa Masi na Maabara ya BioInnovation (Washauri Dkt Marc Facciotti, na Andrew Yao, M. S.). Maabara huleta pamoja wanafunzi wa asili anuwai kufanya kazi kwenye mradi huu (mech / kemikali / uhandisi wa biomed).

Asili kidogo juu ya mradi huu ni kwamba tulianza kuchapisha seli za mchele wa transgenic tukishirikiana na Dk Karen McDonald wa idara ya ChemE kwa lengo la kukuza bioprinter ya bei ya chini ili kufanya uchapishaji kupatikana zaidi kwa taasisi za utafiti. Hivi sasa, bioprinters ya kiwango cha chini hugharimu takriban $ 10, 000 wakati bioprinters ya kiwango cha juu hugharimu takriban $ 170, 000. Kinyume chake, printa yetu inaweza kujengwa kwa takriban $ 375.

Vifaa

Sehemu:

1. Rampu 1.4:
2. Arduino mega 2560:
3. Madereva wa Stepper:
4. Magari ya nyongeza ya ziada (hiari)
5. Muumba wa 2 katika X 1 ndani
6. Vifaa vya kiambatisho cha boriti ya mtengenezaji
7. Vipimo vya M3 ukubwa tofauti
8. Karanga M3 x2
9. Fimbo iliyofungwa ya 8 mm
10. Mbegu 8 mm
11. 608 kuzaa
12. Binder clip
13. Filament
14. Monoprice V2
15. Mahusiano ya Zip
16. M3 kuweka karanga 2mm upana

Zana:

1. Piga bits ya ukubwa anuwai
2. Drill ya mkono
3. Bonyeza vyombo vya habari
4. Hacksaw
5. Kuunganisha chuma + solder
6. Mtoaji wa waya
7. Koleo za pua za sindano
8. Hex funguo saizi anuwai

Vifaa vya maabara:

1. Sahani za Petri ~ 70mm kipenyo
2. Sindano ya 60 ml na ncha ya kufuli ya Luer
3. Sindano 10 ml na ncha ya Luer-lock
4. Vifungo vya kufuli
5. Tubing kwa fittings
6. T Kiunganishi cha neli
7. Centrifuge
8. Mirija ya Centrifuge 60ml
9. Kiwango
10. Pima boti
11. Autoclave
12. Viboreshaji
13. Silinda iliyohitimu
14. Suluhisho la 0.1M CaCl2
15. Agarose
16. Alginate
17. Methylcellulose
18. Sucrose

Programu:

1. Fusion 360 au Solidworks
2. Arduino IDE
3. Mjumbe wa Kujibu tena
4. Ultimaker Cura 4

Hatua ya 1: Kuchagua Printa ya 3D

Tulichagua Mbunge wa Monoprice Chagua Mini 3D Printer V2 kama printa ya 3D. Printa hii ilichaguliwa kwa sababu ya gharama nafuu na upatikanaji wa juu. Kwa kuongezea, mtindo sahihi wa 3D wa printa ulikuwa tayari unapatikana ambao ulifanya muundo uwe rahisi. Mafundisho haya yatabuniwa kwa printa hii maalum lakini mchakato kama huo unaweza kutumiwa kubadilisha printa zingine za kawaida za FDM na mashine za CNC.

Mfano wa usahihi wa juu:

Hatua ya 2: Uchapishaji wa 3D

Kabla ya kugawanywa kwa printa ya Monoprice, sehemu kadhaa zinahitaji kuchapishwa kwa 3D kwa muundo wa printa ya 3D. Kuna matoleo ya viboreshaji vya kuweka, moja ambayo inahitaji epoxy na ambayo haifai. Inayohitaji epoxy ni ngumu zaidi lakini ni ngumu zaidi kukusanyika.

Hatua ya 3: Andaa Printa kwa Mabadiliko

Jopo la mnara wa mbele, kifuniko cha chini na jopo la kudhibiti linapaswa kuondolewa. Mara baada ya chini kuondolewa, kata umeme wote kutoka kwa bodi ya kudhibiti na uondoe bodi ya kudhibiti.

Hatua ya 4: Mlima unaobadilishana

Mwili 1 na Mwili 14 kila moja inahitaji karanga mbili za kuweka joto. Mwili 1 umewekwa kwenye fremu ya printa na bolts mbili za M3 zilizofichwa chini ya ukanda. Bolts zinaweza kufunuliwa kwa kuondoa mvutano wa ukanda na kuvuta ukanda upande mmoja.

Hatua ya 5: Z Axis Switch

Kubadilisha Z-axis imewekwa tena ili sindano yoyote ya urefu inaweza kutumika wakati wa mlolongo wa homing bila kulipa fidia kwenye programu. Kubadili inapaswa kuwekwa na visu 2 M3 kwa chasisi ya printa moja kwa moja chini ya kichwa cha kuchapisha karibu na kitanda cha kuchapisha iwezekanavyo.

Hatua ya 6: Wiring

Wiring hufanyika kwa mujibu wa viwango vya Ramps 1.4. Fuata tu mchoro wa wiring. Kata na waya za bati kama inahitajika kwa vizuizi vya wastaafu. Baadhi ya waya zinaweza kuhitaji kupanuliwa.

Hatua ya 7: Epoxy Extruder

Wakati kiboreshaji hiki kinachukua muda kidogo kuchapisha, hutumia epoxy ambayo huongeza jumla ya wakati wa kujenga hadi zaidi ya masaa 24. Fimbo iliyofungwa kwa 8mm inapaswa kupakwa kwa kuzaa kwa 608 na kubeba inapaswa kushikamana na kipande kilichochapishwa cha 3D Mwili 21. Kwa kuongezea, nati kwa fimbo iliyofungwa inapaswa kupokelewa kwa Mwili 40. Mara tu epoxy ikiwa imepona kabisa, mpira vidokezo kutoka kwa sindano za sindano 60ml na 10 ml zinaweza kuwekwa juu ya Mwili 9 na Mwili 21, mtawaliwa. Kufaa kwa T hakuweza kupatikana kwa hivyo ghafi ilitengenezwa kutoka kwa neli na shaba ya 6mm. Extruder hufanya kama mfumo wa majimaji ambayo inasukuma Bioink kutoka kwenye chumba cha chini cha sindano ya 10 ml. Hewa inaweza kutolewa nje ya mfumo kwa kutikisa mirija kwa nguvu wakati umeshikilia T kufaa kwa kiwango cha juu.

Hatua ya 8: Bandika mara kwa mara Extruder

Extruder hii inaweza tu kuunganishwa pamoja. Kikwazo cha extruder hii ni kwamba ni kubwa na ina kuzorota kwa juu.

Hatua ya 9: Hatua ya 9: Firmware ya Arduino

Arduino inahitaji firmware kuendesha dereva za stepper na vifaa vingine vya elektroniki. Tulichagua Marlin kama ni ya bure, iliyobadilishwa kwa urahisi na Arduino IDE na kuungwa mkono vizuri. Tumebadilisha firmware kwa vifaa vyetu maalum lakini ni rahisi kurekebisha kwa printa zingine kwa sababu nambari yote imetolewa maoni na kuelezewa wazi. Bonyeza mara mbili faili ya MonopriceV2BioprinterFirmware.ino ili kufungua faili za usanidi wa marlin.

Hatua ya 10: Profaili ya Cura

Profaili ya Cura inaweza kuingizwa katika Ultimaker Cura 4.0.0 na kutumiwa kutengeneza sehemu za juu za uso kwa matumizi ya mtambo wa profusion. Uzalishaji wa Gcode kwa printa bado ni wa majaribio sana na inahitaji uvumilivu mwingi. Pia imeambatanishwa na gcode ya jaribio la kiunga cha profusion ya mviringo.

Hatua ya 11: Kubadilisha Anza ya G-kificho

Bandika nambari hii katika mpangilio wa msimbo wa G-mwanzo:

G1 Z15

G28

G1 Z20 F3000

G92 Z33.7

G90

M82

G92 E0

Katika Repetier, kurekebisha Gcode ya mwanzo nenda kwenye kipande-> Usanidi-> G-nambari-> anza G -codes. Inahitajika kurekebisha thamani ya G92 Z kwa kila kesi. Punguza polepole thamani mpaka sindano iko umbali unaotakiwa kutoka kwa uso wa sahani ya Petri mwanzoni mwa kuchapisha.

Hatua ya 12: Kutengeneza Bioink

Mchakato wa kuunda Bioink inayofaa kwa programu ni ngumu. Huu ndio mchakato ambao tulifuata:

Muhtasari

Hydrogel inafaa kwa seli za mmea nyeti na ina macropores wazi kuruhusu kuenea. Hydrogel hutengenezwa kwa kufuta agarose, alginate, methylcellulose, na sucrose katika maji yaliyotengwa na kuongeza seli. Gel ni mnato hadi inaponywa na kloridi ya kalsiamu ya 0.1M, ambayo inafanya kuwa imara. Suluhisho la kuponya kloridi kalsiamu na viungo vya alginate ili kuifanya iwe imara. Alginate ni msingi wa gel, methylcellulose inalinganisha gel, na agarose hutoa muundo zaidi kwani inakua kwa joto la kawaida. Mchanganyiko hutoa chakula kwa seli kuendelea kukua kwenye hydrogel.

Muhtasari mfupi wa baadhi ya majaribio ya kudhibitisha jeli

Tulijaribu hydrogels tofauti na viwango tofauti vya agarose na tukarekodi uthabiti wake, jinsi ilivyochapishwa kwa urahisi, na ikiwa ilizama au kuelea katika suluhisho la kuponya. Kupungua kwa asilimia ya alginate kulifanya gel iwe na maji mno na haikuweza kuweka umbo lake baada ya kuchapishwa. Kuongeza asilimia ya alginate kulifanya suluhisho la kuponya kufanya kazi haraka sana, kwamba gel ingeweza kuponya kabla ya kushikamana na safu ya juu. Hydrogel ambayo inashikilia umbo lake na haiponyi haraka sana ilitengenezwa kwa kutumia 2.8 wt% alginate.

Jinsi ya kukuza hydrogel

Vifaa

Agarose (0.9 wt%)

Alginate (asilimia 2.8%)

Methylcellulose (3.0 wt%)

Sucrose (3.0 wt%)

Kloridi ya kalsiamu.1M (147.001 g / mol)

ddH20

jumla ya seli

2 Vioo Vilioshwa & Vikavu

1 Kuchanganya Spatula

Foil ya Aluminium

Karatasi ya Uzani wa Plastiki

Silinda iliyohitimu

Utaratibu

Kufanya Hydrogel:

1. Pima kiwango fulani cha ddH20 kulingana na suluhisho la gel unayotaka kuandaa. Tumia silinda iliyohitimu kupata ujazo maalum wa ddH20.
2. Suluhisho la hydrogel litakuwa na Alginate (2.8 wt%)), Agarose (0.9 wt%), sucrose (3 wt%), na methylcellulose (3 wt%). Sehemu sahihi za vifaa vya suluhisho la hydrogel zitapimwa kwa kutumia karatasi ya uzani wa plastiki.
3. Unapomaliza kupima vifaa vyote, ongeza ddh20, sucrose, agarose, na mwishowe alginate ya sodiamu kwa moja ya beaker kavu. Zungusha kuchanganya lakini usitumie spatula kuchanganya kwa sababu poda hiyo itashikamana na spatula.
4. Mara baada ya kuchanganywa, funga juu ya beaker na karatasi ya alumini vizuri na uweke lebo kwenye beaker. Ongeza kipande cha mkanda wa autoclave juu ya foil.
5. Weka methylcellulose iliyobaki ndani ya beaker nyingine kavu na uifungeni kwenye karatasi ya aluminium kama beaker iliyopita. Andika hii beaker na ongeza kipande cha mkanda wa autoclave juu ya foil.
6. Funga spatula 1 kwenye karatasi ya alumini na uhakikishe kuwa hakuna iliyo wazi. Ongeza mkanda wa autoclave kwenye spatula iliyofungwa.
7. Autoclave 2 beaker na spatula 1 kwa 121 C kwa dakika 20 wakati wa mzunguko wa kuzaa. USITUMIE WAFANYAKAZI KWA AJILI YA MZUNGUKO WA KIZAZI NA KAVU.
8. Mara tu mzunguko wa autoclave ukamilika, ruhusu gel kupoa hadi joto la kawaida na mara tu itakapofikia, anza kufanya kazi katika Baraza la Mawaziri la Usalama wa Biolojia.
9. Hakikisha kunawa mikono na mikono na utumie mbinu sahihi ya aseptic mara moja unapofanya kazi kwenye baraza la mawaziri la usalama. Pia hakikisha usigusane moja kwa moja na vitu ambavyo vitagusa gel au kuwa karibu na gel (mfano: mwisho wa mchanganyiko wa spatula, au mkoa wa karatasi za alumini ambazo zinakaa juu ya gel)
10. Katika baraza la mawaziri la biosafety changanya methylcellulose ndani ya gel ili kupata kuenea kwa homogenous. Mara baada ya kumaliza kuchanganya, fanya tena juu suluhisho la mchanganyiko wa gel na uweke kwenye friji mara moja.
11. Kutoka hapa gel inaweza kutumika kwa kuanzishwa kwa seli au kwa matumizi mengine kama uchapishaji.

Kuongeza Seli:

1. Chuja seli ili ziwe sawa. Utaratibu wetu wa kuchuja ni

   Futa seli kidogo kwenye sahani ya petri na utumie ungo wa micrometer 380 kuchuja seli.

2. Changanya kwa upole seli zilizochujwa katika suluhisho la hydrogel ukitumia spatula ya kichwa laini ili kuzuia upotevu wa mchanganyiko (ambao umetengenezwa kiotomatiki).
3. Baada ya kuchanganya seli centrifuge nje Bubbles
4. Kutoka hapa hydrogel imekamilika na inaweza kutumika kwa kuchapisha, kuponya, na majaribio ya baadaye.

Jinsi ya kukuza suluhisho la kuponya (0.1M calcium kloridi, CaCl2)

Vifaa

Kloridi ya kalsiamu

ddH20

Sucrose (3%%)

Utaratibu (kutengeneza suluhisho la 1L ya kutibu)

1. Pima kloridi kalsiamu 147.01g, 30mL sucrose, na 1L ddH20.
2. Changanya kloridi kalsiamu, sucrose, na ddH20 kwenye beaker kubwa au chombo.
3. Zamisha jeli katika suluhisho la kuponya kwa angalau dakika 10 kutibu.

Hatua ya 13: Chapisha

Kwa nadharia, Uchapishaji nakala ni rahisi sana; Walakini, katika mazoezi, kuna sababu nyingi ambazo zinaweza kusababisha kufeli. Na gel hii, tumegundua kuwa mambo kadhaa yanaweza kufanywa ili kuongeza mafanikio kwa matumizi yetu:

1. Tumia kiasi kidogo cha suluhisho la CaCl2 kutibu gel wakati wa kuchapa,
2. Tumia kitambaa cha karatasi chini ya sahani ya petri kuongeza kujitoa
3. Tumia kitambaa cha karatasi sawasawa kueneza kiasi kidogo cha CaCl2 juu ya uchapishaji mzima
4. tumia kitelezi cha mtiririko katika Repetier kupata mtiririko sahihi

Kwa matumizi tofauti na jeli tofauti, mbinu tofauti zinaweza kuhitaji kutumiwa. Utaratibu wetu ulizalishwa kwa miezi kadhaa. Uvumilivu ni muhimu.

Bahati nzuri ukijaribu mradi huu na ujisikie huru kuuliza maswali yoyote.

Tuzo ya Kwanza katika Mashindano ya Arduino 2019