Odav bioprinter: 13 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Oleme UC Davise üliõpilaste juhitud uurimisrühm. Oleme osa ettevõttest BioInnovation Group, mis tegutseb TEAMi molekulaarse prototüüpimise ja bioinnovatsiooni laboris (nõustajad dr Marc Facciotti ja Andrew Yao, M. S.). Lab koondab selle projektiga töötamiseks erineva taustaga õpilasi (mech/keemia/biomeditsiin).

Selle projekti taustaks on see, et alustasime koostöös dr Karen McDonaldiga ChemE osakonna koostöös transgeensete riisirakkude printimist eesmärgiga töötada välja odav bioprinter, et muuta bioprint teadusasutustele paremini kättesaadavaks. Praegu maksavad odavad bioprinterid umbes 10 000 dollarit, kõrgekvaliteedilised bioprinterid aga umbes 170 000 dollarit. Seevastu meie printerit saab ehitada ligikaudu 375 dollari eest.

Tarvikud

Osad:

1. Kaldteed 1.4:
2. Arduino mega 2560:
3. Sammumootorite draiverid:
4. Täiendav samm-mootor (valikuline)
5. Tegija tala 2 x X 1 tolli
6. Tootja tala kinnitamise riistvara
7. M3 erineva suurusega kruvid
8. M3 pähklid x2
9. 8 mm keermestatud varras
10. 8 mm mutter
11. 608 laager
12. Köiteklamber
13. Hõõgniit
14. Monoprice V2
15. Tõmblukud
16. M3 kuumutusmutrid 2 mm laiused

Tööriistad:

1. Erineva suurusega puurid
2. Käsipuur
3. Puurpress
4. Saag
5. Jootekolb + joodis
6. Traadi eemaldaja
7. Nõela nina tangid
8. Erineva suurusega kuuskantvõtmed

Labori tarvikud:

1. Petri tassid ~ 70mm läbimõõduga
2. 60 ml süstal Luer-lock otsikuga
3. 10 ml süstal Luer-lock otsikuga
4. Luer-lukuga liitmikud
5. Liitmike torud
6. T Toruliitmik
7. Tsentrifuug
8. Tsentrifuugitorud 60 ml
9. Kaal
10. Kaaluge paate
11. Autoklaav
12. Keeduklaasid
13. Gradeeritud silinder
14. 0,1 M CaCl2 lahus
15. Agaroos
16. Alginaat
17. Metüültselluloos
18. Sahharoos

Tarkvara:

1. Fusion 360 või Solidworks
2. Arduino IDE
3. Repetier Host
4. Ultimaker Cura 4

Samm: 3D -printeri valimine

Alustavaks 3D -printeriks valisime Monoprice MP Select Mini 3D Printer V2. See printer valiti selle odavuse ja kõrge kättesaadavuse tõttu. Lisaks oli juba saadaval ülitäpne printeri 3D -mudel, mis hõlbustas disaini. See juhend on kohandatud selle konkreetse printeri jaoks, kuid sarnast protsessi saab kasutada ka muude tavaliste FDM -printerite ja CNC -masinate teisendamiseks.

Suure täpsusega mudel:

Samm: 3D -printimine

Enne Monoprice printeri lahtivõtmist tuleb 3D -printeri muutmiseks 3D -printida mitu osa. Pastadekstruuderite versioonid on olemas - üks, mis nõuab epoksüvaiku ja teine, mis seda ei tee. See, mis vajab epoksiidi, on kompaktsem, kuid seda on keerulisem kokku panna.

Samm: valmistage printer ette muutmiseks

Torni esipaneel, alumine kate ja juhtpaneel tuleb eemaldada. Kui põhi on eemaldatud, ühendage kogu elektroonika juhtpaneelilt lahti ja eemaldage juhtpaneel.

Samm: vahetatav kinnitus

Keha 1 ja korpus 14 vajavad mõlemat kahte kuumutusmutrit. Kere 1 kinnitatakse printeri raami külge kahe vöö alla peidetud M3 poldi abil. Poldid saab paljastada, eemaldades turvavöö pinguti ja tõmmates rihma ühele küljele.

Samm: Z telje lüliti

Z-telje lüliti on ümber paigutatud nii, et suvalise pikkusega nõela saab kasutada seadistamise ajal ilma tarkvarata kompenseerimata. Lüliti tuleb paigaldada 2 M3 kruviga printeri korpusele otse prindipea alla, prindipesa lähedale.

6. samm: juhtmestik

Juhtmestik toimub vastavalt Ramps 1.4 standarditele. Lihtsalt järgige ühendusskeemi. Katkesta ja tina juhtmed vastavalt klemmiplokkidele. Mõningaid juhtmeid tuleb võib -olla pikendada.

Samm: epoksüekstruuder

Kuigi selle ekstruuderi printimine võtab vähem aega, kasutab see siiski epoksüvaiku, mis pikendab kogu ehitusaega üle 24 tunni. 8 mm keermestatud varda tuleks epoksida laagrile 608 ja laager epoksüerida 3D -prinditud detailile Body 21. Lisaks tuleks epokseerida keermestatud varda mutter kere 40 külge. Kui epoksü on täielikult kõvastunud, 60 ml ja 10 ml süstlakolbide näpunäiteid saab paigaldada vastavalt keha 9 ja keha 21 kohale. Sobivat T -liitmikku ei leitud, seega valmistati toornafta 6 mm messingist torust ja joodisest. Ekstruuder toimib hüdrosüsteemina, mis surub Bioinki 10 ml süstla alumisest kambrist välja. Õhku saab süsteemist välja juhtida, torusid jõuliselt raputades, hoides samal ajal T -liitmikku kõrgeimas punktis.

Samm: tavaline pasta -ekstruuder

Seda ekstruuderit saab lihtsalt poltidega kokku keerata. Selle ekstruuderi negatiivne külg on see, et see on mahukam ja sellel on suur tagasilöök.

Samm: samm 9: Arduino püsivara

Arduino vajab samm -draiverite ja muu elektroonika käitamiseks püsivara. Valisime Marlini, kuna see on tasuta, Arduino IDE abil hõlpsasti muudetav ja hästi toetatud. Oleme oma konkreetse riistvara püsivara muutnud, kuid teiste printerite jaoks on seda üsna lihtne muuta, kuna kogu kood on kommenteeritud ja selgelt seletatud. Marlini konfiguratsioonifailide avamiseks topeltklõpsake faili MonopriceV2BioprinterFirmware.ino.

10. samm: Cura profiil

Cura profiili saab importida Ultimaker Cura 4.0.0 -sse ja kasutada suure pindalaga võrkude valmistamiseks, mida kasutatakse rikkalikus reaktoris. Gcode'i loomine printeri jaoks on endiselt väga eksperimentaalne ja nõuab palju kannatlikkust. Lisatud on ka ümmarguse ümmarguse reaktori testkood.

Samm 11: Start-G-koodi muutmine

Kleepige see kood G-koodi algusseadistusse:

G1 Z15

G28

G1 Z20 F3000

G92 Z33.7

G90

M82

G92 E0

Repetieris avage Gcode'i muutmiseks viilutaja-> Konfiguratsioon-> G-koodid-> alustage G-koode. G92 Z väärtust on vaja igal konkreetsel juhul muuta. Suurendage väärtust aeglaselt, kuni nõel on printimise alguses soovitud kaugusel Petri tassi pinnast.

12. samm: Bioingi valmistamine

Rakendusele sobiva Bioinki väljatöötamise protsess on keeruline. See on protsess, mida järgisime:

Kokkuvõte

Hüdrogeel sobib nihketundlikele taimerakkudele ja sellel on difusiooni võimaldamiseks avatud makropoorid. Hüdrogeel valmistatakse agaroosi, alginaadi, metüültselluloosi ja sahharoosi lahustamisel deioniseeritud vees ja rakkude lisamisega. Geel on viskoosne, kuni see on kõvastunud 0,1 M kaltsiumkloriidiga, mis muudab selle tugevaks. Kaltsiumkloriidi kõvendav lahus ristsidub alginaadiga, muutes selle tugevaks. Alginaat on geeli alus, metüültselluloos homogeniseerib geeli ja agaroos annab rohkem struktuuri, kuna see geelistub toatemperatuuril. Sahharoos toidab rakke hüdrogeelis edasi kasvama.

Lühiülevaade mõnest geeli kontrollimise katsest

Testisime erinevaid hüdrogeele erineva koguse agaroosiga ja registreerisime selle konsistentsi, kui kergesti see trükiti ja kas see vajus või hõljus kõvenemislahuses. Alginaadi protsendi vähendamine muutis geeli liiga vedelaks ja see ei suutnud pärast printimist oma kuju säilitada. Alginaadi protsendi suurendamine pani kõvenemislahuse tööle nii kiiresti, et geel kõvenes enne pealiskihi külge kleepumist. Hüdrogeel, mis hoiab oma kuju ja ei kõvene liiga kiiresti, töötati välja 2,8 massiprotsendi alginaadi abil.

Kuidas arendada hüdrogeeli

Materjalid

Agaroos (0,9 massiprotsenti)

Alginaat (2,8 massiprotsenti)

Metüültselluloos (3,0 massiprotsenti)

Sahharoos (3,0 massiprotsenti)

Kaltsiumkloriid. 1 M (147,001 g/mol)

ddH20

rakkude agregaadid

2 pestud ja kuivatatud keeduklaasi

1 segamislabidas

Alumiiniumfoolium

Plastkaalu paber

Astmeline silinder

Menetlus

Hüdrogeeli valmistamine:

1. Mõõtke konkreetne kogus ddH20 selle põhjal, kui palju geelilahust soovite valmistada. Kasutage mõõtesilindrit konkreetse ddH20 mahu saamiseks.
2. Hüdrogeeli lahus sisaldab alginaati (2,8 massiprotsenti)), agaroosi (0,9 massiprotsenti), sahharoosi (3 massiprotsenti) ja metüültselluloosi (3 massiprotsenti). Hüdrogeeli lahuse komponentide õigeid osi mõõdetakse plastikust kaalupaberi abil.
3. Kui olete kõikide komponentide kaalumise lõpetanud, lisage kuivale keeduklaasile ddh20, sahharoos, agaroos ja lõpuks naatriumalginaat. Keerake segamiseks, kuid ärge kasutage spaatlit, sest pulber jääb spaatli külge.
4. Kui see on segunenud, mähkige keeduklaasi ülaosa korralikult alumiiniumfooliumiga ja märgistage keeduklaas. Lisage fooliumi ülaosale tükk autoklaavlinti.
5. Pange järelejäänud metüültselluloos teise kuiva keeduklaasi ja mähkige see alumiiniumfooliumiga nagu eelmine keeduklaas. Märgistage see keeduklaas ja lisage fooliumi ülaosale tükk autoklaavlinti.
6. Mähi 1 spaatel alumiiniumfooliumi ja veendu, et see poleks nähtav. Lisage mähitud spaatlile autoklaavlint.
7. Autoklaavige 2 keeduklaasi ja 1 spaatlit temperatuuril 121 ° C 20 minutit steriliseerimistsükli jooksul. ÄRGE KASUTAGE AUTOKLAVI Steriilses ja kuivas tsüklis.
8. Kui autoklaavitsükkel on lõppenud, laske geelil jahtuda toatemperatuurini ja kui see on jõudnud, alustage tööd bioloogilise ohutuse kabinetis.
9. Veenduge, et pärast bioohutuskapis töötamist peske käed ja käed ning kasutage õiget aseptilist tehnikat. Veenduge ka, et te ei puutuks otseselt kokku esemetega, mis puudutavad geeli või asuvad geeli lähedal (nt spaatli segamisots või geeli kohal paiknev alumiiniumfoolium).
10. Bioohutuse kapis segage metüültselluloos geeli, et saada ühtlane levik. Kui olete segamise lõpetanud, mähkige segatud geelilahus uuesti üles ja asetage üleöö külmkappi.
11. Siit saab geeli kasutada rakkude sisestamiseks või muuks otstarbeks, näiteks printimiseks.

Lahtrite lisamine:

1. Filtreerige lahtrid nii, et need oleksid sama suurusega. Meie filtreerimisprotseduur on

   Kraapige rakud kergelt Petri tassilt maha ja kasutage rakkude filtreerimiseks 380 mikromeetrist sõela.

2. Segage filtreeritud rakud õrnalt hüdrogeeli lahuses lameda peaga spaatliga, et vältida segu kadumist (mis on autoklaavitud).
3. Pärast rakkude segamist tsentrifuugige mullid välja
4. Siit on hüdrogeel valmis ja seda saab kasutada printimiseks, kuivatamiseks ja tulevasteks katseteks.

Kuivatuslahuse väljatöötamine (0,1 M kaltsiumkloriid, CaCl2)

Materjalid

Kaltsiumkloriid

ddH20

Sahharoos (3 massiprotsenti)

Protseduur (1L kõvenduslahuse valmistamiseks)

1. Mõõtke 147,01 g kaltsiumkloriidi, 30 ml sahharoosi ja 1 l ddH20.
2. Segage suures keeduklaasis või mahutis kaltsiumkloriid, sahharoos ja ddH20.
3. Kastke geel kõvenemislahusesse vähemalt 10 minutiks, et tahkuda.

Samm: printige

Teoreetiliselt on bioprintimine äärmiselt lihtne; praktikas on aga palju tegureid, mis võivad ebaõnnestumisi põhjustada. Selle geeliga oleme leidnud, et meie rakenduse edu maksimeerimiseks saab teha mitmeid asju:

1. Kasutage printimise ajal geeli osaliseks tahkumiseks väikestes kogustes CaCl2 lahust,
2. Haardumise suurendamiseks kasutage Petri tassi põhjas paberrätikut
3. Kasutage paberrätikuga väikeste koguste CaCl2 ühtlaselt kogu trükisele
4. õige vooluhulga leidmiseks kasutage Repetieris voolukiiruse liugurit

Erinevate rakenduste ja erinevate geelide puhul võib osutuda vajalikuks kasutada erinevaid tehnikaid. Meie protseduur loodi mitme kuu jooksul. Kannatlikkus on võti.

Palju õnne, kui proovite seda projekti ja esitage julgelt küsimusi.

Esimene auhind Arduino konkursil 2019