Arzon narxdagi bioprinter: 13 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:25

Biz UC Devisda bakalavr boshchiligidagi tadqiqot guruhimiz. Biz TEAM molekulyar prototiplash va bioinnovatsiya laboratoriyasida ishlaydigan BioInnovation Group (maslahatchilari doktor Marc Facciotti va Endryu Yao, M. S.) da ishlaymiz. Laboratoriya turli toifadagi talabalarni ushbu loyiha ustida ishlash uchun birlashtiradi (mech/kimyo/biomed injeneriya).

Bu loyiha haqida bir oz ma'lumotga ega bo'lsak, biz bioprintingni tadqiqot institutlari uchun qulayroq qilish uchun arzon bioprinterni ishlab chiqish maqsadida ChemE bo'limi doktori Karen MakDonald bilan hamkorlikda transgen guruch hujayralarini bosib chiqarishni boshladik. Hozirgi vaqtda past darajadagi bioprinterlarning narxi taxminan 10 000 AQSh dollarini tashkil qiladi, yuqori darajali bioprinterlarning narxi esa taxminan 170 000 AQSh dollarini tashkil qiladi. Aksincha, bizning printerni taxminan 375 dollarga qurish mumkin.

Ta'minotlar

Qismlar:

1. 1.4-rampalar:
2. Arduino mega 2560:
3. Bosqichli dvigatellar:
4. Qo'shimcha qadam dvigateli (ixtiyoriy)
5. Ishlab chiqaruvchi nuri 2 dyuymli X 1 dyuym
6. Maker nurlarini biriktiruvchi apparat
7. Har xil o'lchamdagi M3 vintlardek
8. M3 yong'oq x2
9. 8 mm tishli novda
10. 8 mm yong'oq
11. 608 rulman
12. Birlashtiruvchi klip
13. Filament
14. Monoprice V2
15. Fermuar bog'lamlari
16. Kengligi 2 mm bo'lgan yong'oq M3

Asboblar:

1. Har xil o'lchamdagi matkaplar
2. Qo'l matkap
3. Matkap bosimi
4. Temir arra
5. Lehimlash temir + lehim
6. Tel -striptizchi
7. Igna pense
8. Har xil o'lchamdagi olti burchakli kalitlar

Laboratoriya jihozlari:

1. Petri idishlari ~ diametri 70 mm
2. Luer-qulfli 60 ml shprits
3. Luer-qulfli 10 ml shprits
4. Luer-qulf qismlari
5. Armatura uchun quvurlar
6. T quvurlar uchun ulagich
7. Santrifüj
8. Santrifüj quvurlari 60 ml
9. Tarozi
10. Qayiqlarni torting
11. Avtoklav
12. Stakan
13. Tugallangan silindr
14. 0,1M CaCl2 eritmasi
15. Agaroz
16. Alginat
17. Metilsellyuloza
18. Saxaroza

Dasturiy ta'minot:

1. Fusion 360 yoki Solidworks
2. Arduino IDE
3. Repetitor xost
4. Ultimaker Cura 4

1 -qadam: 3D printerni tanlash

Biz boshlang'ich 3D printer sifatida Monoprice MP Select Mini 3D Printer V2 ni tanladik. Bu printer arzonligi va yuqori mavjudligi tufayli tanlangan. Bundan tashqari, printerning yuqori aniqlikdagi 3D modeli allaqachon mavjud edi, bu esa dizaynni osonlashtirdi. Bu ko'rsatma ushbu printer uchun moslashtirilgan bo'ladi, lekin shunga o'xshash jarayon boshqa keng tarqalgan FDM printerlari va CNC mashinalarini konvertatsiya qilish uchun ishlatilishi mumkin.

Yuqori aniqlikdagi model:

2 -qadam: 3D bosib chiqarish

Monoprice printerini demontaj qilishdan oldin, 3D printerni o'zgartirish uchun bir nechta qismlarni 3D bosib chiqarish kerak. Pasta ekstruderlarining versiyalari mavjud, ulardan biri epoksi talab qiladi, boshqasi esa yo'q. Epoksi talab qiladigan narsa ixchamroq, lekin yig'ish qiyinroq.

3 -qadam: Printerni o'zgartirish uchun tayyorlang

Old minora paneli, pastki qopqog'i va boshqaruv panelini olib tashlash kerak. Pastki qismini olib tashlaganingizdan so'ng, barcha elektronikani boshqaruv panelidan uzing va boshqaruv panelini chiqarib oling.

4 -qadam: O'zaro almashtiriladigan tog '

1 -korpus va 14 -korpusning har biriga ikkita issiqlik moslamali yong'oq kerak. 1 -korpus kamar ostida yashiringan ikkita M3 murvat bilan printer ramkasiga o'rnatiladi. Boltlarni bilaguzuk tortgichni olib tashlash va kamarni bir tomonga tortish orqali ochish mumkin.

5 -qadam: Z o'qi kaliti

Z o'qi tugmachasining joylashuvi joylashuv ketma-ketligi davomida har qanday uzunlikdagi igna dasturiy ta'minotda kompensatsiyalanmasdan ishlatilishi mumkin. Kalit 2 M3 vint bilan printer kassasiga to'g'ridan -to'g'ri bosib chiqarish kallasi ostiga iloji boricha bosib chiqarish to'shagiga o'rnatilishi kerak.

6 -qadam: simlarni ulash

Ulanish Ramps 1.4 standartlariga muvofiq amalga oshiriladi. Ulanish sxemasiga amal qilish kifoya. Terminal bloklari uchun kerak bo'lganda simlarni kesib oling va qalaylang. Ba'zi simlarni uzaytirish kerak bo'lishi mumkin.

7 -qadam: Epoksi ekstruder

Ushbu ekstruderni chop etish uchun kamroq vaqt kerak bo'lsa -da, u epoksi ishlatadi, bu umumiy qurilish vaqtini 24 soatdan oshadi. 8 mm yivli tayoq 608 rulmanga epoksiyalangan bo'lishi kerak va rulman 3D bosilgan korpus 21 epoksiyalangan bo'lishi kerak. Bundan tashqari, tishli novda uchun gayka 40 korpusga epoksiyalangan bo'lishi kerak. Epoksi to'liq quriganidan so'ng, rezina 60 ml va 10 ml shprits pistonlarining uchlari mos ravishda Body 9 va Body 21 ga o'rnatilishi mumkin. T mos keladigan moslama topilmadi, shuning uchun xom ashyo 6 mm guruchli quvur va lehimdan qilingan. Ekstruder Bioinkni 10 ml shpritsning pastki kamerasidan chiqaradigan gidravlik tizim vazifasini bajaradi. T moslamasini eng yuqori nuqtada ushlab turganda, quvurlarni qattiq silkitib, havoni tizimdan evakuatsiya qilish mumkin.

8 -qadam: Oddiy yopishtiruvchi ekstruder

Bu ekstruderni bir -biriga mahkamlash mumkin. Ushbu ekstruderning salbiy tomoni shundaki, u katta hajmli va yuqori qarshilikka ega.

9 -qadam: 9 -qadam: Arduino dasturiy ta'minoti

Arduino -ga drayverlar va boshqa elektronikalarni ishlatish uchun dasturiy ta'minot kerak. Biz Marlinni tanladik, chunki u bepul, Arduino IDE yordamida osongina o'zgartiriladi va yaxshi qo'llab -quvvatlanadi. Biz maxsus dasturiy ta'minot uchun dasturiy ta'minotni o'zgartirdik, lekin boshqa printerlar uchun o'zgartirish juda oddiy, chunki barcha kodlar izohlangan va aniq tushuntirilgan. Marlin konfiguratsiya fayllarini ochish uchun MonopriceV2BioprinterFirmware.ino faylini ikki marta bosing.

10 -qadam: Cura profili

Cura profilini Ultimaker Cura 4.0.0 -ga import qilish mumkin va uni yuqori reaktorda ishlatish uchun yuqori sirtli tarmoqlarni yasash uchun ishlatish mumkin. Printer uchun Gcode ishlab chiqarish hali ham juda tajribali va sabr -toqatni talab qiladi. Shuningdek, dumaloq profusion reaktori uchun test gkodi biriktirilgan.

11-qadam: Start G-kodini o'zgartirish

Ushbu kodni boshlang'ich G-kod sozlamasiga joylashtiring:

G1 Z15

G28

G1 Z20 F3000

G92 Z33.7

G90

M82

G92 E0

Repetier-da start Gcode-ni o'zgartirish uchun slicer-> Configuration-> G-code-> start G-codes-ga o'ting, har bir alohida holat uchun G92 Z qiymatini o'zgartirish kerak. Bosim boshida igna Petri idishining yuzasidan kerakli masofa bo'lguncha qiymatni asta -sekin oshiring.

12 -qadam: Bioink yaratish

Ilovaga mos Bioink ishlab chiqish jarayoni murakkab. Bu biz kuzatgan jarayon:

Xulosa

Gidrogel kesishga sezgir o'simlik hujayralari uchun mos va diffuziya uchun ochiq makroporlarga ega. Gidrojel agaroz, alginat, metilsellyuloza va saxarozani deionizatsiyalangan suvda eritib, hujayralarni qo'shib tayyorlanadi. Jel 0,1M kaltsiy xlorid bilan davolanmaguncha yopishqoq bo'ladi, bu uni mustahkam qiladi. Kaltsiy xloridli eritma alginat bilan o'zaro bog'lanib, uni mustahkam qiladi. Alginat jelning asosidir, metilsellyuloza jelni bir hil holga keltiradi va agaroz xona haroratida jelga aylangani uchun ko'proq tuzilish beradi. Saxaroza hujayralar uchun gidrogelda o'sishni davom ettirish uchun oziq -ovqat beradi.

Jelni tekshirish bo'yicha ba'zi tajribalar haqida qisqacha ma'lumot

Biz har xil miqdordagi agarozli turli gidrogellarni sinovdan o'tkazdik va uning mustahkamligini, qanchalik oson bosilganligini va u qattiqlashuvchi eritmada cho'kib ketganini yoki suzganligini yozdik. Alginat foizining kamayishi jelni juda suyuq holga keltirdi va bosib chiqarilgandan keyin shaklini saqlab qololmadi. Alginat foizini ko'paytirish, erituvchi eritmani shunchalik tez ishladiki, jel yuqori qatlamga yopishib qolmasdan oldin davolanadi. Shaklini saqlaydigan va tez davolanmaydigan gidrogel og'irligi 2,8% alginat yordamida ishlab chiqilgan.

Gidrojelni qanday ishlab chiqish kerak

Materiallar

Agaroz (og'irligi 0,9 %)

Alginat (og'irligi 2,8 %)

Metilsellyuloza (og'irligi 3,0%)

Saxaroza (og'irligi 3,0%)

Kaltsiy xlorid.1M (147.001 g/mol)

ddH20

hujayra agregatlari

2 Yuvilgan va quritilgan idishlar

1 aralashtiruvchi spatula

Alyuminiy folga

Plastik tortish qog'ozi

Bitirgan silindr

Jarayon

Gidrogel tayyorlash:

1. Qancha jelli eritma tayyorlamoqchi ekanligingizga qarab, ma'lum miqdorda ddH20 ni o'lchang. DdH20 ning ma'lum hajmini olish uchun tugallangan tsilindrni ishlating.
2. Gidrojel eritmasida alginat (og'irligi 2,8 %)), agaroz (og'irligi 0,9 %), saxaroza (og'irligi 3 %) va metilsellyuloza (og'irligi 3 %) bo'ladi. Gidrojel eritmasi komponentlarining to'g'ri qismlari plastik tortish qog'ozi yordamida o'lchanadi.
3. Barcha komponentlarni tortib bo'lgach, quruq stakanlardan biriga ddh20, saxaroza, agaroz va oxirgi natriy alginatini qo'shing. Aralashtirish uchun aylantiring, lekin aralashtirish uchun spatuladan foydalanmang, chunki chang spatulaga yopishadi.
4. Aralashgandan so'ng, stakanning yuqori qismini alyumin folga bilan yaxshilab o'rab oling va stakanga belgi qo'ying. Folga ustki qismiga avtoklav tasmasini qo'shing.
5. Qolgan metilsellyulozani boshqa quruq stakanga soling va oldingi stakan singari alyumin folga bilan o'rang. Bu stakanni belgilang va plyonkaning yuqori qismiga avtoklav tasmasini qo'shing.
6. 1 ta spatulani alyumin folga bilan o'rab oling va uning hech biri ochiq qolmasligiga ishonch hosil qiling. O'ralgan spatulaga avtoklav tasmasini qo'shing.
7. Sterilizatsiya davrida 2 stakan va 1 spatulani 121 C haroratda 20 daqiqa davomida avtoklavlang. Steril va quruq davrda avtoklavdan foydalanmang.
8. Avtoklav tsikli tugagandan so'ng, jelni xona haroratiga qadar sovishini kuting va unga etib kelgach, biologik xavfsizlik kabinetida ishlashni boshlang.
9. Qo'l va qo'llaringizni yuvganingizga ishonch hosil qiling va biologik xavfsizlik kabinetida ishlagandan so'ng to'g'ri aseptik texnikani qo'llang. Shuningdek, jelga tegadigan yoki jelga yaqin bo'ladigan narsalar bilan to'g'ridan -to'g'ri aloqa qilmasligingizga ishonch hosil qiling (masalan: spatulaning aralashtiruvchi uchi yoki jel ustidagi alyumin folga maydoni).
10. Biologik xavfsizlik kabinetida bir xil tarqalish uchun metilsellyulozani jelga aralashtiring. Aralashtirilgandan so'ng, yuqoridan aralashtirilgan jel eritmasini o'rab oling va bir kechada muzlatgichga qo'ying.
11. Bu erdan jelni hujayralarni kiritish uchun yoki bosib chiqarish kabi boshqa maqsadlarda ishlatish mumkin.

Hujayralarni qo'shish:

1. Hujayralarni bir xil o'lchamda filtrlang. Bizning filtrlash tartibimiz

   Petri idishidagi hujayralarni ozgina qirib tashlang va hujayralarni filtrlash uchun 380 mikrometrli elakdan foydalaning.

2. Filtrlangan hujayralarni gidrogel eritmasidagi aralashmani yo'qotmaslik uchun yassi boshli spatula yordamida muloyimlik bilan aralashtiring (avtoklavlangan).
3. Hujayralar aralashtirilgandan keyin pufakchalarni santrifüjdan o'tkazing
4. Bu erdan gidrogel tugallangan va uni bosib chiqarish, davolash va kelajakda o'tkaziladigan tajribalarda ishlatish mumkin.

Qattiqlashtiruvchi eritmani qanday ishlab chiqish mumkin (0,1 M kaltsiy xlorid, CaCl2)

Materiallar

Kaltsiy xlorid

ddH20

Saxaroza (3 %og'irlik)

Protsedura (1L eritma tayyorlash uchun)

1. 147.01 g kaltsiy xlorid, 30 ml saxaroza va 1 l ddH20 ni o'lchang.
2. Kaltsiy xlorid, saxaroza va ddH20 ni katta stakan yoki idishda aralashtiring.
3. Jelni davolash uchun kamida 10 daqiqa eritma eritmasiga botiring.

13 -qadam: Chop etish

Nazariy jihatdan, bioprinting juda oddiy; ammo, amalda, muvaffaqiyatsizlikka olib kelishi mumkin bo'lgan ko'plab omillar mavjud. Ushbu jel yordamida biz ilovamizning muvaffaqiyatini oshirish uchun bir nechta ishlarni bajarish mumkinligini aniqladik:

1. Jelni qisman davolash uchun CaCl2 eritmasidan oz miqdorda foydalaning.
2. Yopishqoqlikni oshirish uchun petri idishining pastki qismidagi qog'oz sochiqdan foydalaning
3. Kichik miqdordagi CaCl2 ni butun nashrga bir tekis taqsimlash uchun qog'oz sochiqdan foydalaning
4. To'g'ri oqim tezligini topish uchun Repetier -dagi oqim tezligi slayderidan foydalaning

Turli xil ilovalar va turli jellar uchun har xil texnikadan foydalanish kerak bo'lishi mumkin. Bizning protseduramiz bir necha oy davomida tuzilgan. Sabr - kalit.

Agar siz ushbu loyihani sinab ko'rsangiz va o'zingizni qiziqtirgan savollarni bersangiz, omad tilaymiz.

Arduino tanlovining birinchi mukofoti - 2019