Aşağı Qiymətli Bioprinter: 13 Addım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:45

Biz UC Davis-də bir bakalavr rəhbərliyindəki bir araşdırma qrupuyuq. TEAM Molekulyar Prototipləşdirmə və Bioİnnovasiya Laboratoriyasında (Məsləhətçilər Dr. Marc Facciotti və Andrew Yao, M. S.) fəaliyyət göstərən Bioİnnovasiya Qrupunun bir hissəsiyik. Laboratoriya bu layihə üzərində işləmək üçün müxtəlif mənşəli tələbələri bir araya gətirir (mech/kimya/biomed mühəndislik).

Bu layihənin bir az arxa planı, bioprintin tədqiqat müəssisələri üçün daha əlçatan olması üçün ChemE şöbəsindən Dr. Karen McDonald ilə əməkdaşlıq edərək transgen düyü hüceyrələrinin çapına başlamağımızdır. Hazırda aşağı səviyyəli bioprinterlərin qiyməti təxminən 10 min dollar, yüksək səviyyəli bioprinterlərin qiyməti isə təxminən 170 min dollardır. Bunun əksinə olaraq printerimizi təxminən 375 dollara tikmək olar.

Təchizat

Parçalar:

1. Rampalar 1.4:
2. Arduino mega 2560:
3. Step motor sürücüləri:
4. Əlavə step motor (isteğe bağlı)
5. İstehsalçı şüası 2 x 1 düym
6. Maker şüa əlavə aparatı
7. Müxtəlif ölçülərdə M3 vintlər
8. M3 qoz -fındıq x2
9. 8 mm yivli çubuq
10. 8 mm qoz
11. 608 rulman
12. Bağlayıcı klip
13. Filament
14. Monoprice V2
15. Fermuar bağları
16. M3 istilik qozu 2 mm enində

Alətlər:

1. Müxtəlif ölçülü matkaplar
2. Əl dreli
3. Qazma maşını
4. Testere
5. Lehimləmə dəmir + lehim
6. Tel çıxarıcı
7. İğne burun kəlbətinləri
8. Müxtəlif ölçülü altıbucaqlı düymələr

Laboratoriya təchizatı:

1. Petri qabları ~ 70 mm diametrdə
2. Luer-lock ucu olan 60 ml şpris
3. Luer-lock uclu 10 ml şpris
4. Luer-lock armaturları
5. Bağlantı üçün borular
6. T borular üçün bağlayıcı
7. Santrifüj
8. Santrifüj borular 60 ml
9. Ölçək
10. Qayıqları çəkin
11. Avtoklav
12. Stəkanlar
13. Pilləli silindr
14. 0.1M CaCl2 həlli
15. Agaroz
16. Alginat
17. Metilselüloz
18. Saxaroza

Proqram təminatı:

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

Addım 1: 3D printerin seçilməsi

Başlanğıc 3D printer olaraq Monoprice MP Select Mini 3D Printer V2 -ni seçdik. Bu printer aşağı qiyməti və yüksək mövcudluğu səbəbindən seçilmişdir. Bundan əlavə, dizaynı asanlaşdıran printerin yüksək dəqiqlikli 3D modeli artıq mövcud idi. Bu təlimat bu xüsusi printer üçün uyğunlaşdırılacaq, lakin oxşar bir proses digər ümumi FDM printerləri və CNC maşınlarını çevirmək üçün istifadə edilə bilər.

Yüksək dəqiqlikli model:

Addım 2: 3D çap

Monoprice printerini sökmədən əvvəl, 3D printerin dəyişdirilməsi üçün bir neçə hissənin 3D çap edilməsi lazımdır. Pasta ekstruderlərinin bir versiyası var, biri epoksi tələb edir, digəri yoxdur. Epoksi tələb edən daha yığcamdır, lakin yığılması daha çətindir.

Addım 3: Çapı dəyişdirmək üçün hazırlayın

Ön qüllə paneli, alt qapaq və idarəetmə paneli çıxarılmalıdır. Dibi çıxarıldıqdan sonra bütün elektronikanı idarəetmə lövhəsindən ayırın və idarəetmə lövhəsini çıxarın.

Addım 4: Dəyişən Dağı

Gövdə 1 və Bədən 14 hər biri iki ədəd qızdırıcı qoz -fındıq tələb edir. Korpus 1, kəmərin altında gizlənmiş iki M3 bolt ilə printer çərçivəsinə quraşdırılmışdır. Boltlar, kəmər gərdiricisini çıxarıb kəməri bir tərəfə çəkərək açıla bilər.

Addım 5: Z Axis Switch

Z oxunun açarı, hər hansı bir uzunluqdakı iynənin proqram təminatında kompensasiya edilmədən homing ardıcıllığı zamanı istifadə oluna biləcəyi şəkildə yenidən yerləşdirilmişdir. Şalter, 2 M3 vida ilə çap kassasına, çap yatağına mümkün qədər yaxın olaraq, çap başının altına quraşdırılmalıdır.

Addım 6: Kabel çəkmə

Kablolama işləri Ramps 1.4 standartlarına uyğun olaraq aparılır. Bağlama sxemini izləmək kifayətdir. Terminal blokları üçün lazım olduqda telləri kəsin və qalaylayın. Bəzi tellərin uzadılması lazım ola bilər.

Addım 7: Epoksi Ekstruder

Bu ekstruderin çap edilməsi daha az vaxt alsa da, ümumi quruluş müddətini 24 saatdan çox artıran epoksi istifadə edir. 8 mm yivli çubuq 608 rulmana epoksi edilməlidir və rulman 3D çaplı Korpus 21 hissəsinə epoksi edilməlidir. Əlavə olaraq, yivli çubuq üçün qoz Korpus 40 -a epoksi edilməlidir. Epoksi tamamilə qurudulduqdan sonra rezin 60 ml və 10 ml şpris pistonlarının ucları sırasıyla Body 9 və Body 21 -ə quraşdırıla bilər. Uyğun bir T uyğunluğu tapılmadığı üçün 6 mm pirinç borudan və lehimdən xam bir parça hazırlanmışdır. Ekstruder, Bioink'i 10 ml şprisin alt kamerasından itələyən bir hidravlik sistem rolunu oynayır. T fitingini ən yüksək nöqtədə tutarkən boruları güclü şəkildə sarsıtmaqla hava sistemdən çıxarıla bilər.

Addım 8: Daimi Yapışdırıcı Ekstruder

Bu ekstruder sadəcə birləşdirilə bilər. Bu ekstruderin dezavantajı daha həcmli olması və yüksək əks reaksiyaya malik olmasıdır.

Addım 9: Adım 9: Arduino Firmware

Arduino, step sürücülərini və digər elektronikaları idarə etmək üçün firmware lazımdır. Marlin'i pulsuz olaraq seçdik, Arduino IDE ilə asanlıqla dəyişdirildi və yaxşı dəstəkləndi. Xüsusi avadanlıqlarımız üçün proqram təminatını dəyişdirdik, lakin bütün yazıcılar üçün dəyişdirmək olduqca sadədir, çünki bütün kodlar şərh edilmiş və aydın şəkildə izah edilmişdir. Marlin konfiqurasiya fayllarını açmaq üçün MonopriceV2BioprinterFirmware.ino faylını iki dəfə vurun.

Addım 10: Cura Profili

Cura profili Ultimaker Cura 4.0.0 -a idxal edilə bilər və çoxlu reaktorlarda istifadə üçün yüksək səthli torlar hazırlamaq üçün istifadə edilə bilər. Yazıcı üçün Gcode istehsalı hələ də çox təcrübəlidir və çox səbr tələb edir. Dairəvi profusion reaktor üçün bir test gcode da əlavə edilmişdir.

Addım 11: Start G kodunu dəyişdirin

Bu kodu G kodu başlanğıcına yapışdırın:

G1 Z15

G28

G1 Z20 F3000

G92 Z33.7

G90

M82

G92 E0

Repetier-də start Gcode-u dəyişdirmək üçün dilimləyici-> Konfiqurasiya-> G-kodları-> G-kodlarını işə salın. Hər bir xüsusi vəziyyət üçün G92 Z dəyərini dəyişdirmək lazımdır. Çapın əvvəlində iynə Petri qabının səthindən istənilən məsafədə olana qədər dəyəri yavaş -yavaş artırın.

Addım 12: Bioink etmək

Bir tətbiq üçün uyğun bir Bioink hazırlamaq prosesi mürəkkəbdir. İzlədiyimiz proses budur:

Xülasə

Hidrojel, kəsilməyə həssas bitki hüceyrələri üçün uyğundur və yayılmasına imkan verən açıq makroporlara malikdir. Hidrojel, agaroz, alginat, metilselüloz və saxaroza deionlaşdırılmış suda həll edilərək hüceyrələr əlavə edilərək hazırlanır. Jel 0.1M kalsium xlorid ilə müalicə olunana qədər viskozdur, bu da onu möhkəm edir. Kalsium xlorid müalicə məhlulu alginat ilə möhkəm birləşərək onu bağlayır. Alginat gelin əsasını təşkil edir, metilselüloz jeli homojenləşdirir və agaroz otaq temperaturunda jelləşdiyi üçün daha çox quruluş təmin edir. Saxaroza hüceyrələrin hidrojeldə böyüməsinə davam etməsi üçün qida təmin edir.

Jeli yoxlamaq üçün bəzi təcrübələrə qısa bir baxış

Fərqli miqdarda agaroz ilə fərqli hidrojelləri sınaqdan keçirdik və tutarlılığını, nə qədər asanlıqla çap olunduğunu və müalicə məhlulunda batdığını və ya üzdüyünü qeyd etdik. Alginat faizinin azalması gelin çox maye olmasına səbəb oldu və çapdan sonra formasını saxlaya bilmədi. Alginat faizinin artırılması, kürləmə məhlulunun o qədər tez işləməsinə səbəb oldu ki, jel üst təbəqəyə yapışmadan əvvəl yaxşılaşacaq. Formasını saxlayan və çox tez müalicə olunmayan bir hidrojel, ağırlıq% 2.8 alginat istifadə edərək hazırlanmışdır.

Bir hidrojeli necə inkişaf etdirmək olar

Materiallar

Agaroz (ağırlıq %0.9)

Alginat (ağırlıq %2.8)

Metilselüloz (ağırlıq%3.0)

Saxaroza (ağırlıq%3.0)

Kalsium Xlorid.1M (147.001 g/mol)

ddH20

hüceyrə məcmuları

2 Yuyulmuş və Qurudulmuş Bardaklar

1 qarışdırıcı spatula

Alüminium folqa

Plastik çəki kağızı

Pilləli silindr

Prosedur

Hidrogelin hazırlanması:

1. Nə qədər gel həll etmək istədiyinizə əsasən müəyyən bir miqdar ddH20 ölçün. Xüsusi bir həcm ddH20 əldə etmək üçün bitmiş silindrdən istifadə edin.
2. Hidrojel məhlulu Alginat (ağırlıq %2.8)), Agaroz (ağırlıq %0.9), saxaroza (ağırlıq %3) və metilselüloz (ağırlıq %3) ehtiva edir. Hidrojel məhlulunun komponentlərinin düzgün hissələri plastik çəki kağızı ilə ölçülür.
3. Bütün komponentləri çəkərək bitirdikdən sonra quru stəkanlardan birinə ddh20, saxaroza, agaroz və son olaraq natrium alginat əlavə edin. Qarışdırmaq üçün qarışdırın, amma qarışdırmaq üçün bir spatula istifadə etməyin, çünki toz spatulaya yapışacaq.
4. Qarışdırdıqdan sonra stəkanın üst hissəsini alüminium folqa ilə düzgün bir şəkildə sarın və stəkanı etiketləyin. Folqanın üstünə bir parça otoklav lenti əlavə edin.
5. Qalan metilselülozu digər quru stəkana qoyun və əvvəlki stəkan kimi alüminium folqa ilə sarın. Bu stəkanı etiketləyin və folqanın üstünə bir parça otoklav bant əlavə edin.
6. 1 spatulanı alüminium folqa ilə sarın və heç birinin açılmadığından əmin olun. Bükülmüş spatulaya otoklav bant əlavə edin.
7. Sterilizasiya dövrü ərzində 2 stəkan və 1 spatulanı 121 C -də 20 dəqiqə avtoklavlayın. AUTOCLAV -dan STERİL & QURU DÖVRDƏ İSTİFADƏ ETMƏYİN.
8. Otoklav dövrü tamamlandıqdan sonra, gelin otaq temperaturuna qədər soyumasına icazə verin və ona çatdıqda, Bioloji Təhlükəsizlik Kabinetində işləməyə başlayın.
9. Əllərinizi və qollarınızı yuduğunuzdan və biyogüvenlik kabinetində işlədikdən sonra düzgün aseptik texnikadan istifadə etdiyinizə əmin olun. Həm də jelə toxunacaq və ya jelə yaxın olan əşyalarla birbaşa təmasda olmadığınızdan əmin olun (məsələn: spatulanın qarışdırıcı ucu və ya jel üzərində oturan alüminium folqa bölgəsi)
10. Bioloji təhlükəsizlik kabinetində homojen yayılma əldə etmək üçün metilselülozu jelə qarışdırın. Qarışdırmağı bitirdikdən sonra qarışıq jel həllini yenidən sarın və bir gecədə soyuducuya qoyun.
11. Buradan gel hüceyrələrin tətbiqi və ya çap kimi digər məqsədlər üçün istifadə edilə bilər.

Hüceyrələrin əlavə edilməsi:

1. Hüceyrələri eyni ölçüdə süzün. Filtrləmə prosedurumuz belədir

   Petri qabından hüceyrələri yüngülcə cızın və hüceyrələri süzmək üçün 380 mikrometrlik bir ələkdən istifadə edin.

2. Süzülmüş hüceyrələri, hidrogel məhlulu içərisindəki qarışığın itməməsi üçün düz bir baş spatula ilə yumşaq bir şəkildə qarışdırın (avtoklavlanmışdır).
3. Hüceyrələri qarışdırdıqdan sonra baloncukları santrifüj edin
4. Buradan hidrojel tamamlandı və çap, müalicə və gələcək təcrübələr üçün istifadə edilə bilər.

Müalicə məhlulu necə hazırlanır (0.1M Kalsium xlorid, CaCl2)

Materiallar

Kalsium xlorid

ddH20

Saxaroza (ağırlıq %3)

Prosedur (1L qurutma məhlulu hazırlamaq üçün)

1. 147.01g kalsium xlorid, 30mL saxaroza və 1L ddH20 ölçün.
2. Böyük bir stəkanda və ya qabda kalsium xlorid, saxaroza və ddH20 qarışdırın.
3. Müalicə etmək üçün jeli ən az 10 dəqiqə müalicə məhluluna batırın.

Addım 13: Çap et

Teorik olaraq, Bioprinting son dərəcə sadədir; lakin praktikada uğursuzluğa səbəb ola biləcək bir çox amil var. Bu gel ilə, tətbiqimizin müvəffəqiyyətini artırmaq üçün bir neçə şeyin edilə biləcəyini gördük:

1. Çap edərkən jeli qismən müalicə etmək üçün az miqdarda CaCl2 məhlulu istifadə edin,
2. Yapışqanlığı artırmaq üçün petri qabının altındakı kağız dəsmal istifadə edin
3. Kiçik miqdarda CaCl2 -ni bütün çapa bərabər yaymaq üçün kağız dəsmal istifadə edin
4. Doğru axını tapmaq üçün Repetier -də axın sürəti istifadə edin

Fərqli tətbiqlər və fərqli jellər üçün fərqli texnikalardan istifadə oluna bilər. Prosedurumuz bir neçə ay ərzində hazırlanıb. Səbir açardır.

Bu layihəni sınamısınızsa və hər hansı bir sualınız varsa, uğurlar.

2019 Arduino Yarışmasında Birinci Mükafat