التوصيف الكمي لخصائص الحبر الحيوي السائل الحساس للضوء للطباعة القائمة على معالجة الضوء الرقمي المستمر

Summary

تستخدم هذه الدراسة درجة الحرارة وتكوين المواد للتحكم في خصائص إجهاد الخضوع لسوائل إجهاد الخضوع. يمكن للحالة الصلبة الشبيهة بالحبر حماية هيكل الطباعة ، ويمكن للحالة الشبيهة بالسائل أن تملأ موضع الطباعة باستمرار ، مما يحقق الطباعة الرقمية 3D لمعالجة الضوء للأحبار الحيوية الناعمة للغاية.

Abstract

يعد التصنيع الدقيق للطباعة للأحبار الحيوية شرطا أساسيا لهندسة الأنسجة. منحنى عمل جاكوبس هو أداة لتحديد معلمات الطباعة الدقيقة لمعالجة الضوء الرقمي (DLP). ومع ذلك ، فإن الحصول على منحنيات العمل يهدر المواد ويتطلب قابلية عالية للتشكيل للمواد ، والتي ليست مناسبة للمواد الحيوية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تقليل نشاط الخلية بسبب التعرضات المتعددة وفشل التكوين الهيكلي بسبب تحديد المواقع المتكرر كلاهما مشاكل لا مفر منها في الطباعة الحيوية التقليدية DLP. يقدم هذا العمل طريقة جديدة للحصول على منحنى العمل وعملية تحسين تقنية طباعة DLP المستمرة بناء على منحنى العمل هذا. تعتمد طريقة الحصول على منحنى العمل هذه على الامتصاص والخصائص الضوئية للمواد الحيوية ، والتي لا تعتمد على قابلية تشكيل المواد الحيوية. تزيد عملية طباعة DLP المستمرة ، التي تم الحصول عليها من تحسين عملية الطباعة من خلال تحليل منحنى العمل ، من كفاءة الطباعة بأكثر من عشرة أضعاف وتحسن بشكل كبير من نشاط الخلايا ووظائفها ، وهو أمر مفيد لتطوير هندسة الأنسجة.

Introduction

هندسة الأنسجة¹ مهمة في مجال إصلاح الأعضاء. بسبب نقص التبرع بالأعضاء ، لا يمكن علاج بعض الأمراض ، مثل فشل الكبد والفشل الكلوي ، بشكل جيد ، ولا يتلقى العديد من المرضى العلاج في الوقت المناسب². المواد العضوية مع الوظيفة المطلوبة للأعضاء قد تحل المشكلة الناجمة عن عدم التبرع بالأعضاء. يعتمد بناء المواد العضوية على تقدم وتطوير تكنولوجيا الطباعة الحيوية³.

بالمقارنة مع الطباعة الحيوية من نوع البثق⁴ والطباعة الحيوية من نوع نفث الحبر⁵ ، فإن سرعة الطباعة ودقة الطباعة لطريقة الطباعة الحيوية لمعالجة الضوء الرقمي (DLP) أعلى ^6,7. وحدة الطباعة لطريقة نوع البثق هي سطرا تلو الآخر ، في حين أن وحدة الطباعة لطريقة نفث الحبر هي نقطة تلو الأخرى ، وهي أقل كفاءة من وحدة الطباعة طبقة تلو الأخرى للطباعة الحيوية DLP. يحدد التعرض للأشعة فوق البنفسجية المعدلة (UV) لطبقة كاملة من المواد لعلاج طبقة في الطباعة الحيوية DLP وحجم ميزة الصورة دقة طباعة DLP. هذا يجعل تقنية DLP فعالة للغاية⁸،^9،10. نظرا للتجاوز الزائد لضوء الأشعة فوق البنفسجية ، فإن العلاقة الدقيقة بين وقت المعالجة وحجم الطباعة مهمة للطباعة الحيوية DLP عالية الدقة. علاوة على ذلك ، تعد طباعة DLP المستمرة تعديلا لطريقة طباعة DLP التي يمكن أن تحسن بشكل كبير من كفاءة الطباعة^11،12،13. بالنسبة لطباعة DLP المستمرة ، تعد ظروف الطباعة الدقيقة هي أهم العوامل.

تسمى العلاقة بين وقت المعالجة وحجم الطباعة منحنى عمل جاكوبس ، والذي يستخدم على نطاق واسع في طباعة DLP¹⁴،^15،16. الطريقة التقليدية للحصول على العلاقة هي تعريض المادة لفترة معينة وقياس سمك المعالجة للحصول على نقطة بيانات حول وقت التعرض وسمك المعالجة. يؤدي تكرار هذه العملية خمس مرات على الأقل وتركيب نقاط البيانات إلى الحصول على منحنى عمل جاكوبس. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة لها عيوب واضحة. يحتاج إلى استهلاك الكثير من المواد لتحقيق المعالجة ، وتعتمد النتائج بشكل كبير على ظروف الطباعة ، والأحبار الحيوية المستخدمة في الطباعة الحيوية DLP باهظة الثمن ونادرة ، وعادة ما تكون قابلية تشكيل الأحبار الحيوية غير جيدة ، مما قد يؤدي إلى قياسات غير دقيقة لسمك المعالجة.

توفر هذه المقالة طريقة جديدة للحصول على علاقة المعالجة وفقا للخصائص الفيزيائية للحبر الحيوي. يمكن أن يؤدي استخدام هذه النظرية إلى تحسين طباعة DLP المستمرة. يمكن استخدام هذه الطريقة للحصول على علاقة المعالجة بسرعة ودقة أكبر ؛ وبالتالي يمكن تحديد المعالجة المستمرة ل DLP بشكل أفضل.

Protocol

1. الإعداد النظري

1. حدد ثلاثة معلمات: امتصاص السائل (A_l) ، والامتصاص الصلب (A_s) ، ووقت العتبة (t_T) ¹⁷.
2. أعد كتابة منحنى عمل جاكوبس التقليدي باستخدام هذه المعلمات الثلاثة¹⁷ وفقا للمعادلة 1:
   (المعادلة 1)
   هنا ، t H هو وقت المعالجة لطبقة واحدة ، و_H هو ارتفاع طبقة واحدة.

2. اكتساب المعلمة

1. قم بقياس وقت عتبة الحبر الحيوي باستخدام مقياس ريومتر مزود بعنصر للتحكم في درجة الحرارة.
   1. استخدم مصدر ضوء 365 نانومتر لفضح منصة اختبار مقياس الريومتر وجعل شدة الضوء بقيمة معينة.
   2. اضبط مقياس الريومتر للحصول على بيانات Time-Moduli خلال فترة 300 ثانية ، وخذ كل نقطة بيانات كل 0.3 ثانية من خلال خيارات إعدادات الوقت في برنامج مقياس الريومتر. انقر فوق الزر "بدء الاختبار" الخاص بمقياس الريومتر لبدء الاختبار ، وفي الوقت نفسه ، انقر فوق الزر "ابدأ " الخاص بمصدر الضوء.
   3. عد من بداية التعرض ، عندما تكون بيانات معامل التخزين مساوية لبيانات معامل الخسارة ، يتم التعرف على الوقت المقابل كوقت العتبة. سجل يدويا.
2. بناء معدات اختبار الامتصاص كما هو موضح في العمل السابق¹⁷. استخدم شريحتين زجاجيتين علويتين وسفليتين لتثبيت الهيكل المطبوع على شكل حلقة (قطر داخلي 5 مم ، قطر خارجي 10 مم) بسمك 500 ميكرومتر بحيث تشكل الدائرة الداخلية للحلقة غرفة. ضع الحجرة في منطقة الاختبار الخاصة بمقياس شدة الضوء واضبط مصدر الضوء لفضح منطقة الغرفة.
   ملاحظة: يوضح الشكل 1 الرسم التخطيطي لنتائج الاختبارات الضوئية ونتائج معالجة البيانات ومعدات اختبار الامتصاص.
   1. قم بقياس شدة الضوء الساقط (I_i) عندما لا تمتلئ غرفة الاختبار بمواد من معدات اختبار الامتصاص من خلال قراءة شاشة مقياس شدة الضوء لمعدات الاختبار.
   2. املأ غرفة الاختبار ب 10 ميكرولتر من الحبر الحيوي.
   3. قم بتعريض غرفة الاختبار بالحبر الحيوي لضوء الأشعة فوق البنفسجية عند 365 نانومتر. احصل على شدة الضوء (I_lh) من معدات اختبار الامتصاص من خلال قراءة شاشة مقياس شدة الضوء لمعدات الاختبار.
   4. احصل على شدة الضوء عند معالجة الحبر الحيوي (I_sh) من معدات اختبار الامتصاص من خلال قراءة شاشة مقياس شدة الضوء لمعدات الاختبار عندما لا تتغير القيمة. هذه القيمة هي الامتصاص الصلب ، أنا_sh.
   5. احسب امتصاص السائل والامتصاص الصلب باستخدام المعادلتين 2 و 3:
           المعادلة 2
           المعادلة 3
3. احصل على منحنى عمل جاكوبس وفقا للمعايير التي تم الحصول عليها.

الشكل 1: نتائج الاختبار والمعدات . (أ) رسم تخطيطي لنتائج الاختبارات الضوئية ونتائج معالجة البيانات. (ب) معدات اختبار الامتصاص. تم تعديل هذا الرقم بإذن من Li et ^al.17. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

3. إعدادات معلمة الطباعة المستمرة DLP

1. استخدم برنامج DLP لتحقيق طباعة DLP ومجموعة معلمات الطباعة في البرنامج على النحو التالي.
2. اضبط وقت التعرض للطبقة المفردة الأولى كوقت العتبة (t_T) في إعدادات معلمات البرنامج.
   1. احسب وقت التعرض لمعالجة مواد بسمك 10 ميكرومتر وفقا للمعادلة 1 واطرح وقت العتبة للحصول على وقت التعرض الحقيقي لمعالجة طبقة واحدة.
3. اضبط الفاصل الزمني بين الطبقات المجاورة على 0 s في إعدادات معلمات البرنامج.
4. ابدأ تشغيل الطابعة بالنقر فوق الزر ابدأ ( Start ) الموجود في برنامج الطباعة. عند انتهاء عملية الطباعة، قم بإنهاء الطباعة بالنقر فوق الزر إيقاف ( Stop ) الموجود في برنامج الطباعة.

النتائج

توضح هذه المقالة طريقة جديدة للحصول على معلمات المعالجة وتقدم طريقة جديدة لتحقيق طباعة DLP مستمرة ، مما يدل على كفاءة هذه الطريقة في تحديد منحنى العمل.

استخدمنا ثلاث مواد مختلفة في طباعة DLP للتحقق من دقة منحنى العمل النظري الذي تم الحصول عليه بالطريقة المقدمة في هذه المقالة. ?...

Discussion

ويرد وصف للخطوات الحاسمة لهذا البروتوكول في القسم 2. من الضروري توحيد شدة الضوء المستخدمة في اختبار التصوير الضوئي وشدة ضوء الطباعة في الاختبارات الفعلية. معدات اختبار الامتصاص هي الجزء الأكثر أهمية. يجب أن يكون شكل غرفة الاختبار هو نفسه المنطقة الحساسة للضوء لمقياس شدة الضوء. نظرا لخصائص...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Brilliant Blue	Aladdin (Shanghai, China).	6104-59-2
DLP software	Creation Workshop	N/A
Lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate		N/A	LAP; synthesized
Light source	OmniCure	https://www.excelitas.com/product-category/omnicure-s-series-lamp-spot-uv-curing-systems	365 nm
Polyethylene (glycol) diacrylate	Sigma-Aldrich	455008	PEGDA Mw ~700
Rheometer	Anton Paar, Austria	MCR302