Dreischichtige Strukturen, die aus orientierenden Fasern bestehen, finden sich überall im menschlichen Körper. Wenn man diese Methode anwendet, kann man nicht nur Herzklappenblätter herstellen, die natürliche Bedingungen nachahmen, sondern auch eine Vielzahl anderer Gewebe. Dies ist das erste Mal, dass 3D-gedruckte Kollektoren aus leitfähigem Material in der Elektrospinnerei eingesetzt werden, was diesen Prozess sehr flexibel und kostengünstig macht.
Starten Sie zunächst den 3D-Druck, indem Sie die STL-Datei Specimen Mount A und Probe Mount B in die Slicing-Software hochladen. Drehen Sie die Modelle, sodass die dreieckigen Flächen auf der Bauplatte platziert werden. Markieren Sie alle Teile, klicken Sie mit der rechten Maustaste, und wählen Sie mehrfach ausgewählte Modelle aus.
Geben Sie eine Kopie in die Eingabeaufforderung ein und klicken Sie auf OK. Stellen Sie die Schichtdicke auf 0,1 Millimeter, die Wandstärke auf einen Millimeter und die Fülldichte auf 40 % ein und deaktivieren Sie das Kontrollkästchen Unterstützung generieren. Klicken Sie auf die Schaltfläche Slice und wählen Sie dann Als Wechselmedium speichern aus, um die Druckdatei auf einem USB-Laufwerk zu speichern. Behalten Sie die Einstellungen bei und ersetzen Sie die STL-Dateien durch Collector Flansch und Leaflet-Vorlage in der Slicing-Software.
Verwenden Sie das Kopierwerkzeug, um eine Kopie des Flansches und acht Kopien der Vorlage zu erstellen, bevor Sie mit dem Drucken beginnen. Entfernen Sie nach Abschluss des Drucks die Modelle von der Bauplatte. Entfernen Sie einzelne Filamentfasern an der Unterseite des Prospektnegativs vorsichtig mit einem Drahtschneider, wenn diese in den Prospektmodellen vorhanden sind.
Um eine Spinnlösung vorzubereiten, legen Sie eine Waage unter die Abgashaube. Positionieren Sie eine 200 Milliliter Schraubverschluss-Glasflasche darauf und halten Sie die Waage. Gießen Sie 50 Milliliter Dimethylformamid und 50 Milliliter Tetrahydrofuran in die Glasflasche.
Beachten Sie das Gewicht der Lösungsmittel. Platzieren Sie eine Magnetstange in der Flasche. Stellen Sie die Flasche auf eine magnetische Rührung und schalten Sie sie ein.
Die entsprechende Menge Polyurethan wird langsam in die Glasflasche mit dem Lösungsmittelgemisch gegeben, während man bei Raumtemperatur rührt, um eine homogene Lösung zu erhalten. Schließen Sie anschließend den Deckel. Montieren Sie die 3D-gedruckten Teile zusammen mit den Metallstangen, um den Kollektor zu erstellen, und stellen Sie sicher, dass alle Vorlagen richtig ausgerichtet sind.
Setzen Sie den montierten Kollektor in den Elektrospinnaufbau ein und befestigen Sie die Flansche fest an der Motorachse. Verbinden Sie mit einem Krokodilklemme das mit der Kathode verbundene Kabel mit der 14-Gauge-Nadel und überprüfen Sie die Verbindung zwischen Clip und Nadel. Verbinden Sie den Kollektor mit einem Krokodilklemmen und dem zweiten Hochspannungskabel mit der Anode.
Verwenden Sie einen Schleifring oder ein abisoliertes Kabel, um Kontakt am Kollektorflansch herzustellen. Bereiten Sie eine Luer-Lockspritze vor, indem Sie sie mit 20 Millilitern der Spinnlösung füllen. Verbinden Sie die Spritze mit dem lösungsmittelbeständigen Schlauch und drücken Sie die Lösung manuell in das Schlauchsystem, bis ein Tröpfchen an der Nadelspitze sichtbar ist.
Legen Sie die Spritze in die Spritzenpumpe. Stellen Sie nach dem Einschalten der Pumpe den Durchmesser auf 19,129 Millimeter, das Volumen auf fünf Milliliter und die Drehzahl auf drei Milliliter pro Stunde ein. Um den Motor zu testen, verbinden Sie sich mit der Motorsteuerung, indem Sie auf die Schaltfläche Verbinden klicken.
Wählen Sie nach dem Herstellen des Verbindungsvorgangs den Betriebsmodus für die Profilgeschwindigkeit aus und klicken Sie auf die Registerkarte Operation in der oberen linken Ecke des Bildschirms. Wählen Sie die Registerkarte "Profilgeschwindigkeit" unter der Schnellstopp-Schaltfläche aus, die von einer roten Linie eingerahmt wird. Stellen Sie dann die Zielgeschwindigkeit von 200 U / min, die Profilbeschleunigung von 100, die Profilverzögerung von 200 und den Schnellstopp von 5.000 ein.
Starten Sie den Testlauf und überprüfen Sie den Kollektor auf Unregelmäßigkeiten. Stoppen Sie den Motor, indem Sie auf die Schaltfläche Schalter aktiviert klicken, und ändern Sie die Zielgeschwindigkeit auf 2.000 U / min. Um die Schicht in der Motorsteuerungssoftware herzustellen, klicken Sie auf die Schaltfläche Bedienung aktivieren, um den Motor einzuschalten.
Schalten Sie das Hochspannungsnetzteil ein und stellen Sie die Spannung sowohl für Anode als auch für Kathode mit dem Minuspol als 18 Kilovolt und dem Pluspol mit 1,5 Kilovolt ein. Starten Sie die Spritzenpumpe mit einem Durchfluss von drei Millilitern pro Stunde. Beobachten Sie die Nadelspitze für die Bildung eines Taylor-Kegels und stellen Sie je nach Form des Kegels an der Nadelspitze die Spannung an der Kathode in Schritten von 100 Volt ein, bis ein stabiler Taylor-Kegel etabliert ist.
Stoppen Sie den Spinnvorgang, indem Sie das Netzteil, die Spritzenpumpe und den Motor ausschalten. Ändern Sie dann die Zielgeschwindigkeit in der Motorsteuerungssoftware auf 10 U / min und wiederholen Sie den zuvor beschriebenen Schichtherstellungsprozess für weitere 20 Minuten. Nachdem die zweite Schicht hinzugefügt wurde, öffnen Sie vorsichtig die Schrauben, die die Kollektorflansche mit der Motorachse verbinden, und entfernen Sie den Prospektsammler von der Elektrospinnvorrichtung.
Schneiden Sie mit einem Skalpell die elektrogesponnenen Fasern entlang der äußeren Kontur jeder Packungsbeilageschablone. Entfernen Sie den Flansch auf einer Seite des Kollektors. Ziehen Sie dann die 3D-gedruckten Einsätze heraus und trennen Sie die Prospektvorlagen von den nicht leitenden dreieckigen Haltern.
Drehen Sie alle Prospektvorlagen um 90 Grad und setzen Sie den Kollektor wieder zusammen. Setzen Sie den Kollektor in die Elektrospinneinrichtung ein und befestigen Sie ihn fest. Ändern Sie die Zielgeschwindigkeit in der Motorsteuerungssoftware wieder auf 2.000 U / min und starten Sie den Schichtherstellungsprozess wie zuvor beschrieben für 20 Minuten, um die dritte Faserschicht hinzuzufügen.
Nachdem Sie den Kollektor aus der Elektrospinnvorrichtung entfernt haben, trocknen Sie die Proben in einem Wärmeschrank bei 40 Grad Celsius. Nachdem die Proben vollständig getrocknet sind, verwenden Sie ein Skalpell, um vorsichtig entlang der Ränder der Packungsbeilageschablone zu schneiden, um überschüssige Fasern zu entfernen. Danach schälen Sie vorsichtig das Prospektgerüst der Vorlage und legen Sie es zur weiteren Verwendung auf ein Tablett.
Ein dreischichtiges Blättchengerüst ahmt die Kollagenkonfiguration der einheimischen menschlichen Herzklappe nach und jede Schicht besteht aus Fasern mit einem Durchmesser von etwa 4,1 Mikrometern. Die rasterelektronenmikroskopische Bildgebung zeigte ausgerichtete Fasern mit glatter Oberfläche und strenger Orientierung in Umfangsrichtung, während nicht ausgerichtete Fasern eine ungeordnete Orientierung und viele prominente Schnittpunkte zwischen den Fasern zeigten. Die Fluoreszenzbildgebung zeigte, dass die unterste Schicht aus ausgerichteten Fasern in horizontaler Ausrichtung mit dem sehr geringen Schnittpunkt zwischen den Fasern besteht.
Die mittlere Schicht zeigt nicht ausgerichtete Verbindungslinien ohne primäre Verbindungslinienorientierung, während die oberste Schicht ausgerichtete Verbindungslinien in einer senkrechten Ausrichtung aufweist. Die Dickenmessung zeigt eine lineare Dickenzunahme von ca. 2,65 Mikrometern pro Minute. Nach 60 Minuten wurde eine Dickenzunahme von etwa 2,52 Mikrometern pro Minute beobachtet.
Zugversuche für ausgerichtete Fasergerüste haben eine Festigkeit von etwa 12 und 3 Newton pro Millimeterquadrat entlang der umlaufenden und senkrechten Ausrichtung. Nicht ausgerichtete Fasergerüste zeigen jedoch keinen Unterschied in der Zugfestigkeit für unterschiedliche Ausrichtungen. Die ausgerichteten Fasergerüste zeigten eine Erweiterbarkeit von etwa 187 und 107% in umlaufender und senkrechter Richtung, während die nicht ausgerichteten Fasern eine gleichmäßige Erweiterbarkeit in beide Richtungen zeigten.
Spannungsdehnungskurven zeigten, dass die nicht ausgerichteten Fasermatten lineares elastisches Verhalten aufweisen, während ausgerichtete Fasern Nichtlinearität in axialer Richtung zeigten. Die erstellten Packungsbeilagen können zur biologischen und biomechanischen Beurteilung verwendet werden. Wenn drei von ihnen zu einer funktionellen Aortenklappe zusammengebaut werden, kann eine breite Palette von In-vitro-Experimenten durchgeführt werden.
Das Protokoll wird es den Forscherkollegen ermöglichen, nicht nur mehrschichtige Fasergerüste herzustellen, sondern auch Fasern zu orientieren. Daher werden sie in der Lage sein, viele verschiedene Arten von Gewebe nachzuahmen.
