Las estructuras de triple capa que consisten en fibras orientadas se pueden encontrar en todo el cuerpo humano. Aplicando este método, no solo se pueden crear valvas de válvulas cardíacas que imiten las condiciones naturales, sino también una variedad de otros tejidos. Esta es la primera vez que se utilizan colectores impresos en 3D de material conductor en electrohilado, un hecho que hace que este proceso sea altamente flexible y rentable.
Para comenzar, comience la impresión 3D cargando el montaje A de la muestra de archivo STL y la montura B de la muestra en el software de corte. Gire los modelos para que las superficies triangulares se coloquen en la placa de construcción. Marque todas las piezas, haga clic con el botón derecho y seleccione multiplicar los modelos seleccionados.
Escriba uno en el número de copias del símbolo del sistema y haga clic en Aceptar. Establezca el grosor de la rebanada en 0,1 milímetros, el grosor de la pared en un milímetro, la densidad de relleno en el 40% y desmarque la casilla generar soporte. Haga clic en el botón de división y, a continuación, seleccione Guardar en extraíble para guardar el archivo de impresión en una unidad USB. Mantenga la configuración y reemplace los archivos STL con la brida del colector y la plantilla de folleto en el software de segmentación.
Utilice la herramienta de copia para crear una copia de la brida y ocho copias de la plantilla antes de iniciar la impresión. Después de completar la impresión, retire los modelos de la placa de construcción. Retire cuidadosamente las fibras de filamento individuales en la parte inferior del negativo de la valva con un cortador de alambre si están presentes en los modelos de la valva.
Para preparar una solución giratoria, coloque una báscula debajo de la campana de escape. Coloque una botella de vidrio de tapa de rosca de 200 mililitros sobre ella y tara la báscula. Vierta 50 mililitros de dimetilformamida y 50 mililitros de tetrahidrofurano en la botella de vidrio.
Tenga en cuenta el peso de los disolventes. Coloque una barra magnética dentro de la botella. Coloque la botella en un movimiento magnético y enciéndala.
Transfiera la cantidad correspondiente de poliuretano lentamente a la botella de vidrio que contiene la mezcla de disolventes mientras se agita a temperatura ambiente para obtener una solución homogénea. Después, cierre la tapa. Ensamble las piezas impresas en 3D junto con las barras de metal para crear el colector y asegúrese de que todas las plantillas estén orientadas correctamente.
Coloque el colector montado en la configuración de electrohilado y asegure firmemente las bridas al eje del motor. Con un clip de cocodrilo, conecte el cable conectado al cátodo a la aguja de calibre 14 y compruebe la conexión entre el clip y la aguja. Conecte el colector al ánodo con un clip de cocodrilo y el segundo cable de alto voltaje.
Use un anillo deslizante o un cable pelado para crear contacto en la brida del colector. Prepare una jeringa de bloqueo Luer llenándola con 20 mililitros de la solución giratoria. Conecte la jeringa al tubo resistente a los disolventes y empuje manualmente la solución en el sistema de tuberías hasta que se vea una gota en la punta de la aguja.
Coloque la jeringa en la bomba de la jeringa. Después de encender la bomba, ajuste el diámetro en 19.129 milímetros, el volumen a cinco mililitros y la velocidad a tres mililitros por hora. Para probar el funcionamiento del motor, conéctese al control del motor haciendo clic en el botón de conexión.
Después de conectarse, seleccione el modo de operación de velocidad de perfil y haga clic en la pestaña de operación ubicada en la esquina superior izquierda de la pantalla. Seleccione la pestaña de velocidad del perfil debajo del botón de parada rápida enmarcado por una línea roja. Luego establezca la velocidad objetivo de 200 RPM, la aceleración del perfil de 100, la desaceleración del perfil de 200 y la parada rápida de 5, 000.
Inicie la ejecución de prueba y compruebe si hay desequilibrio en el recopilador. Detenga el motor haciendo clic en el botón de encendido habilitado y cambie la velocidad objetivo a 2. 000 RPM. Para fabricar la capa en el software de control del motor, haga clic en el botón Habilitar operación para encender el motor.
Encienda la fuente de alimentación de alto voltaje y ajuste el voltaje tanto para el ánodo como para el cátodo con el polo menos como 18 kilovoltios y el polo más como 1.5 kilovoltios. Arranque la bomba de jeringa a un caudal de tres mililitros por hora. Observe la punta de la aguja para la formación de un cono de Taylor y, dependiendo de la forma del cono en la punta de la aguja, ajuste el voltaje en el cátodo en incrementos de 100 voltios hasta que se establezca un cono de Taylor estable.
Detenga el proceso de centrifugado apagando la unidad de fuente de alimentación, la bomba de jeringa y el motor. A continuación, cambie la velocidad objetivo a 10 RPM en el software de control del motor y repita el proceso de fabricación de capas como se describió anteriormente durante otros 20 minutos. Después de agregar la segunda capa, abra cuidadosamente los tornillos que conectan las bridas del colector al eje del motor y retire el colector de la valva del dispositivo de electrohilado.
Usando un bisturí, corte las fibras electrohiladas a lo largo del contorno exterior de cada plantilla de folleto. Retire la brida de un lado del colector. Luego saque los insertos impresos en 3D y separe las plantillas de folletos de los soportes triangulares no conductores.
Gire todas las plantillas de folletos 90 grados y vuelva a montar el colector. Inserte el colector en la configuración de electrohilado y asegúrelo firmemente. Una vez más, cambie la velocidad objetivo a 2, 000 RPM en el software de control del motor e inicie el proceso de fabricación de capas como se describió anteriormente durante 20 minutos para agregar la tercera capa de fibras.
Después de retirar el colector del dispositivo de electrohilado, seque las muestras en un armario de calefacción a 40 grados centígrados. Después de que las muestras estén completamente secas, use un bisturí para cortar cuidadosamente a lo largo de los bordes de la plantilla del prospecto para eliminar las fibras excedentes. Después, pele cuidadosamente el andamio del folleto de la plantilla y colóquelo en una bandeja para su uso posterior.
Un andamio de folleto de triple capa imita la configuración de colágeno de la válvula cardíaca humana nativa y cada capa consiste en fibras con un diámetro de aproximadamente 4,1 micrómetros. Las imágenes de microscopía electrónica de barrido revelaron fibras alineadas con superficie lisa y orientación estricta en la dirección circunferencial, mientras que las fibras no alineadas mostraron una orientación desordenada y muchas intersecciones prominentes entre fibras. Las imágenes de fluorescencia revelaron que la capa inferior consiste en fibras alineadas en orientación horizontal con la muy poca intersección entre las fibras.
La capa intermedia muestra fibras no alineadas sin orientación de fibra primaria, mientras que la capa superior muestra fibras alineadas en una orientación perpendicular. La medición del espesor muestra un aumento lineal en el espesor de aproximadamente 2,65 micrómetros por minuto. Después de 60 minutos, se observó un aumento de aproximadamente 2,52 micrómetros por minuto en el grosor.
Las pruebas de tracción para andamios de fibra alineados tienen una resistencia de aproximadamente 12 y 3 Newton por milímetro cuadrado a lo largo de la orientación circunferencial y perpendicular. Sin embargo, los andamios de fibra no alineados no muestran diferencias en la resistencia a la tracción para diferentes orientaciones. Los andamios de fibra alineados revelaron una extensibilidad de aproximadamente 187 y 107% en la dirección circunferencial y perpendicular, mientras que las fibras no alineadas revelaron una extensibilidad uniforme en ambas direcciones.
Las curvas de deformación de tensión mostraron que las esteras de fibra no alineadas exhiben un comportamiento elástico lineal, mientras que las fibras alineadas revelaron no linealidad en la dirección axial. Los folletos creados se pueden utilizar para la evaluación biológica y biomecánica. Cuando tres de ellos se ensamblan para crear una válvula aórtica funcional, se puede realizar una amplia gama de experimentos in vitro.
El protocolo permitirá a otros investigadores no solo fabricar andamios de fibra de múltiples capas, sino también orientar las fibras. Por lo tanto, podrán imitar muchos tipos diferentes de tejido.
