Il s’agit du premier rapport sur les échafaudages hydrogel nanocellulose imprimés en 3D où nous avons une structure poreuse gradient et des propriétés mécaniques pour imiter les structures naturelles comme cartilage. Les deux principaux avantages de l’utilisation des techniques d’impression 3D sont la personnalisation et la liberté de conception. Cela ouvre une possibilité illimitée de fabriquer des dessins géométriques nouveaux et inexplorés.
Ce protocole est convivial, et les nouveaux arrivants peuvent facilement reproduire les résultats. Le choix du logiciel de tranchage et le mouvement de la buse ont un impact significatif sur le produit final. Pour commencer, préparez 40 millilitres d’encre hydrogel en mélangeant 11% par poids CNC, 6% par alginate de sodium de poids, et 12% par gélatine de poids dans un récipient.
Chauffer le mélange à 40 degrés Celsius et mélanger à l’aide d’une spatule jusqu’à ce qu’une pâte lisse soit obtenue. Transférer le mélange dans une seringue de 60 millilitres. Ensuite, à l’aide d’une pince mécanique, passer le mélange à travers une série de buses de diamètres différents dans une autre seringue de 60 millilitres.
Répétez le processus jusqu’à ce que des filaments d’encre hydrogel soient obtenus en douceur. Centrifugez doucement la seringue remplie de l’encre hydrogel à 4000 fois g pour enlever l’air emprisonné. À partir de la carte SD, sélectionnez les fichiers enregistrés pour les échafaudages de porosité uniformes et dégradés, et commencez à imprimer.
Au besoin, ajustez la vitesse et le débit en conséquence. Pour relier l’échafaudage après l’impression 3D est terminé, ajoutez doucement des gouttes de 3% par la solution de chlorure de calcium de poids à l’échafaudage jusqu’à ce qu’il devienne complètement humide. Attends cinq minutes.
Transférez très soigneusement l’échafaudage du lit de l’imprimante à un récipient de 50 millilitres rempli de 3 % par solution de chlorure de calcium de poids. Laisse-le toute la nuit. Lavez soigneusement avec de l’eau distillée et transférez l’échafaud dans un récipient de 50 millilitres rempli de 3 % par solution de glutaraldehyde de poids.
Laisse-le toute la nuit. Lavez soigneusement et rangez l’échafaud imprimé en 3D dans de l’eau distillée. Pour les tests de compression, remplissez le récipient équipé d’une plaque de base de compression submersible avec deux litres d’eau, et démarrez le système de chauffage pour atteindre 37 degrés Celsius.
Initialisez Bluehill Universal Software et configurez la méthode de test. Sélectionnez la géométrie rectangulaire de l’échantillon et choisissez la possibilité d’entrer dans les dimensions avant de tester chaque échantillon. Réglez le taux de contrainte à deux millimètres par minute et à la fin du résultat sous forme de contrainte compressive de 80 % avec une force de 90 newtons.
Dans la section Mesure, sélectionnez Force, Déplacement, Stress compressif et Contrainte compressive. Choisissez la possibilité d’exporter des données sous forme de fichiers texte pour les futurs tracés. Réglez le point d’extension zéro en utilisant les commandes de jogging pour abaisser la plaque transversale aussi près que possible de la plaque de base.
Mesurer et enregistrer les dimensions des échantillons à tester. Lorsque la température de l’eau atteint 37 degrés Celsius, placez l’échantillon sur la plaque de base. Sécurisez l’échantillon en déplaçant la plaque transversale de sorte qu’elle commence à toucher l’échantillon.
Déplacez le bain d’eau vers le haut de sorte que les plaques avec l’échantillon entre elles soient immergées dans l’eau. Entrez le nom et les dimensions de l’échantillon et commencez le test. Une fois le test terminé, déplacez d’abord le bain d’eau vers le bas, puis soulevez la plaque transversale.
Retirez l’échantillon et ses morceaux, le cas échéant, nettoyez les deux plaques et chargez un nouvel échantillon. Une fois tous les échantillons testés, exportez les données brutes. Le stress compressif de parcelle par rapport aux courbes de contrainte compressive, et déterminer le module tangente compressif aux valeurs de contrainte de un à 5% et 25 à 30%CNC-based nanocomposite hydrogel encre montre un fort comportement d’amincissement non newtonien de cisaillement avec une baisse de cinq ordre de grandeur de la viscosité apparente.
L’encre hydrogel présente un comportement solide viscoélastique, comme le modulus de stockage est un ordre de grandeur supérieur à la perte modulus à faible stress de cisaillement. À de faibles taux de contrainte de un à 5%, le module compressif est similaire pour tous les types d’échafaudages poreux par rapport à l’échafaudage de référence sans porosité, montrant que la nature élastique de l’encre hydrogel est préservée même en présence des macropores. Cependant, à des taux de tension élevés de 25 à 30%, le modulus le plus élevé est obtenu pour l’échafaudage de référence sans porosité.
Dès que la taille du pore augmente, le modulus diminue en raison de la diminution de la densité, ce qui indique la relation attendue entre la porosité des échafaudages et les propriétés mécaniques correspondantes. En outre, le module compressif des échafaudages hydrogel 3D augmente à mesure que le taux de compression augmente, présentant et imitant la viscoélasticité des tissus naturels du cartilage. L’homogénéité et le flux continu de l’encre pendant l’impression 3D sont les choses les plus importantes.
Cette méthode sera utilisée par les chercheurs pour s’étendre à d’autres domaines d’application en utilisant l’hydrogel nanocellulose comme plate-forme imprimable 3D. Par exemple, nous avons déjà mis au point des hybrides à base de nanocellulose pour la libération contrôlée de médicaments suivant la même procédure.
