Des structures à triple couche constituées de fibres orientées peuvent être trouvées dans tout le corps humain. En appliquant cette méthode, on ne crée pas seulement des feuillets de valve cardiaque imitant les conditions naturelles, mais aussi une variété d’autres tissus. C’est la première fois que des collecteurs imprimés en 3D à partir de matériaux conducteurs sont utilisés dans l’électrofilage, ce qui rend ce processus très flexible et rentable.
Pour commencer, commencez l’impression 3D en téléchargeant le support d’échantillon de fichier STL A et le montage d’échantillon B dans le logiciel de tranchage. Faites pivoter les modèles afin que les surfaces triangulaires soient placées sur la plaque de construction. Marquez toutes les pièces, cliquez avec le bouton droit de la souris et sélectionnez Multiplier les modèles sélectionnés.
Entrez-en un dans l’invite nombre de copies et cliquez sur OK. Réglez l’épaisseur de la tranche sur 0,1 millimètre, l’épaisseur de la paroi sur un millimètre, la densité de remplissage sur 40% et décochez la case générer le support. Cliquez sur le bouton de tranche, puis sélectionnez Enregistrer sur amovible pour enregistrer le fichier d’impression sur une clé USB. Conservez les paramètres et remplacez les fichiers STL par une bride de collecteur et un modèle de notice dans le logiciel de tranchage.
Utilisez l’outil de copie pour créer une copie de la bride et huit copies du modèle avant de commencer l’impression. Une fois l’impression terminée, retirez les modèles de la plaque de construction. Retirez soigneusement les fibres de filament individuelles au bas du négatif de la notice à l’aide d’un coupe-fil si celles-ci sont présentes dans les modèles de feuillets.
Pour préparer une solution de filature, placez une balance sous le capot d’échappement. Placez une bouteille en verre à bouchon à vis de 200 millilitres dessus et tarez la balance. Versez 50 millilitres de diméthylformamide et 50 millilitres de tétrahydrofurane dans la bouteille en verre.
Notez le poids des solvants. Placez une barre magnétique à l’intérieur de la bouteille. Placez la bouteille sur un brassage magnétique et allumez-la.
Transférer lentement la quantité correspondante de polyuréthane dans la bouteille en verre contenant le mélange de solvants tout en remuant à température ambiante pour obtenir une solution homogène. Ensuite, fermez le couvercle. Assemblez les pièces imprimées en 3D avec les barres métalliques pour créer le collecteur et assurez-vous que tous les modèles sont correctement orientés.
Placez le collecteur assemblé dans la configuration d’électrofilage et fixez fermement les brides à l’axe du moteur. À l’aide d’un clip crocodile, connectez le câble connecté à la cathode à l’aiguille de calibre 14 et vérifiez la connexion entre le clip et l’aiguille. Connectez le collecteur à l’anode à l’aide d’un clip crocodile et du deuxième câble haute tension.
Utilisez une bague antidérapante ou un câble dénudé pour créer un contact au niveau de la bride du collecteur. Préparez une seringue Luer lock en la remplissant de 20 millilitres de la solution de filature. Connectez la seringue au tube résistant aux solvants et poussez manuellement la solution dans le système de tuyauterie jusqu’à ce qu’une gouttelette soit visible à l’extrémité de l’aiguille.
Placez la seringue dans la pompe à seringue. Après avoir allumé la pompe, réglez le diamètre à 19,129 millimètres, le volume à cinq millilitres et la vitesse à trois millilitres par heure. Pour tester le moteur, connectez-vous à la commande du moteur en cliquant sur le bouton de connexion.
Après la connexion, sélectionnez le mode de fonctionnement de la vitesse du profil et cliquez sur l’onglet d’opération situé dans le coin supérieur gauche de l’écran. Sélectionnez l’onglet Vitesse du profil sous le bouton d’arrêt rapide encadré par une ligne rouge. Définissez ensuite la vitesse cible de 200 tr / min, l’accélération du profil de 100, la décélération du profil de 200 et l’arrêt rapide de 5 000.
Démarrez la série de tests et vérifiez si le collecteur ne s’arrête pas. Arrêtez le moteur en cliquant sur le bouton Activer l’interrupteur et modifiez la vitesse cible à 2 000 tr/min. Pour fabriquer la couche dans le logiciel de commande du moteur, cliquez sur le bouton Activer le fonctionnement pour allumer le moteur.
Allumez l’alimentation haute tension et ajustez la tension pour l’anode et la cathode avec le pôle moins comme 18 kilovolts et le pôle plus comme 1,5 kilovolts. Démarrez la pompe à seringue à un débit de trois millilitres par heure. Observez la pointe de l’aiguille pour la formation d’un cône de Taylor et, en fonction de la forme du cône à l’extrémité de l’aiguille, ajustez la tension à la cathode par incréments de 100 volts jusqu’à ce qu’un cône de Taylor stable soit établi.
Arrêtez le processus de rotation en éteignant l’unité d’alimentation, la pompe à seringue et le moteur. Modifiez ensuite la vitesse cible à 10 tr/min dans le logiciel de commande du moteur et répétez le processus de fabrication de la couche comme décrit précédemment pendant 20 minutes supplémentaires. Une fois la deuxième couche ajoutée, ouvrez soigneusement les vis reliant les brides du collecteur à l’axe du moteur et retirez le collecteur à feuillets du dispositif d’électrofilage.
À l’aide d’un scalpel, coupez les fibres électrofilées le long du contour extérieur de chaque modèle de feuillet. Retirez la bride d’un côté du collecteur. Retirez ensuite les inserts imprimés en 3D et séparez les modèles de notice des supports triangulaires non conducteurs.
Faites pivoter tous les modèles de feuilles de 90 degrés et réassemblez le collecteur. Insérez le collecteur dans la configuration d’électrofilage et fixez-le fermement. Encore une fois, modifiez la vitesse cible à 2 000 tr / min dans le logiciel de commande du moteur et démarrez le processus de fabrication de la couche comme décrit précédemment pendant 20 minutes pour ajouter la troisième couche de fibres.
Après avoir retiré le collecteur du dispositif d’électrofilage, séchez les échantillons dans une armoire chauffante à 40 degrés Celsius. Une fois les échantillons complètement séchés, utilisez un scalpel pour couper soigneusement le long des bords du gabarit de feuillet afin d’éliminer les fibres excédentaires. Ensuite, pelez soigneusement l’échafaudage de la notice du gabarit et placez-le sur un plateau pour une utilisation ultérieure.
Un échafaudage à feuillets à triple couche imite la configuration du collagène de la valve cardiaque humaine native et chaque couche est constituée de fibres d’un diamètre d’environ 4,1 micromètres. L’imagerie par microscopie électronique à balayage a révélé des fibres alignées avec une surface lisse et une orientation stricte dans la direction circonférentielle, tandis que les fibres non alignées présentaient une orientation désordonnée et de nombreuses intersections proéminentes entre les fibres. L’imagerie par fluorescence a révélé que la couche inférieure est constituée de fibres alignées en orientation horizontale avec la très faible intersection entre les fibres.
La couche intermédiaire montre des fibres non alignées sans orientation de fibre primaire, tandis que la couche supérieure montre des fibres alignées dans une orientation perpendiculaire. La mesure de l’épaisseur montre une augmentation linéaire de l’épaisseur d’environ 2,65 micromètres par minute. Après 60 minutes, une augmentation d’environ 2,52 micromètres par minute de l’épaisseur a été observée.
Les essais de traction pour les échafaudages en fibres alignées ont une résistance d’environ 12 et 3 Newton par millimètre carré le long de l’orientation circonférentielle et perpendiculaire. Cependant, les échafaudages en fibre non alignés ne montrent aucune différence dans la résistance à la traction pour différentes orientations. Les échafaudages de fibres alignées ont révélé une extensibilité d’environ 187 et 107% dans la direction circonférentielle et perpendiculaire, tandis que les fibres non alignées ont révélé une extensibilité uniforme dans les deux sens.
Les courbes de contrainte ont montré que les tapis de fibres non alignés présentent un comportement élastique linéaire, tandis que les fibres alignées révèlent une non-linéarité dans la direction axiale. Les notices créées peuvent être utilisées pour l’évaluation biologique et biomécanique. Lorsque trois d’entre eux sont assemblés pour créer une valve aortique fonctionnelle, un large éventail d’expériences in vitro peut être réalisée.
Le protocole permettra à d’autres chercheurs non seulement de fabriquer des échafaudages en fibres multicouches, mais aussi d’orienter les fibres. Par conséquent, ils seront en mesure d’imiter de nombreux types de tissus différents.
