מבנים תלת שכבתיים המורכבים מסיבים מכוונים ניתן למצוא בכל רחבי גוף האדם. ביישום שיטה זו, לא ניתן ליצור רק עלוני מסתם לב המחקים תנאים טבעיים, אלא גם מגוון של רקמות אחרות. זו הפעם הראשונה שאספנים מודפסים בתלת-ממד מתוך חומר מוליך משמשים באלקטרו-ספינינג, עובדה שהופכת את התהליך הזה לגמיש מאוד וחסכוני.
כדי להתחיל, התחל הדפסה תלת-ממדית על-ידי העלאת דגימת קובץ STL הר A ודגימה הר B לתוכנת החיתוך. סובב את הדגמים כך שהמשטחים המשולשים יוצבו על לוח הבנייה. סמן את כל החלקים, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני ובחר הדגמים שנבחרו כפולים.
הזן אחד במספר ההנחיה של העותקים ולחץ על אישור. הגדר את עובי הפרוסה ל-0.1 מילימטרים, עובי הדופן למילימטר אחד, צפיפות המילוי ל-40% ופתח את סימון תיבת התמיכה של היצירה. לחץ על לחצן פרוסה ולאחר מכן בחר שמור כדי נשלף כדי לשמור את קובץ ההדפסה בכונן USB. שמור את ההגדרות והחלף את קבצי STL באוגן אספנים ובתבנית עלון בתוכנת החיתוך.
השתמש בכלי ההעתקה כדי ליצור עותק אחד של האוגן ושמונה עותקים של התבנית לפני תחילת ההדפסה. לאחר השלמת ההדפס, הסר את הדגמים מלוח הבנייה. הסר סיבי נימה בודדים בתחתית העלון שלילי בזהירות עם חותך חוט אם אלה נמצאים בדגמי העלונים.
כדי להכין פתרון מסתובב, הניחו סולם מתחת למכסה המנוע של הפליטה. מקם עליו בקבוק זכוכית עם פקק בורג 200 מיליליטר וטרטר את הסולם. יוצקים 50 מיליליטרים של דימתילפורמיד ו-50 מיליליטרים של טטרהידרופורן לתוך בקבוק הזכוכית.
שימו לב למשקל הממסים. מניחים מוט מגנטי בתוך הבקבוק. מניחים את הבקבוק על ערבוב מגנטי ומפעילים אותו.
מעבירים את הכמות המתאימה של פוליאוריתן באיטיות לתוך בקבוק הזכוכית המכיל את תערובת הממסים תוך ערבוב בטמפרטורת החדר כדי לקבל תמיסה הומוגנית. לאחר מכן, סגרו את המכסה. הרכיבו את החלקים המודפסים בתלת-ממד יחד עם מוטות המתכת כדי ליצור את האספן ולוודא שכל התבניות מכוונות כראוי.
מניחים את האספן המורכב במערך האלקטרוספינינג ומהדקים היטב את האוגנים לציר המנוע. באמצעות קליפס תנין, חברו את הכבל המחובר לקתודה למחט 14 המדים ובדקו את החיבור בין קליפס למחט. חבר את האספן לאנודה באמצעות תפס תנין וכבל המתח הגבוה השני.
השתמש בטבעת החלקה או בכבל מופשט כדי ליצור קשר באוגן האספן. הכינו מזרק מנעול Luer על ידי מילויו ב-20 מיליליטרים של תמיסת הסיבוב. חברו את המזרק לצינור העמיד בפני ממסים ודחפו ידנית את התמיסה למערכת הצינורות עד שניתן יהיה לראות טיפה בקצה המחט.
מניחים את המזרק במשאבת המזרק. לאחר הפעלת המשאבה, הגדר את הקוטר על 19.129 מילימטרים, נפח על חמישה מיליליטרים ומהירות על שלושה מיליליטרים לשעה. כדי לבדוק את הפעלת המנוע, התחברו לבקרת המנוע על ידי לחיצה על כפתור החיבור.
לאחר החיבור, בחר את מצב פעולת מהירות הפרופיל ולחץ על כרטיסיית הפעולה הממוקמת בפינה השמאלית העליונה של המסך. בחר את לשונית מהירות הפרופיל מתחת ללחצן העצירה המהירה הממוסגר על ידי קו אדום. לאחר מכן הגדר את מהירות היעד של 200 סל"ד, תאוצת פרופיל של 100, האטה בפרופיל של 200 ועצירה מהירה של 5, 000.
התחל את ריצת הבדיקה ובדוק את האספן אם יש חוסר איזון. עצור את המנוע על ידי לחיצה על כפתור ההפעלה של המתג ושנה את מהירות היעד ל-2, 000 סל"ד. כדי לייצר את השכבה בתוכנת בקרת המנוע, לחץ על כפתור ההפעלה הפעל כדי להפעיל את המנוע.
הפעילו את ספק הכוח במתח גבוה והתאימו את המתח הן לאנודה והן לקתודה עם קוטב המינוס כ-18 קילובולטים וקוטב הפלוס כ-1.5 קילובולטים. הפעילו את משאבת המזרק בקצב זרימה של שלושה מיליליטרים לשעה. שימו לב לקצה המחט להיווצרות חרוט טיילור ובהתאם לצורת החרוט בקצה המחט, התאימו את המתח בקתודה במרווחים של 100 וולט עד להקמת חרוט טיילור יציב.
עצור את תהליך הסיבוב על ידי כיבוי יחידת אספקת החשמל, משאבת המזרק והמנוע. לאחר מכן שנה את מהירות היעד ל-10 סל"ד בתוכנת בקרת המנוע וחזור על תהליך ייצור השכבה כפי שתואר קודם לכן למשך 20 דקות נוספות. לאחר הוספת השכבה השנייה, פתחו בזהירות את הברגים המחברים את אוגני הקולט לציר המנוע והסירו את אספן העלונים ממכשיר האלקטרוספינינג.
באמצעות אזמל, חותכים את סיבי האלקטרוספון לאורך קווי המתאר החיצוניים של כל תבנית עלון. הסר את האוגן בצד אחד של האספן. לאחר מכן שלפו את התוספות המודפסות בתלת-ממד והפרידו את תבניות העלונים מהמחזיקים המשולשים הלא מוליכים.
סובבו את כל תבניות העלון ב-90 מעלות והרכיבו מחדש את האספן. הכנס את האספן לתוך מערך האלקטרוספינינג ואבטח אותו היטב. שוב, שנה את מהירות היעד בחזרה ל-2, 000 סל"ד בתוכנת בקרת המנוע והתחל את תהליך ייצור השכבה כפי שתואר קודם לכן למשך 20 דקות כדי להוסיף את השכבה השלישית של הסיבים.
לאחר הסרת האספן ממכשיר האלקטרוספינינג, יבשו את הדגימות בארון חימום בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס. לאחר שהדגימות מיובשות לחלוטין, השתמשו באזמל כדי לחתוך בזהירות לאורך הקצוות של תבנית העלון כדי להסיר עודפי סיבים. לאחר מכן, קלפו בזהירות את פיגום העלון של התבנית והניחו אותו על מגש לשימוש נוסף.
פיגום עלון תלת שכבתי מחקה את תצורת הקולגן של מסתם הלב האנושי המקומי וכל שכבה מורכבת מסיבים בקוטר של כ-4.1 מיקרומטר. סריקת הדמיית מיקרוסקופיית אלקטרונים גילתה סיבים מיושרים עם משטח חלק וכיוון קפדני בכיוון ההיקף, בעוד שסיבים לא מיושרים הראו כיוון לא תקין והצטלבויות בולטות רבות בין סיבים. הדמיה פלואורסצנטית גילתה כי השכבה התחתונה מורכבת מסיבים מיושרים בכיוון אופקי עם ההצטלבות הקטנה מאוד בין הסיבים.
השכבה האמצעית מציגה סיבים לא מיושרים ללא כיוון סיבים ראשוני, ואילו השכבה העליונה מציגה סיבים מיושרים בכיוון מאונך. מדידת העובי מראה עלייה ליניארית בעובי של כ-2.65 מיקרומטר לדקה. לאחר 60 דקות נצפתה עלייה של כ-2.52 מיקרומטר לדקה בעובי.
בדיקות מתיחה עבור פיגומי סיבים מיושרים הם בעלי חוזק של כ-12 ו-3 ניוטון למילימטר בריבוע לאורך הכיוון ההיקפי והניצבי. עם זאת, פיגומי סיבים לא מתואמים אינם מראים הבדל בחוזק המתיחה עבור כיוונים שונים. פיגומי הסיבים המיושרים חשפו יכולת הרחבה של כ-187% ו-107% בכיוון ההיקף והניצב, בעוד שהסיבים הלא מיושרים חשפו יכולת הרחבה אחידה בשני הכיוונים.
עקומות מתח הראו כי מחצלות הסיבים הלא מיושרות מפגינות התנהגות אלסטית ליניארית, בעוד שהסיבים המיושרים חשפו אי-ליניאריות בכיוון הצירי. העלונים שנוצרו יכולים לשמש להערכה ביולוגית וביומכנית. כאשר שלושה מהם מורכבים כדי ליצור מסתם אבי העורקים פונקציונלי, ניתן לבצע מגוון רחב של ניסויים במבחנה.
הפרוטוקול יאפשר לחוקרים עמיתים לא רק לייצר פיגומי סיבים רב שכבתיים, אלא גם לכוון סיבים. לכן, הם יוכלו לחקות סוגים רבים ושונים של רקמות.
