Strutture a triplo strato costituite da fibre orientate possono essere trovate in tutto il corpo umano. Applicando questo metodo, non si possono solo creare volantini valvolari cardiaci che imitano le condizioni naturali, ma anche una varietà di altri tessuti. Questa è la prima volta che i collettori stampati in 3D con materiale conduttivo sono stati utilizzati nell'elettrofilatura, un fatto che rende questo processo altamente flessibile ed economico.
Per iniziare, avvia la stampa 3D caricando il supporto del campione di file STL A e il supporto del campione B nel software di affettamento. Ruotate i modelli in modo che le superfici triangolari siano posizionate sulla piastra di costruzione. Contrassegnare tutte le parti, fare clic con il pulsante destro del mouse e selezionare moltiplica i modelli selezionati.
Immetterne uno nel numero di copie del prompt e fare clic su OK. Impostare lo spessore della fetta su 0,1 millimetri, lo spessore della parete su un millimetro, la densità di riempimento su 40% e deselezionare la casella di supporto genera. Fare clic sul pulsante della sezione e quindi selezionare Salva su rimovibile per salvare il file di stampa su un'unità USB. Mantenere le impostazioni e sostituire i file STL con flangia del collettore e modello di volantino nel software di slicing.
Utilizzare lo strumento copia per creare una copia della flangia e otto copie del modello prima di iniziare la stampa. Dopo il completamento della stampa, rimuovere i modelli dalla piastra di costruzione. Rimuovere con attenzione le singole fibre di filamento nella parte inferiore del foglietto negativo con un tagliafilo se queste sono presenti nei modelli di foglio illustrativo.
Per preparare una soluzione rotante, posizionare una bilancia sotto il cofano di scarico. Posizionare una bottiglia di vetro con tappo a vite da 200 millilitri su di essa e tarare la bilancia. Versare 50 millilitri di dimetilformammide e 50 millilitri di tetraidrofurano nella bottiglia di vetro.
Nota il peso dei solventi. Posizionare una barra magnetica all'interno della bottiglia. Posizionare la bottiglia su un agitato magnetico e accenderla.
Trasferire lentamente la quantità corrispondente di poliuretano nella bottiglia di vetro contenente la miscela di solvente mescolando a temperatura ambiente per ottenere una soluzione omogenea. Successivamente, chiudere il coperchio. Assembla le parti stampate in 3D insieme alle barre metalliche per creare il collettore e assicurati che tutti i modelli siano orientati correttamente.
Posizionare il collettore assemblato nella configurazione di elettrofilatura e fissare saldamente le flange all'asse del motore. Utilizzando una clip a coccodrillo, collegare il cavo collegato al catodo all'ago calibro 14 e controllare la connessione tra clip e ago. Collegare il collettore all'anodo utilizzando una clip a coccodrillo e il secondo cavo ad alta tensione.
Utilizzare un collettore rotante o un cavo spogliato per creare un contatto sulla flangia del collettore. Preparare una siringa Luer lock riempiendola con 20 millilitri della soluzione rotante. Collegare la siringa al tubo resistente ai solventi e spingere manualmente la soluzione nel sistema di tubazioni fino a quando una goccia è visibile sulla punta dell'ago.
Introdurre la siringa nella pompa della siringa. Dopo aver acceso la pompa, impostare il diametro a 19.129 millimetri, il volume a cinque millilitri e la velocità a tre millilitri all'ora. Per testare l'esecuzione del motore, connettersi al controllo motore facendo clic sul pulsante di connessione.
Dopo la connessione, selezionare la modalità operativa della velocità del profilo e fare clic sulla scheda operativa situata nell'angolo in alto a sinistra dello schermo. Selezionate la scheda Velocità profilo sotto il pulsante di arresto rapido incorniciato da una linea rossa. Quindi impostare la velocità target di 200 RPM, l'accelerazione del profilo di 100, la decelerazione del profilo di 200 e l'arresto rapido di 5.000.
Avviare l'esecuzione del test e verificare la presenza di eventuali squilibri nel raccoglitore. Arrestare il motore facendo clic sul pulsante di accensione e modificare la velocità target a 2.000 RPM. Per produrre lo strato nel software di controllo del motore, fare clic sul pulsante abilita operazione per accendere il motore.
Accendere l'alimentatore ad alta tensione e regolare la tensione sia per l'anodo che per il catodo con il polo meno come 18 kilovolt e il polo più come 1,5 kilovolt. Avviare la pompa della siringa a una portata di tre millilitri all'ora. Osservare la punta dell'ago per la formazione di un cono di Taylor e, a seconda della forma del cono sulla punta dell'ago, regolare la tensione al catodo con incrementi di 100 volt fino a quando non viene stabilito un cono di Taylor stabile.
Interrompere il processo di rotazione spegnendo l'alimentatore, la pompa a siringa e il motore. Quindi modificare la velocità target a 10 RPM nel software di controllo del motore e ripetere il processo di produzione dello strato come descritto in precedenza per altri 20 minuti. Dopo aver aggiunto il secondo strato, aprire con attenzione le viti che collegano le flange del collettore all'asse del motore e rimuovere il collettore a foglio dal dispositivo di elettrofilatura.
Usando un bisturi, tagliare le fibre elettrofilate lungo il contorno esterno di ciascun modello di volantino. Rimuovere la flangia su un lato del collettore. Quindi estrarre gli inserti stampati in 3D e separare i modelli di volantini dai supporti triangolari non conduttivi.
Ruotare tutti i modelli di volantini di 90 gradi e rimontare il collettore. Inserire il collettore nella configurazione di elettrofilatura e fissarlo saldamente. Ancora una volta, modificare la velocità target a 2.000 RPM nel software di controllo del motore e avviare il processo di produzione dello strato come descritto in precedenza per 20 minuti per aggiungere il terzo strato di fibre.
Dopo aver rimosso il collettore dal dispositivo di elettrofilatura, asciugare i campioni in un armadio di riscaldamento a 40 gradi Celsius. Dopo che i campioni sono stati completamente asciugati, utilizzare un bisturi per tagliare con cura lungo i bordi del modello di volantino per rimuovere le fibre in eccesso. Successivamente, sbucciare con cura l'impalcatura del volantino del modello e posizionarlo su un vassoio per un ulteriore utilizzo.
Un'impalcatura a foglioline a triplo strato imita la configurazione del collagene della valvola cardiaca umana nativa e ogni strato è costituito da fibre con un diametro di circa 4,1 micrometri. L'imaging al microscopio elettronico a scansione ha rivelato fibre allineate con superficie liscia e orientamento rigoroso nella direzione circonferenziale, mentre le fibre non allineate hanno mostrato un orientamento disordinato e molte intersezioni prominenti tra le fibre. L'imaging a fluorescenza ha rivelato che lo strato inferiore è costituito da fibre allineate in orientamento orizzontale con la pochissima intersezione tra le fibre.
Lo strato intermedio mostra fibre non allineate senza orientamento della fibra primaria, mentre lo strato superiore mostra fibre allineate in un orientamento perpendicolare. La misurazione dello spessore mostra un aumento lineare dello spessore di circa 2,65 micrometri al minuto. Dopo 60 minuti, è stato osservato un aumento di spessore di circa 2,52 micrometri al minuto.
Le prove di trazione per impalcature in fibra allineata hanno una resistenza di circa 12 e 3 Newton per millimetro quadrato lungo l'orientamento circonferenziale e perpendicolare. Tuttavia, gli scaffold in fibra non allineati non mostrano alcuna differenza nella resistenza alla trazione per diversi orientamenti. Gli scaffold in fibra allineati hanno rivelato un'estensibilità di circa il 187 e il 107% nella direzione circonferenziale e perpendicolare, mentre le fibre non allineate hanno rivelato un'estensibilità uniforme in entrambe le direzioni.
Le curve di deformazione dello stress hanno mostrato che i tappetini in fibra non allineati mostrano un comportamento elastico lineare, mentre le fibre allineate hanno rivelato la non linearità nella direzione assiale. I foglietti creati possono essere utilizzati per la valutazione biologica e biomeccanica. Quando tre di essi sono assemblati per creare una valvola aortica funzionale, è possibile eseguire una vasta gamma di esperimenti in vitro.
Il protocollo consentirà ai colleghi ricercatori non solo di produrre scaffold in fibra multistrato, ma anche di orientare le fibre. Pertanto, saranno in grado di imitare molti diversi tipi di tessuto.
