배향 섬유로 구성된 삼중 층 구조는 인체 전체에서 발견 될 수 있습니다. 이 방법을 적용하면 자연 조건을 모방 한 심장 판막 전단지뿐만 아니라 다양한 다른 조직도 만들 수 있습니다. 전도성 물질로 된 3D 인쇄 컬렉터가 전기 방사에 사용 된 것은 이번이 처음이며,이 공정을 매우 유연하고 비용 효율적으로 만드는 사실입니다.
시작하려면 STL 파일 시편 마운트 A와 시편 마운트 B를 슬라이싱 소프트웨어에 업로드하여 3D 프린팅을 시작하십시오. 삼각형 서피스가 빌드 플레이트에 배치되도록 모델을 회전합니다. 모든 부품을 표시하고 마우스 오른쪽 버튼을 클릭한 다음 선택한 모델 곱하기를 선택합니다.
프롬프트 매수에 하나를 입력하고 확인을 클릭합니다. 슬라이스 두께를 0.1mm, 벽 두께를 1mm, 채우기 밀도를 40%로 설정하고 생성 지원 상자의 선택을 취소합니다. 슬라이스 단추를 클릭한 다음 이동식 저장을 선택하여 인쇄 파일을 USB 드라이브에 저장합니다. 설정을 유지하고 STL 파일을 슬라이싱 소프트웨어의 컬렉터 플랜지 및 전단지 템플릿으로 바꿉니다.
인쇄를 시작하기 전에 복사 도구를 사용하여 플랜지의 복사본 하나와 템플릿의 복사본 여덟 개를 만듭니다. 인쇄가 완료되면 빌드 플레이트에서 모델을 제거하십시오. 전단지 모델에 있는 경우 와이어 커터로 리플릿 하단에 있는 개별 필라멘트 섬유를 조심스럽게 제거하십시오.
방사 용액을 준비하려면 배기 후드 아래에 스케일을 놓습니다. 200 밀리리터 스크류 캡 유리 병을 그 위에 놓고 스케일을 깎으십시오. 50 밀리리터의 디메틸 포름 아미드와 50 밀리리터의 테트라 하이드로 퓨란을 유리 병에 붓습니다.
용매의 중량을 주목하십시오. 병 안에 마그네틱 바를 놓습니다. 병을 마그네틱 저어에 놓고 전원을 켭니다.
상응하는 양의 폴리우레탄을 실온에서 교반하면서 용매 혼합물을 함유하는 유리 병에 천천히 옮기고 균질한 용액을 얻었다. 그런 다음 뚜껑을 닫으십시오. 3D 인쇄된 부품을 금속 막대와 함께 조립하여 컬렉터를 만들고 모든 템플릿의 방향이 올바른지 확인합니다.
조립 된 컬렉터를 전기 방사 설정에 놓고 플랜지를 모터 축에 단단히 고정하십시오. 악어 클립을 사용하여 음극에 연결된 케이블을 14 게이지 바늘에 연결하고 클립과 바늘 사이의 연결을 확인하십시오. 악어 클립과 두 번째 고전압 케이블을 사용하여 컬렉터를 양극에 연결합니다.
슬립 링 또는 스트립 케이블을 사용하여 컬렉터의 플랜지에 접촉을 생성합니다. Luer 잠금 주사기를 20 밀리리터의 회전 용액으로 채워서 준비하십시오. 주사기를 용제 내성 튜브에 연결하고 바늘 끝에 액적이 보일 때까지 용액을 튜브 시스템에 수동으로 밀어 넣습니다.
주사기를 주사기 펌프에 넣으십시오. 펌프를 켠 후 직경을 19.129 밀리미터, 부피를 다섯 밀리리터, 속도를 시간당 세 밀리리터로 설정하십시오. 모터 작동을 테스트하려면 연결 단추를 클릭하여 모터 컨트롤에 연결합니다.
연결 후 프로파일 속도 작동 모드를 선택하고 화면의 왼쪽 상단에있는 작업 탭을 클릭하십시오. 빨간색 선으로 표시된 빠른 중지 단추 아래의 프로파일 속도 탭을 선택합니다. 그런 다음 목표 속도 200RPM, 프로파일 가속도 100, 프로파일 감속 200 및 빠른 정지 5, 000을 설정합니다.
테스트 실행을 시작하고 컬렉터에 불균형이 있는지 확인합니다. 활성화 버튼의 스위치를 클릭하여 모터를 정지시키고 목표 속도를 2, 000RPM으로 변경하십시오. 모터 제어 소프트웨어에서 레이어를 제조하려면 작동 활성화 버튼을 클릭하여 모터를 켭니다.
고전압 전원 공급 장치를 켜고 마이너스 폴을 18킬로볼트로, 플러스 폴을 1.5킬로볼트로 사용하여 양극과 음극 모두에 대한 전압을 조정합니다. 시린지 펌프를 시간당 세 밀리리터의 유속으로 시작하십시오. 테일러 콘의 형성을위한 바늘 팁을 관찰하고 바늘 끝에서 원뿔의 모양에 따라 안정적인 테일러 콘이 확립 될 때까지 음극의 전압을 100 볼트 단위로 조정하십시오.
전원 공급 장치, 주사기 펌프 및 모터를 꺼서 방사 프로세스를 중지하십시오. 그런 다음 모터 제어 소프트웨어에서 목표 속도를 10RPM으로 변경하고 앞서 설명한 대로 레이어 제조 공정을 20분 동안 반복합니다. 두 번째 레이어를 추가 한 후 컬렉터 플랜지를 모터 축에 연결하는 나사를 조심스럽게 열고 전기 방사 장치에서 리플릿 컬렉터를 제거하십시오.
메스를 사용하여 각 리플릿 템플릿의 외부 윤곽을 따라 전기방사된 섬유를 절단합니다. 컬렉터의 한쪽에 있는 플랜지를 분리합니다. 그런 다음 3D 인쇄된 인서트를 꺼내 전단지 템플릿을 비전도 삼각형 홀더와 분리합니다.
모든 전단지 템플릿을 90도 회전하고 컬렉터를 다시 어셈블합니다. 컬렉터를 전기 방사 설정에 삽입하고 단단히 고정하십시오. 다시 말하지만, 모터 제어 소프트웨어에서 목표 속도를 다시 2, 000RPM으로 변경하고 앞서 설명한 대로 레이어 제조 공정을 20분 동안 시작하여 세 번째 섬유 레이어를 추가합니다.
전기방사 장치로부터 컬렉터를 제거한 후, 샘플을 섭씨 40도의 가열 캐비닛에서 건조시킨다. 샘플을 완전히 건조 한 후 메스를 사용하여 전단지 템플릿의 가장자리를 따라 조심스럽게 잘라 잉여 섬유를 제거하십시오. 그런 다음 템플릿의 전단지 스캐폴드를 조심스럽게 벗겨 트레이에 올려 놓고 나중에 사용하십시오.
삼중 층으로 된 전단지 스캐폴드는 천연 인간 심장 판막의 콜라겐 구성을 모방하고 각 층은 직경이 약 4.1 마이크로 미터인 섬유로 구성됩니다. 주사 전자 현미경 이미징은 원주 방향의 매끄러운 표면과 엄격한 방향을 가진 정렬 된 섬유를 밝혀 냈고, 정렬되지 않은 섬유는 무질서한 방향과 섬유 사이의 많은 두드러진 교차점을 보였다. 형광 이미징은 바닥 층이 섬유 사이의 교차점이 거의없는 수평 방향으로 정렬 된 섬유로 구성되어 있음을 보여주었습니다.
중간 층은 일차 섬유 방향이 없는 정렬되지 않은 섬유를 표시하는 반면, 최상층은 수직 방향으로 정렬된 섬유를 표시합니다. 두께 측정은 분당 약 2.65 마이크로미터의 두께의 선형 증가를 보여준다. 60분 후, 분당 약 2.52마이크로미터의 두께 증가가 관찰되었다.
정렬된 섬유 스캐폴드에 대한 인장 시험은 원주 및 수직 방향을 따라 밀리미터 평방 당 약 12 및 3 뉴턴의 강도를 갖는다. 그러나, 정렬되지 않은 섬유 스캐폴드는 상이한 배향에 대한 인장 강도의 차이를 나타내지 않는다. 정렬된 섬유 스캐폴드는 원주 및 수직 방향에서 약 187 및 107%의 확장성을 나타냈으며, 정렬되지 않은 섬유는 양방향으로 균일한 확장성을 나타냈다.
응력 변형 곡선은 정렬되지 않은 섬유 매트가 선형 탄성 거동을 나타내는 반면, 정렬 된 섬유는 축 방향의 비선형성을 나타냈다. 생성 된 전단지는 생물학적 및 생체 역학적 평가에 사용할 수 있습니다. 이들 중 세 개를 조립하여 기능성 대동맥 판막을 만들면 광범위한 시험관 내 실험을 수행 할 수 있습니다.
이 프로토콜은 동료 연구원들이 다층 섬유 스캐폴드를 제조 할뿐만 아니라 섬유를 지향 할 수있게 해줍니다. 따라서 그들은 많은 다른 유형의 조직을 모방 할 수 있습니다.
