Estruturas de três camadas que consistem em fibras orientadas podem ser encontradas em todo o corpo humano. Aplicando este método, não se pode apenas criar folhetos de válvula cardíaca imitando condições naturais, mas também uma variedade de outros tecidos. Esta é a primeira vez que coletores impressos em 3D com material condutor são usados em eletropinning, fato que torna esse processo altamente flexível e econômico.
Para começar, inicie a impressão 3D carregando o suporte da amostra de arquivo STL A e o montagem B do espécime no software de corte. Gire os modelos para que as superfícies triangulares sejam colocadas na placa de construção. Marque todas as partes, clique com o botão direito do mouse e selecione multiplicar modelos selecionados.
Digite um no número de cópias imediatas e clique em OK. Ajuste a espessura da fatia em 0,1 milímetros, espessura da parede até um milímetro, densidade de enchimento até 40% e desmarque a caixa de suporte de geração. Clique no botão fatiar e, em seguida, selecione salvar para removível para salvar o arquivo de impressão em uma unidade USB. Mantenha as configurações e substitua os arquivos STL por flange coletora e modelo de folheto no software de corte.
Use a ferramenta de cópia para criar uma cópia da flange e oito cópias do modelo antes de iniciar a impressão. Após a conclusão da impressão, remova os modelos da placa de construção. Remova as fibras de filamento individuais na parte inferior do folheto negativas cuidadosamente com um cortador de arame se estas estiverem presentes nos modelos de folhetos.
Para preparar uma solução giratória, coloque uma balança sob o capô de escape. Posicione uma garrafa de vidro de tampa de parafuso de 200 mililitros sobre ele e coloque a balança. Despeje 50 mililitros de dimetilformamida e 50 mililitros de tetrahidrofurano na garrafa de vidro.
Note o peso dos solventes. Coloque uma barra magnética dentro da garrafa. Coloque a garrafa em uma mexida magnética e ligue-a.
Transfira a quantidade correspondente de poliuretano lentamente para a garrafa de vidro contendo a mistura de solventes enquanto mexe à temperatura ambiente para obter uma solução homogênea. Depois, feche a tampa. Monte as peças impressas em 3D junto com as barras metálicas para criar o coletor e certifique-se de que todos os modelos sejam orientados corretamente.
Coloque o coletor montado na configuração de eletropinning e fixe firmemente as flanges no eixo do motor. Usando um clipe de crocodilo, conecte o cabo conectado ao cátodo à agulha de calibre 14 e verifique a conexão entre o clipe e a agulha. Conecte o coletor ao ânodo usando um clipe de crocodilo e o segundo cabo de alta tensão.
Use um anel de deslizamento ou um cabo despojado para criar contato na flange do coletor. Prepare uma seringa de bloqueio Luer preenchendo-a com 20 mililitros da solução giratória. Conecte a seringa ao tubo resistente ao solvente e empurre manualmente a solução para o sistema de tubos até que uma gota seja visível na ponta da agulha.
Coloque a seringa na bomba de seringa. Depois de ligar a bomba, ajuste o diâmetro em 19.129 milímetros, volume em cinco mililitros e velocidade em três mililitros por hora. Para testar o motor, conecte-se ao controle do motor clicando no botão de conexão.
Após a conexão, selecione o modo de operação de velocidade do perfil e clique na guia de operação localizada no canto superior esquerdo da tela. Selecione a guia de velocidade do perfil abaixo do botão de parada rápida emoldurado por uma linha vermelha. Em seguida, defina a velocidade alvo de 200 RPM, aceleração de perfil de 100, desaceleração do perfil de 200 e parada rápida de 5.000.
Inicie a execução do teste e verifique se o coletor está se desequilibrando. Pare o motor clicando no botão ativado pelo interruptor e altere a velocidade do alvo para 2.000 RPM. Para fabricar a camada no software de controle do motor, clique no botão ativar de operação para ligar o motor.
Ligue a fonte de alimentação de alta tensão e ajuste a tensão tanto para ânodo quanto para cátodo com o polo negativo como 18 kilovolts e o polo mais como 1,5 kilovolts. Inicie a bomba de seringa a uma taxa de fluxo de três mililitros por hora. Observe a ponta da agulha para a formação de um cone Taylor e dependendo da forma do cone na ponta da agulha, ajuste a tensão no cátodo em incrementos de 100 volts até que um cone taylor estável seja estabelecido.
Pare o processo de fiação desligando a unidade de alimentação, a bomba de seringa e o motor. Em seguida, altere a velocidade de destino para 10 RPM no software de controle do motor e repita o processo de fabricação da camada, conforme descrito anteriormente por mais 20 minutos. Após a adição da segunda camada, abra cuidadosamente os parafusos que ligam as flanges coletoras ao eixo do motor e remova o coletor de folhetos do dispositivo de eletropinning.
Usando um bisturi, corte as fibras eletrospunas ao longo do contorno externo de cada modelo de folheto. Remova a flange de um lado do coletor. Em seguida, retire as pastilhas impressas em 3D e separe os modelos de folhetos dos suportes triangulares não condutores.
Gire todos os modelos de folhetos em 90 graus e remonte o coletor. Insira o coletor na configuração de eletropinning e fixe-o firmemente. Novamente, altere a velocidade de destino de volta para 2.000 RPM no software de controle do motor e inicie o processo de fabricação da camada, conforme descrito anteriormente por 20 minutos para adicionar a terceira camada de fibras.
Depois de remover o coletor do dispositivo de eletropinning, seque as amostras em um armário de aquecimento a 40 graus Celsius. Depois que as amostras estiverem completamente secas, use um bisturi para cortar cuidadosamente as bordas do modelo de folheto para remover fibras excedentes. Depois, descasque cuidadosamente o andaime do modelo e coloque-o em uma bandeja para uso posterior.
Um andaime de folheto de três camadas imita a configuração de colágeno da válvula cardíaca humana nativa e cada camada consiste em fibras com um diâmetro de aproximadamente 4,1 micrômetros. A varredura de imagens de microscopia eletrônica revelou fibras alinhadas com superfície lisa e orientação estrita na direção circunferencial, enquanto fibras não alinhadas mostraram orientação desordenada e muitas intersecções proeminentes entre fibras. A imagem da fluorescência revelou que a camada inferior consiste em fibras alinhadas na orientação horizontal com a pequena intersecção entre as fibras.
A camada média mostra fibras não alinhadas sem orientação primária de fibras, enquanto a camada superior mostra fibras alinhadas em uma orientação perpendicular. A medição da espessura mostra um aumento linear na espessura de aproximadamente 2,65 micrômetros por minuto. Após 60 minutos, observou-se um aumento de aproximadamente 2,52 micrômetros por minuto na espessura.
Testes de tração para andaimes de fibra alinhados têm uma força de aproximadamente 12 e 3 Newton por milímetro quadrado ao longo da orientação circunferencial e perpendicular. No entanto, andaimes de fibra não alinhados não mostram diferença na resistência à tração para diferentes orientações. Os andaimes de fibra alinhados revelaram extensibilidade de aproximadamente 187 e 107% na direção circunferencial e perpendicular, enquanto as fibras não alinhadas revelaram extensibilidade uniforme em ambas as direções.
As curvas de tensão de estresse mostraram que os tapetes de fibra não alinhados apresentam comportamento elástico linear, enquanto as fibras alinhadas revelaram não linearidade na direção axial. Os folhetos criados podem ser utilizados para avaliação biológica e biomecânica. Quando três deles são montados para criar uma válvula aórtica funcional, uma ampla gama de experimentos in vitro pode ser realizada.
O protocolo permitirá que outros pesquisadores não só fabricem andaimes de fibra multicamadas, mas também orientem fibras. Portanto, eles serão capazes de imitar muitos tipos diferentes de tecido.
