Name: 3d printed porous cellulose nanocomposite hydrogel scaffolds
Uploaded: 2019-04-24T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds at JoVE.com

هذه الدراسة يدعمه ماليا كنوت واليس والنبرغ مؤسسة (مركز العلوم الخشب والنبرغ)، "مجلس البحوث السويدية"، VR (بيويال، DNR 2016-05709 و DNR 2017-04254).

1-إعداد السلائف
<ol><li>إعداد تعليق نانوكريستالس السليلوز ملاحظة: يتم عزل نانوكريستالس السليلوز وفقا للإجراءات التي أوردها ماثيو، وآخرون30.<ol>
<li>تمييع wt تعليق 17% نانوكريستالس السليلوز إلى 2% بالوزن بإضافة الماء لجعل إجمالي حجم 2 ميكس ل. استخدام دقة فائقة من سونيكيشن واستخدام مجم...

<ol>
	<li>Moon, R. J., Martini, A., Nairn, J., Simonsen, J., Youngblood, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulose+nanomaterials+review:+structure,+properties+and+nanocomposites.">Cellulose nanomaterials review: structure, properties and nanocomposites.</a> Chemical Society Reviews. 40 (7), 3941-3994 (2011).</li><li>Dufresne, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocellulose:+a+new+ageless+bionanomaterial.">Nanocellulose: a new ageless bionanomaterial.</a> Materials Today. 16 (6), 220-227 (2013).</li><li>Chinga-Carrasco, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+and+limitations+of+nanocelluloses+as+components+in+biocomposite+inks+for+three-dimensional+bioprinting+and+for+biomedical+devices.">Potential and limitations of nanocelluloses as components in biocomposite inks for three-dimensional bioprinting and for biomedical devices.</a> Biomacromolecules. 19 (3), 701-711 (2018).</li><li>Naseri, N., Poirier, J., Girandon, L., Fr&#246;hlich, M., Oksman, K., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3-Dimensional+porous+nanocomposite+scaffolds+based+on+cellulose+nanofibers+for+cartilage+tissue+engineering:+tailoring+of+porosity+and+mechanical+performance.">3-Dimensional porous nanocomposite scaffolds based on cellulose nanofibers for cartilage tissue engineering: tailoring of porosity and mechanical performance.</a> Royal Society of Chemistry Advances. 6 (8), 5999-6007 (2016).</li><li>Naseri, N., Deepa, B., Mathew, A. P., Oksman, K., Girandon, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocellulose-Based+Interpenetrating+Polymer+Network+(IPN)+Hydrogels+for+Cartilage+Applications.">Nanocellulose-Based Interpenetrating Polymer Network (IPN) Hydrogels for Cartilage Applications.</a> Biomacromolecules. 17 (11), 3714-3723 (2016).</li><li>Naseri, N., Mathew, A. P., Girandon, L., Fr&#246;hlich, M., Oksman, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+electrospun+nanocomposite+mats+based+on+chitosan-cellulose+nanocrystals+for+wound+dressing:+effect+of+surface+characteristics+of+nanocrystals.">Porous electrospun nanocomposite mats based on chitosan-cellulose nanocrystals for wound dressing: effect of surface characteristics of nanocrystals.</a> Cellulose. 22 (1), 521-534 (2015).</li><li>Xing, Q., Zhao, F., Chen, S., McNamara, J., DeCoster, M. A., Lvov, Y. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+biocompatible+three-dimensional+scaffolds+of+cellulose+microfiber/gelatin+composites+for+cell+culture.">Porous biocompatible three-dimensional scaffolds of cellulose microfiber/gelatin composites for cell culture.</a> Acta Biomaterialia. 6 (6), 2132-2139 (2010).</li><li>Nandgaonkar, A., Krause, W., Lucia, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+cellulosic+composite+scaffolds+for+cartilage+tissue+engineering.">Fabrication of cellulosic composite scaffolds for cartilage tissue engineering.</a> Nanocomposites for musculoskeletal tissue regeneration. , 187-212 (2016).</li><li>Gross, B. C., Erkal, J. L., Lockwood, S. Y., Chen, C., Spence, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+3D+printing+and+its+potential+impact+on+biotechnology+and+the+chemical+sciences.">Evaluation of 3D printing and its potential impact on biotechnology and the chemical sciences.</a> Analytical Chemistry. 86 (7), 3240-3253 (2014).</li><li>Markstedt, K., Mantas, A., Tournier, I., Marti&#769;nez A&#769;vila, H., Ha&#776;gg, D., Gatenholm, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+bioprinting+human+chondrocytes+with+nanocellulose-alginate+bioink+for+cartilage+tissue+engineering+applications.">3D bioprinting human chondrocytes with nanocellulose-alginate bioink for cartilage tissue engineering applications.</a> Biomacromolecules. 16 (5), 1489-1496 (2015).</li><li>Sultan, S., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printed+scaffolds+with+gradient+porosity+based+on+a+cellulose+nanocrystal+hydrogel.">3D printed scaffolds with gradient porosity based on a cellulose nanocrystal hydrogel.</a> Nanoscale. 10, 4421-4431 (2018).</li><li>Sultan, S., Siqueira, G., Zimmermann, T., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+of+nano-cellulosic+biomaterials+for+medical+applications.">3D printing of nano-cellulosic biomaterials for medical applications.</a> Current Opinion in Biomedical Engineering. 2, 29-34 (2017).</li><li>Sultan, S., Abdelhamid, H. N., Zou, X., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CelloMOF:+Nanocellulose+Enabled+3D+Printing+of+Metal-Organic+Frameworks.">CelloMOF: Nanocellulose Enabled 3D Printing of Metal-Organic Frameworks.</a> Advanced Functional Materials. , 1805372-1805384 (2018).</li><li>Siqueira, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulose+Nanocrystal+Inks+for+3D+Printing+of+Textured+Cellular+Architectures.">Cellulose Nanocrystal Inks for 3D Printing of Textured Cellular Architectures.</a> Advanced Functional Materials. 27 (12), 1604619-1604629 (2017).</li><li>Wang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-in-One+Cellulose+Nanocrystals+for+3D+Printing+of+Nanocomposite+Hydrogels.">All-in-One Cellulose Nanocrystals for 3D Printing of Nanocomposite Hydrogels.</a> Angewandte Chemie International Edition. 57 (9), 2353-2356 (2018).</li><li>Hausmann, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+Cellulose+Nanocrystal+Alignment+during+3D+Printing.">Dynamics of Cellulose Nanocrystal Alignment during 3D Printing.</a> ACS Nano. 12 (7), 6926-6937 (2018).</li><li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscale+assembly+of+cellulose+nanocrystals+during+drying+and+redispersion.">Nanoscale assembly of cellulose nanocrystals during drying and redispersion.</a> ACS Macro Letters. 7 (2), 172-177 (2018).</li><li>Murphy, S. V., Atala, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+bioprinting+of+tissues+and+organs.">3D bioprinting of tissues and organs.</a> Nature Biotechnology. 32 (8), 773-785 (2014).</li><li>Pati, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Printing+three-dimensional+tissue+analogues+with+decellularized+extracellular+matrix+bioink.">Printing three-dimensional tissue analogues with decellularized extracellular matrix bioink.</a> Nature communications. 5, 3935 (2014).</li><li>Xia, Z., Jin, S., Ye, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+and+organ+3D+bioprinting.">Tissue and organ 3D bioprinting.</a> SLAS TECHNOLOGY: Translating Life Sciences Innovation. 23 (4), 301-314 (2018).</li><li>Zhang, Q., Lu, H., Kawazoe, N., Chen, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pore+size+effect+of+collagen+scaffolds+on+cartilage+regeneration.">Pore size effect of collagen scaffolds on cartilage regeneration.</a> Acta Biomaterialia. 10 (5), 2005-2013 (2014).</li><li>Loh, Q. L., Choong, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+scaffolds+for+tissue+engineering+applications:+role+of+porosity+and+pore+size.">Three-dimensional scaffolds for tissue engineering applications: role of porosity and pore size.</a> Tissue Engineering, Part B: Reviews. 19 (6), 485-502 (2013).</li><li>Bru&#382;auskait&#279;, I., Bironait&#279;, D., Bagdonas, E., Bernotien&#279;, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaffolds+and+cells+for+tissue+regeneration:+different+scaffold+pore+sizes-different+cell+effects.">Scaffolds and cells for tissue regeneration: different scaffold pore sizes-different cell effects.</a> Cytotechnology. 68 (3), 355-369 (2016).</li><li>Zhang, L., Hu, J., Athanasiou, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+tissue+engineering+in+articular+cartilage+repair+and+regeneration.">The role of tissue engineering in articular cartilage repair and regeneration.</a> Critical Reviews&#8482; in Biomedical Engineering. 37 (1-2), (2009).</li><li>Athanasiou, K., Rosenwasser, M., Buckwalter, J., Malinin, T., Mow, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interspecies+comparisons+of+in+situ+intrinsic+mechanical+properties+of+distal+femoral+cartilage.">Interspecies comparisons of in situ intrinsic mechanical properties of distal femoral cartilage.</a> Journal of Orthopaedic Research. 9 (3), 330-340 (1991).</li><li>Schinagl, R. M., Gurskis, D., Chen, A. C., Sah, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depth-dependent+confined+compression+modulus+of+full-thickness+bovine+articular+cartilage.">Depth-dependent confined compression modulus of full-thickness bovine articular cartilage.</a> Journal of Orthopaedic Research. 15 (4), 499-506 (1997).</li><li>Athanasiou, K., Niederauer, G., Schenck, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+topography+of+human+ankle+cartilage.">Biomechanical topography of human ankle cartilage.</a> Annals Biomedical Engineering. 23 (5), 697-704 (1995).</li><li>Athanasiou, K. A., Liu, G. T., Lavery, L. A., Lanctot, D. R., Schenck, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+topography+of+human+articular+cartilage+in+the+first+metatarsophalangeal+joint.">Biomechanical topography of human articular cartilage in the first metatarsophalangeal joint.</a> Clinical Orthopaedics and Related Research. 348, 269-281 (1998).</li><li>Guilak, F., Jones, W. R., Ting-Beall, H. P., Lee, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+deformation+behavior+and+mechanical+properties+of+chondrocytes+in+articular+cartilage.">The deformation behavior and mechanical properties of chondrocytes in articular cartilage.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 7 (1), 59-70 (1999).</li><li>Mathew, A. P., Oksman, K., Karim, Z., Liu, P., Khan, S. A., Naseri, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+scale+up+and+characterization+of+wood+cellulose+nanocrystals+hydrolysed+using+bioethanol+pilot+plant.">Process scale up and characterization of wood cellulose nanocrystals hydrolysed using bioethanol pilot plant.</a> Industrial Crops and Products. 58, 212-219 (2014).</li><li>Compton, B. G., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D-printing+of+lightweight+cellular+composites.">3D-printing of lightweight cellular composites.</a> Advanced Materials. 26 (34), 5930-5935 (2014).</li><li>Sarem, M., Moztarzadeh, F., Mozafari, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+can+genipin+assist+gelatin/carbohydrate+chitosan+scaffolds+to+act+as+replacements+of+load-bearing+soft+tissues.">How can genipin assist gelatin/carbohydrate chitosan scaffolds to act as replacements of load-bearing soft tissues.</a> Carbohydrate Polymers. 93 (2), 635-643 (2013).</li><li>Chia, H. N., Hull, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compressive+moduli+of+the+human+medial+meniscus+in+the+axial+and+radial+directions+at+equilibrium+and+at+a+physiological+strain+rate.">Compressive moduli of the human medial meniscus in the axial and radial directions at equilibrium and at a physiological strain rate.</a> Journal of orthopaedic research. 26 (7), 951-956 (2008).</li><li>Zhang, K., Fan, Y., Dunne, N., Li, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+microporosity+on+scaffolds+for+bone+tissue+engineering.">Effect of microporosity on scaffolds for bone tissue engineering.</a> Regenerative biomaterials. 5 (2), 115-124 (2018).</li><li>Lin, N., Dufresne, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocellulose+in+biomedicine:+Current+status+and+future+prospect.">Nanocellulose in biomedicine: Current status and future prospect.</a> European Polymer Journal. 59, 302-325 (2014).</li><li>Domingues, R. M., Gomes, M. E., Reis, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+potential+of+cellulose+nanocrystals+in+tissue+engineering+strategies.">The potential of cellulose nanocrystals in tissue engineering strategies.</a> Biomacromolecules. 15 (7), 2327-2346 (2014).</li></ol>

الطباعة ثلاثية الأبعاد تتطلب خصائص انسيابية ملائمة الحبر المائية. الحبر عالية اللزوجة سيتطلب الضغوط القصوى لقذف به حين الحبر منخفضة اللزوجة لا سوف تحافظ على شكلها بعد البثق. يمكن التحكم في لزوجة الحبر المائية من خلال تركيز المكونات. بالمقارنة مع لدينا العمل السابقة11، يتم زي?...

السليولوز هو السكاريد تتكون من سلاسل خطية من β وحدات د-الجلوكوز المرتبط (1-4). وهو البوليمر الطبيعية الأكثر وفرة على الأرض ويستخرج من مجموعة متنوعة من المصادر، بما في ذلك الحيوانات البحرية (مثلاً، تونيكاتيس) والنباتات (مثل الخشب والقطن وقش القمح) ومصادر البكتيرية، مثل الطحالب (فالونيا مثلاً)، والفطريات، وحتى أميبا (البروتوزوا )1،2. الحصول على السليلوز النانو (CNF) ونانوكريستالس السليلوز (الحاسب الآلي) مع البعد واحد على الأقل في النانو من خلال المعالجات الميكانيكية والتحلل المائي الحمضي من السليولوز. ليس فقط لديهم خصائص السليلوز، مثل إمكانية تعديل المواد الكيميائية، والمنخفضة السمية، وتوافق مع الحياة، القابلة للتحلل، والمتجددة، ولكن لها أيضا خصائص النانو مثل ارتفاع مساحة محددة، الخصائص الميكانيكية العالية ، الخصائص الضوئية وانسيابية. هذه خصائص جذابة جعلت كنفس ومركزا مناسباً للتطبيقات الطبية الحيوية، أساسا في شكل ثلاثي الأبعاد (3D) السقالات المائية3. وتتطلب هذه السقالات الأبعاد المخصصة مع هيكل المسام التي تسيطر عليها والمترابطة المسامية. وأفادت مجموعتنا وآخرون نانومترى السليلوز مسامية 3D أعدت عن طريق الصب، واليكتروسبينينج، والتجميد4،،من56،،من78. غير أن السيطرة على هيكل المسام وتلفيق هندسة معقدة لا يتحقق من خلال هذه التقنيات التقليدية.
3D الطباعة هو أسلوب تصنيع مضافة، التي يتم إنشاء الكائنات 3D طبقة بطبقة من خلال ترسب الحبر9الكمبيوتر التي تسيطر عليها. مزايا الطباعة 3D على التقنيات التقليدية ليشمل حرية تصميم، الماكرو التي تسيطر عليها والأبعاد الدقيقة، تلفيق أبنية معقدة والتخصيص وإمكانية تكرار نتائج.  وبالإضافة إلى ذلك، يوفر 3D الطباعة كنفس ومركزا أيضا التحالفات التي يسببها القص من جسيمات نانوية، يفضل اتجاهية، مسامية متدرجة ويمكن أن تمتد بسهولة إلى، بيوبرينتينج 3D10،،من1112 13 , 14 , 15-في الآونة الأخيرة، أفادت ديناميات مركزا تم محاذاة أثناء الطباعة 3D16،17. وقد تمكن التقدم في ميدان بيوبرينتينج 3D مطبوعة الأنسجة والأعضاء على الرغم من التحدي الذي ينطوي عليها مثل الاختيار وتركيز الخلايا الحية وعوامل النمو، تكوين الحبر الناقل، طباعة الضغوط وأقطار فوهة18 ،،من1920.
المسامية وقوة ضاغطة للسقالات التجدد الغضروف هي الخصائص الهامة التي تملي على الكفاءة والأداء. حجم المسام دوراً هاما للالتصاق والتمايز، وتكاثر الخلايا، وكذلك فيما يتعلق بتبادل المواد الغذائية و النفايات الأيضية21. ومع ذلك، هناك لا حجم المسام محددة التي يمكن أن تعتبر كقيمة مثالية، بعض الدراسات أظهرت بيواكتيفيتي أعلى مع مسام أصغر حجماً بينما الآخرين تبين أفضل تجديد الغضاريف مع المسام الكبيرة. ماكروبوريس (< 500 ميكرومتر) تيسير التمعدن النسيج، والإمداد بالمواد الغذائية والتخلص من النفايات في حين ميكروبوريس (150-250 ميكرومتر) تيسير مرفق خلية وأفضل الخصائص الميكانيكية،من2223. يجب أن يكون مزروع سقالة السلامة الميكانيكية كافية من الوقت للتعامل مع غرس وحتى انتهاء الغرض المنشود منه. معامل الضغط الكلي الغضروف المفصلي الطبيعي يقال في النطاق من 0.1-2 الآلام والكروب الذهنية حسب السن والجنس ومكان اختبار4،24،،من2526،27 ،،من2829.
في لدينا العمل السابقة11، استخدمت 3D الطباعة باختلاق بيوسكافولدس المسامية من كروسلينكيد مزدوجة إينتيربينيتراتينج البوليمر الشبكة (IPN) من حبر المائية التي تتضمن مركزا معززة في مصفوفة من الجينات الصوديوم والجيلاتين. مسار الطباعة 3D الأمثل لتحقيق السقالات 3D مع هياكل المسام موحدة والتدرج (80-2,125 ميكرومتر) حيث يفضل توجيه نانوكريستالس في اتجاه الطباعة (درجة التوجه بين 61-76%). وهنا، نحن هذا استمرار هذا العمل ويوضح تأثير المسامية على الخواص الميكانيكية ل 3D طباعة السقالات المائية في ظروف محاكاة الجسم. في وقت سابق أبلغ مركزا يستخدم هنا، لنا أن تكون سيتوكومباتيبلي وغير سامة (أي نمو الخلايا بعد 15 يوما حضانة كان أكد30). وعلاوة على ذلك، أعدت السقالات عن طريق التجفيف استخدام نفس مركزا، وأظهرت الجينات الصوديوم والجيلاتين المسامية عالية، وامتصاص عالية المالحة العازلة الفوسفات وسيتوكومباتيبيليتي تجاه الخلايا الجذعية الوسيطة5. والهدف من هذا العمل لإثبات تجهيز الحبر المائية والطباعة 3D من السقالات المليئة بالثغرات واختبار ضغط. ويرد في الشكل 1الخطط لتجهيز الطريق.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1217px;" width="1215">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">60 mL syringe</td>
			<td style="width:209px;">Structur3D Printing</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Alginic acid sodium salt</td>
			<td style="width:209px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">9005-38-3</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Anhydrous calcium chloride</td>
			<td style="width:209px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">10043-52-4</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Clamps, three pronged, Talon</td>
			<td style="width:209px;">VWR</td>
			<td style="width:175px;">241-0404</td>
			<td style="width:551px;">102 mm, Dual adjustment clamp, large, clamp extension 127 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Cura 2.4.0</td>
			<td style="width:209px;">Ultimaker</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">Free slicing software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Discov3ry Complete</td>
			<td style="width:209px;">Structur3D Printing</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">Ultimaker 2+ 3D printer integrated with Discov3ry paste extruder</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Gelatin from bovine skin</td>
			<td style="width:209px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">9000-70-8</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Glutaraldehyde solution 50 wt. % in H2O</td>
			<td style="width:209px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:175px;">111-30-8</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">homogenizer</td>
			<td style="width:209px;">SPX</td>
			<td style="width:175px;">APV-2000</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Instron 5960</td>
			<td style="width:209px;">Instron</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">Instron 5960, Biopuls Bath, 100 N load cell, 37 &#176;C,</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Physica MCR 301 rheometer</td>
			<td style="width:209px;">Anton Paar</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">CP25-2-SN7617, gap height 0.05 mm, 25 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Sorvall Lynx 6000 centrifuge</td>
			<td style="width:209px;">AB Ninolab</td>
			<td style="width:175px;">s/n 41881692</td>
			<td style="width:551px;">F12-rotor (6x500 ml)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">stainless steel nozzle</td>
			<td style="width:209px;">Structur3D Printing</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">800, 600 and 400 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">thingsinverse</td>
			<td style="width:209px;">MakerBot&#39;s</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">&#160;sharing and downloading 3D printable things in form of stl files</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">ultra sonication</td>
			<td style="width:209px;">Qsonica, LLC</td>
			<td style="width:175px;">Q500</td>
			<td style="width:551px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">Unbarked wood chips</td>
			<td style="width:209px;">Norway spruce(Picea abies)</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:551px;">dry matter content of 50&#8211;55%</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d printed porous cellulose nanocomposite hydrogel scaffolds

يوضح هذا العمل استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) لإنتاج السقالات مكعب مسامية استخدام السليلوز نانوي المائية الحبر، مع هيكل المسام التي تسيطر عليها والخصائص الميكانيكية. نانوكريستالس السليلوز (مركزا، 69.62 wt %) وقد وضع المائية استناداً إلى الحبر مع مصفوفة (الجينات الصوديوم والجيلاتين) 3D طباعتها إلى السقالات مع هيكل مسام موحد والتدرج (110-1,100 ميكرومتر). أظهرت السقالات معامل ضغط في النطاق من 0.20-0.45 الآلام والكروب الذهنية عند اختباره في محاكاة ظروف المجراة في (في الماء المقطر عند 37 درجة مئوية). في أحجام المسام ومعامل ضغط من السقالات 3D المتطابقة مع المتطلبات اللازمة لتطبيقات تجديد الغضاريف. يوضح هذا العمل أن اتساق الحبر يمكن التحكم بتركيز على السلائف والمساميه يمكن التحكم بواسطة عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد وكل من هذه العوامل في المقابل يعرف الميكانيكية خصائص 3D الطباعة المسامية سقالة المائية. ولذلك يمكن استخدام هذا الأسلوب عملية اختﻻق السقالات هيكلياً وشكل تركيبي مخصصة وفقا للاحتياجات المحددة للمرضى.

ويظهر الحبر المائية نانوي مركزا على أساس إمالة غير نيوتن قوي رقيق السلوك (الشكل 2). الظاهر لزوجة 1.55 × 105 Pa.s بمعدل قص منخفض (0.001 s-1) يسقط خمسة أوامر للحجم إلى قيمة Pa.s 22.60 50 s-1 (إيتش فايف زيرو s-1 يجري بمعدل قص نموذجي ذوي خبرة أثناء الطباعة 3D) بمعدل قص<...

Watch this Scientific Journal Video about 3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds at JoVE.com

3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds

3D طبع السقالات السليلوز المسامية المائية نانوي

ثلاث خطوات حاسمة في هذا البروتوكول هي ط) تطوير التكوين الصحيح والمسام اتساق الحبر المائية السليلوز، ثانيا) 3D الطباعة من السقالات في مختلف الهياكل مع الإخلاص جيدة الشكل والأبعاد والثالث) مظاهرة الخواص الميكانيكية في ظروف محاكاة الجسم لتجديد الغضاريف.

This work demonstrates the use of three-dimensional (3D) printing to produce porous cubic scaffolds using cellulose nanocomposite hydrogel ink, with ...

هذا هو التقرير الأول عن 3D المطبوعة نانوسيللوز hydrogel scaffolds حيث لدينا هيكل مسام التدرج والخصائص الميكانيكية لتقليد الهياكل الطبيعية والغضاريف. المزايا الرئيسية اثنين من استخدام تقنيات الطباعة 3D هي التخصيص وحرية التصميم. وهذا يفتح فرصة غير محدودة لاختلاق تصاميم هندسية جديدة وغير مستكشفة.هذا البروتوكول سهل الاستخدام، ويمكن للقادمين الجدد بسهولة إعادة إنتاج النتائج. اختيار برنامج التقطيع وحركة الفوهة له تأثير كبير على المنتج النهائي. للبدء، وإعداد 40 ملليلتر من حبر الهيدروجيل عن طريق خلط 11٪ من قبل CNC الوزن، 6٪ من الوزن الصوديوم الجينات، و 12٪ من الجيلاتين الوزن في وعاء.سخني الخليط إلى 40 درجة مئوية، واخلطي مع ملعقة حتى يتم الحصول على عجينة ناعمة. نقل الخليط إلى حقنة 60 ملليلتر. بعد ذلك ، مع مساعدة من المشبك الميكانيكية ، وتمرير الخليط من خلال سلسلة من الفوهات مع أقطار مختلفة في حقنة أخرى 60 ملليلتر.كرر العملية حتى يتم الحصول على خيوط مقذوف بسلاسة من حبر الهيدروجيل. برفق الطرد المركزي حقنة مليئة الحبر هيدروجيل في 4،000 مرات ز لإزالة الهواء المحاصرين. من بطاقة SD، حدد الملفات المحفوظة للسقالات المسامية الموحدة والتدرج، وابدأ الطباعة.إذا لزم الأمر، ضبط سرعة ومعدل التدفق وفقا لذلك. لربط عبر سقالة بعد اكتمال الطباعة 3D، بلطف إضافة قطرات من 3٪ من الوزن محلول كلوريد الكالسيوم إلى السقالة حتى يصبح الرطب تماما. انتظر خمس دقائقنقل بعناية فائقة سقالة من سرير الطابعة إلى حاوية 50 ملليلتر مليئة 3٪ من قبل محلول كلوريد الكالسيوم الوزن. اتركه بين عشية وضحاها. غسل جيدا بالماء المقطر، ونقل سقالة إلى حاوية 50 ملليلتر مليئة 3٪ من قبل محلول جلوارالدهايد الوزن.اتركه بين عشية وضحاها. اغسل جيدا، وتخزين سقالة مطبوعة 3D في الماء المقطر. لاختبار ضغط، وملء الحاوية مجهزة لوحة قاعدة ضغط غاطسة مع اثنين لتر من الماء، وبدء نظام التدفئة لتصل إلى 37 درجة مئوية.تهيئة برنامج بلوهيل العالمي، وإعداد طريقة الاختبار. حدد هندسة العينات المستطيلة، واختر خيار إدخال الأبعاد قبل اختبار كل عينة. تعيين معدل الضغط إلى مليمترين في الدقيقة ونهاية النتيجة كما 80٪ الضغط الضغط جنبا إلى جنب مع قوة 90 نيوتن.في قسم القياس، حدد القوة، النزوح، الضغط الاجهاد، والضغط القمعي. حدد خيار تصدير البيانات كملفات نصية للتآمر في المستقبل. تعيين نقطة تمديد صفر باستخدام عناصر التحكم هرول لخفض لوحة رأس مشتركة أقرب ما يمكن إلى لوحة الأساس.قياس وتسجيل أبعاد العينات التي سيتم اختبارها. عندما تصل درجة حرارة الماء إلى 37 درجة مئوية، ضع العينة على لوحة القاعدة. قم بتأمين العينة عن طريق تحريك لوحة الرأس المتقاطعة بحيث يبدأ بلمس العينة.نقل حمام الماء حتى أن لوحات مع عينة في بينهما مغمورة في الماء. أدخل اسم العينة والأبعاد، وابدأ الاختبار. بعد اكتمال الاختبار، قم أولاً بتحريك حمام الماء لأسفل، ثم ارفع اللوح ذو الرأس المتقاطع.إزالة العينة وقطعها، إن وجدت، تنظيف كل من لوحات، وتحميل عينة جديدة. بعد اختبار كافة العينات، تصدير البيانات الخام. مؤامرة الإجهاد القمعي مقابل منحنيات الضغط الضغط، وتحديد معامل الظل ضاغط في قيم سلالة من واحد إلى 5٪، و 25 إلى 30٪ CNCs القائم على الحبر النانوي هيدروجيل يظهر سلوك قوي غير نيوتن القص رقيق مع انخفاض خمسة من حجم اللزوجة الظاهري.يظهر حبر الهيدروجيل سلوكًا صلبًا لزجًا ، حيث أن معامل التخزين هو أمر أكبر من حجم معامل الخسارة عند إجهاد القص المنخفض. في معدلات سلالة منخفضة من واحد إلى 5٪ معامل الضغط يشبه لجميع أنواع السقالات المسامية بالمقارنة مع سقالة مرجعية مع عدم وجود المسامية، مما يدل على أن الطبيعة المرنة للحبر هيدروجيل يتم الحفاظ عليها حتى في وجود الجراثيم. ومع ذلك، في معدلات سلالة عالية من 25 إلى 30٪ يتم الحصول على أعلى معامل للسقالة المرجعية مع عدم وجود مسامية.بمجرد أن يزيد حجم المسام ، ينخفض المعامل بسبب انخفاض الكثافة ، مما يشير إلى العلاقة المتوقعة بين المسامية للسقالات والخواص الميكانيكية المقابلة. وعلاوة على ذلك، يزيد معامل الضغط من السقالات الهيدروجيل 3D كما يزيد معدل الضغط، وعرض ومحاكاة لزوجة أنسجة الغضروف الطبيعية. إنّ الانسداد وتدفق الحبر المستمر أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد هما أهمّ الأمور.سيتم استخدام هذه الطريقة من قبل الباحثين للتوسع في مناطق التطبيق الأخرى باستخدام نانوسيلولوز هيدروجيل كمنصة قابلة للطباعة 3D. على سبيل المثال، قمنا بالفعل بتطوير نانوسيلولوز القائم على الهجينة لإطلاق المخدرات الخاضعة للرقابة بعد نفس الإجراء.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Preparation of 3D Fibrin Scaffolds for Stem Cell Culture Applications

إعداد الفايبرين 3D السقالات لتطبيقات الجذعية زراعة الخلايا

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells ...

3D Hydrogel Scaffolds for Articular Chondrocyte Culture and Cartilage Generation

3D هيدروجيل السقالات لالمفصلي خلية غضروفية الثقافة والجيل الغضروف

Human articular cartilage is highly susceptible to damage and has limited self-repair and regeneration potential. Cell-based strategies to engineer ...

Construction of Modular Hydrogel Sheets for Micropatterned Macro-scaled 3D Cellular Architecture

بناء وحدات صفائح هيدروجيل لتحجيم الكلي Micropatterned 3D الخلوية العمارة

Hydrogels can be patterned at the micro-scale using microfluidic or micropatterning technologies to provide an in vivo-like three-dimensional (3D) tissue ...

Protocols of 3D Bioprinting of Gelatin Methacryloyl Hydrogel Based Bioinks

بروتوكولات 3D بيوريتينغ من الجيلاتين ميثاكريلويل هيدروجيل القائم علي الحيوية

Gelatin methacryloyl (GelMA) has become a popular biomaterial in the field of bioprinting. The derivation of this material is gelatin, which is hydrolyzed ...

Evaluating Regional Pulmonary Deposition using Patient-Specific 3D Printed Lung Models

تقييم الترسب الرئوي الإقليمي باستخدام نماذج الرئة المطبوعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بالمرضى

Development of targeted therapies for pulmonary diseases is limited by the availability of preclinical testing methods with the ability to predict ...

3D Cell-Printed Hypoxic Cancer-on-a-Chip for Recapitulating Pathologic Progression of Solid Cancer

3D الخلية المطبوعة سرطان نقص الأكز على رقاقة لتلخيص التقدم المرضي للسرطان الصلب

Cancer microenvironment has a significant impact on the progression of the disease. In particular, hypoxia is the key driver of cancer survival, invasion, ...

Interlinked Macroporous 3D Scaffolds from Microgel Rods

سقالات 3D مترابطة من قضبان Microgel

A two-component system of functionalized microgels from microfluidics allows for fast interlinking into 3D macroporous constructs in aqueous solutions ...

Gelatin Methacryloyl Granular Hydrogel Scaffolds: High-throughput Microgel Fabrication, Lyophilization, Chemical Assembly, and 3D Bioprinting

سقالات هيدروجيل الحبيبية الجيلاتين ميثاكريلويل: تصنيع ميكروجيل عالي الإنتاجية ، التجفيد ، التجميع الكيميائي ، والطباعة الحيوية 3D

The emergence of granular hydrogel scaffolds (GHS), fabricated via assembling hydrogel microparticles (HMPs), has enabled microporous scaffold formation ...

Phototunable Bioprinted Hydrogels to Probe Cellular Responses to ECM Stiffening

3D Bioprinting Phototunable Hydrogels to Study Fibroblast Activation

Understanding Chronic Lung Diseases Using 3D Printed Phototunable Hydrogels (Video) | JoVE

3D Bioprinting الهلاميات المائية الضوئية لدراسة تنشيط الخلايا الليفية

Phototunable hydrogels can transform spatially and temporally in response to light exposure. Incorporating these types of biomaterials in cell-culture ...