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bioprinting 3D con alginato

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Contorni perfetti, linee sottili, punti di inizio e fine puliti con Puredyne

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L'alginato è uno dei materiali più utilizzati nel bioprinting. Oltre ai costi relativamente bassi del materiale, le proprietà meccaniche e la stampabilità sono un vantaggio per questo materiale. Tuttavia, con i sistemi di estrusione esistenti, come l'estrusione pneumatica o a siringa, possono verificarsi irregolarità nella biostampa dei modelli a causa delle variazioni di processo. Con il Puredyne® kit b, questi problemi non esistono più.

Alginato come idrogel universale

In un gran numero di studi, l'alginato viene utilizzato come materiale di base per i bio inchiostri. Sia l'alginato puro (di sodio) in soluzione che le varianti modificate chimicamente costituiscono la maggior parte degli idrogeli ricercati scientificamente. L'alginato ossidato, per esempio, si pensa che aiuti le cellule ad ottenere la libertà di movimento più rapidamente attraverso la degradazione dell'alginato. Al contrario, l'alginato metacrilato permette la fotopolimerizzazione e quindi altri processi di stampa basati sulla polimerizzazione fotonica. La grande popolarità dell'alginato non deriva solo dalle sue favorevoli proprietà meccaniche e chimiche. A livello biologico, l'idrogel offre anche il vantaggio di una biocompatibilità molto buona, che lo rende universalmente applicabile.

Quali problemi meccanici sorgono nella produzione additiva di alginato?

Sono disponibili diverse opzioni per la stampa con l'alginato. Oltre ai processi basati sulla luce, che sono possibili con l'alginato modificato, i processi basati sull'estrusione costituiscono la maggior parte della stampa 3D biologica. Attualmente, l'estrusione di bio-ink è fatta principalmente in due modi.

- Estrusione pneumatica: Usando la pressione dell'aria, un tappo viene spinto in avanti all'interno di una cartuccia. La pressione assicura la formazione di un filo di materiale all'ago di misurazione collegato. Il vantaggio dell'estrusione pneumatica è la semplicità del sistema. Tuttavia, la rottura controllata del filo è resa difficile dalla mancanza di retrazione del materiale. L'aria compressa può essere attivata e disattivata solo selettivamente. In particolare con materiale non degassato, si verifica un gocciolamento che non può essere compensato. Un altro svantaggio da non sottovalutare è la dipendenza da fattori di influenza esterni. Questi includono, per esempio, la pressione dell'aria ambiente, la temperatura ambiente e il livello di riempimento della cartuccia bloccata, che influenza la pressione di estrusione. L'alginato tende anche ad asciugarsi rapidamente. Questo può portare all'intasamento dell'ago dosatore. Se la pressione è impostata ad un livello costante, non c'è più la possibilità che l'ago si pulisca da solo. L'utente deve rimuovere e pulire l'ago. Questo può portare all'inutilizzabilità dell'intero risultato di stampa.

- Estrusione a siringa: Un altro sistema di estrusione popolare è l'estrusione a mandrino con una siringa. Qui, una siringa con materiale (per esempio, alginato) è bloccata in un dispositivo che esercita pressione sul pistone esteso della siringa. Il movimento è fornito da un mandrino accoppiato a un motore. Questo sistema ha il vantaggio di poter essere considerato volumetrico. Una rotazione definita del mandrino è ampiamente proporzionale alla quantità di materiale estruso. La retrazione può essere ottenuta anche con una rotazione inversa del mandrino. La precisione è ridotta dal materiale utilizzato in ogni caso. Se il biomateriale è comprimibile, il gocciolamento avviene rapidamente. Questo gocciolamento dipende dalla quantità di materiale ancora presente nella siringa, poiché diverse quantità di gas vengono compresse ed espanse durante i movimenti start-stop. L'uso frequente di questa operazione può creare un tipo di comportamento oscillatorio, riducendo la precisione. Un altro aspetto negativo è l'aumento dello spazio richiesto, poiché la siringa riempita, compreso il sistema di spremitura, deve essere posizionata in verticale in una stampante.

Puredyne® kit b per la stampa di alginato

Oltre ai ben noti sistemi di estrusione, il Puredyne® kit b, basato sulla tecnologia della pompa monovite, è diventato recentemente disponibile per la stampa dell'alginato. Il processo volumetrico permette una stampa 3D costante e affidabile, eliminando quasi tutti gli svantaggi degli estrusori sopra citati. Questo distingue la testina di stampa da tutti i sistemi precedenti. Per testare le prestazioni, è stato effettuato un test di stampa con alginato 5%.

- Configurazione del test: Un tappo Puredyne® b5 viene riempito con CELLINK Alginate 5 % attraverso il connettore Luer-Lock integrato. Con una torsione, il tappo viene collegato alla testina di stampa tramite l'attacco a baionetta e viene montato l'ago di erogazione. L'aria compressa applicata assicura la fornitura di materiale all'estrusore (l'aria compressa stessa non ha funzione di estrusione).

- Esecuzione: La quantità di materiale proporzionale alla velocità e il modello da stampare sono impostati sul computer. Diversi fili di alginato vengono stesi secondo uno schema a linee. Si presta particolare attenzione ai punti di start-stop

- Risultato della stampa: Con la retrazione impostata, il modello può essere stampato perfettamente senza materiale in eccesso nei punti di inizio e fine. Il risultato della prova di stampa con alginato può essere visto nel video. Mostra contorni perfetti, linee sottili e punti di inizio e fine puliti.

Stampare l'alginato in modo affidabile

La versatilità dell'alginato è la sua più grande forza. Finora, tuttavia, mancava un sistema di estrusione che potesse supportare questa versatilità in modo affidabile e con alta precisione. Il Puredyne® kit b può colmare questa lacuna. Non solo l'alginato con una concentrazione del 5% può essere stampato in modo ottimale, ma anche altre concentrazioni con una grande varietà di materiali. Le viscosità sono quasi irrilevanti quando si stampa con il Puredyne® kit b! Il controllo perfetto del processo è il prossimo grande passo nel bioprinting!