Lae koste biodrukker: 13 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Ons is 'n voorgraadse navorsingspan by UC Davis. Ons is deel van die BioInnovation Group, wat werksaam is in die TEAM Molecular Prototyping and BioInnovation Lab (adviseurs dr. Marc Facciotti en Andrew Yao, MS). Die laboratorium bring studente met verskillende agtergronde bymekaar om aan hierdie projek te werk (meganiese/chemiese/biomediese ingenieurswese).

'N Bietjie agtergrond oor hierdie projek is dat ons in samewerking met dr Karen McDonald van die ChemE-afdeling begin het om transgene ryselle te druk met die doel om 'n goedkoop bioprinter te ontwikkel om bioafdruk meer toeganklik vir navorsingsinstellings te maak. Tans kos lae-bioprinters ongeveer $ 10 000, terwyl hoëprinters ongeveer $ 170 000 kos. Daarteenoor kan ons drukker vir ongeveer $ 375 gebou word.

Voorrade

Dele:

1. Ramps 1.4:
2. Arduino mega 2560:
3. Stapmotorbestuurders:
4. Bykomende stapmotor (opsioneel)
5. Maker balk 2 in X 1 in
6. Makerbalk -aanhegtingshardeware
7. M3 skroewe in verskillende groottes
8. M3 neute x2
9. 8 mm draadstang
10. 8 mm moer
11. 608 laer
12. Bindknip
13. Filament
14. Monoprice V2
15. Ritssluitings
16. M3 hitte stel moere 2 mm breedte

Gereedskap:

1. Boorstukke van verskillende groottes
2. Handboor
3. Boorpers
4. Ystersaag
5. Soldeerbout + soldeer
6. Draadstropper
7. Naald tang
8. Sekssleutels in verskillende groottes

Labbenodigdhede:

1. Petriskottels ~ 70 mm in deursnee
2. 60 ml spuit met Luer-slot punt
3. 10 ml spuit met Luer-slot punt
4. Luer-slot toebehore
5. Buise vir toebehore
6. T -aansluiting vir buise
7. Sentrifugeer
8. Sentrifuge buise 60 ml
9. Skaal
10. Weeg bote
11. Outoklaaf
12. Bekers
13. Gegradueerde silinder
14. 0,1 M CaCl2 oplossing
15. Agarose
16. Alginaat
17. Metielsellulose
18. Sukrose

Sagteware:

1. Fusion 360 of Solidworks
2. Arduino IDE
3. Repetier -gasheer
4. Ultimaker Cura 4

Stap 1: Kies 'n 3D -drukker

Ons het die Monoprice MP Select Mini 3D Printer V2 gekies as die begin 3D -drukker. Hierdie drukker is gekies vanweë die lae koste en die hoë beskikbaarheid daarvan. Boonop was daar reeds 'n hoogs akkurate 3D -model van die drukker beskikbaar wat die ontwerp makliker gemaak het. Hierdie instruksies word aangepas vir hierdie spesifieke drukker, maar 'n soortgelyke proses kan gebruik word om ander algemene FDM -drukkers en CNC -masjiene om te skakel.

Model met 'n hoë akkuraatheid:

Stap 2: 3D -drukwerk

Voordat die Monoprice -drukker gedemonteer word, moet verskeie dele 3D -gedruk word om die 3D -drukker te verander. Daar is weergawes van die pasta -ekstrudere, een wat epoksie benodig en een wat nie. Die een wat epoksie benodig, is meer kompak, maar moeiliker om te monteer.

Stap 3: Berei die drukker voor vir verandering

Die voorste toringpaneel, onderste deksel en die bedieningspaneel moet verwyder word. Sodra die onderkant verwyder is, ontkoppel alle elektronika van die beheerbord en verwyder die beheerbord.

Stap 4: Verwisselbare montering

Liggaam 1 en liggaam 14 benodig elk twee hitte -neute. Liggaam 1 word aan die drukkerraam gemonteer deur die twee M3 -boute wat onder die gordel versteek is. Die boute kan onthul word deur die gordelspanner te verwyder en die gordel eenkant te trek.

Stap 5: Z -asskakelaar

Die skakelaar van die Z-as word herposisioneer sodat enige lengte-naald tydens die huisvolgorde gebruik kan word sonder om te kompenseer in die sagteware. Die skakelaar moet met 2 M3 -skroewe aan die onderstel van die drukker gemonteer word, so naby as moontlik aan die drukbed.

Stap 6: Bedrading

Die bedrading word gedoen volgens die Ramps 1.4 -standaarde. Volg eenvoudig die bedradingsdiagram. Sny en maak die drade vas soos benodig vir die aansluitblokke. Sommige drade moet moontlik verleng word.

Stap 7: Epoxy -ekstruder

Alhoewel hierdie ekstruder minder tyd neem om af te druk, gebruik dit wel epoxy, wat die totale boutyd tot meer as 24 uur verhoog. Die 8 mm skroefdraadstaaf moet op die 608 -laer ge -epoksied wees, en die laer moet met die 3D -gedrukte stuk liggaam epoksied wees. Boonop moet die moer vir die draadstaaf met epoksie na liggaam 40 geokoksiseer word. wenke van die spuitduikers van 60 ml en 10 ml kan onderskeidelik op Body 9 en Body 21 aangebring word. 'N Geskikte T -passtuk kon nie gevind word nie, so 'n ruwe een is gemaak van 6 mm koperbuis en soldeer. Die ekstruder dien as 'n hidrouliese stelsel wat die Bioink uit die onderste kamer van die 10 ml spuit stoot. Lug kan uit die stelsel ontruim word deur die buise kragtig te skud terwyl die T -koppeling op die hoogste punt gehou word.

Stap 8: Gereelde Pastextruder

Hierdie ekstruder kan eenvoudig aan mekaar vasgemaak word. Die nadeel van hierdie ekstruder is dat dit groter is en 'n hoë terugslag het.

Stap 9: Stap 9: Arduino -firmware

Die Arduino benodig firmware om die stepper -bestuurders en ander elektronika te bestuur. Ons het Marlin gekies, aangesien dit gratis is, maklik verander kan word met Arduino IDE en goed ondersteun word. Ons het die firmware vir ons spesifieke hardeware gewysig, maar dit is redelik eenvoudig om dit vir ander drukkers aan te pas, omdat al die kode kommentaar gelewer en duidelik verduidelik word. Dubbelklik op die MonopriceV2BioprinterFirmware.ino -lêer om die marlin -konfigurasielêers oop te maak.

Stap 10: Cura -profiel

Die Cura -profiel kan ingevoer word in Ultimaker Cura 4.0.0 en gebruik word om maas met 'n hoë oppervlakte te maak vir gebruik in 'n oorvloedreaktor. Die generering van Gcode vir die drukker is nog steeds baie eksperimenteel en verg baie geduld. 'N G -toets vir 'n sirkelvormige oorloopreaktor is ook aangeheg.

Stap 11: Verander Start G-kode

Plak hierdie kode in die begin G-kode instelling:

G1 Z15

G28

G1 Z20 F3000

G92 Z33.7

G90

M82

G92 E0

In Repetier, om die begin van Gcode te verander, gaan na snyer-> Konfigurasie-> G-kodes-> begin G-kodes. Dit is nodig om die G92 Z-waarde vir elke spesifieke geval te verander. Verhoog die waarde stadig totdat die naald die verlangde afstand van die petrischaaloppervlak aan die begin van die druk is.

Stap 12: Maak die Bioink

Die proses om 'n Bioink geskik vir 'n toepassing te ontwikkel, is kompleks. Dit is die proses wat ons gevolg het:

Opsomming

Die hidrogel is geskik vir skeersensitiewe plantselle en het oop makropore om diffusie moontlik te maak. Die hidrogel word gemaak deur agarose, alginaat, metielcellulose en sukrose in gedeïoniseerde water op te los en selle by te voeg. Die gel is viskos totdat dit genees word met 0,1 M kalsiumchloried, wat dit stewig maak. Die kalsiumchloried-verhardingsoplossing skakel met die alginaat om dit stewig te maak. Die alginaat is die basis van die gel, die metielcellulose homogeniseer die gel, en die agarose bied meer struktuur omdat dit by kamertemperatuur gel. Die sukrose verskaf voedsel vir die selle om aan te hou groei in die hidrogel.

'N Kort oorsig van sommige van die eksperimente om die gel te verifieer

Ons het verskillende hidrogeëls met verskillende hoeveelhede agarose getoets en die konsekwentheid daarvan aangeteken, hoe maklik dit gedruk is en of dit in die genesingsoplossing gesink of gedryf het. Deur die alginaatpersentasie te verminder, het die gel te vloeibaar geword en kon dit nie sy vorm behou nadat dit gedruk is nie. Deur die alginaatpersentasie te verhoog, het die verhardingsoplossing so vinnig gewerk dat die gel sou genees voordat dit by die boonste laag bly. 'N Hidrogel wat sy vorm behou en nie te vinnig genees nie, is ontwikkel met 2,8 gew.% Alginaat.

Hoe om 'n hidrogel te ontwikkel

Materiaal

Agarose (0,9 gew. %)

Alginaat (2,8 gew. %)

Methylcellulose (3,0 gew.%)

Sukrose (3,0 gew.%)

Kalsiumchloried.1M (147,001 g/mol)

ddH20

sel aggregate

2 Was- en gedroogde bekers

1 Meng spatel

Tinfoelie

Weegpapier van plastiek

Gegradueerde silinder

Prosedure

Maak die hidrogel:

1. Meet 'n spesifieke hoeveelheid ddH20, gebaseer op hoeveel geloplossing u wil berei. Gebruik die gegradeerde silinder om 'n spesifieke volume ddH20 te verkry.
2. Die hidrogeloplossing bevat alginaat (2,8 gew. %)), Agarose (0,9 gew. %), Sukrose (3 gew. %) En metielcellulose (3 gew. %). Die korrekte gedeeltes van die komponente van die hidrogeloplossing word gemeet met behulp van die plastiese weegpapier.
3. As u klaar is met die afweging van alle komponente, voeg ddh20, sukrose, agarose en laastens natriumalginaat by een van die droë bekers. Draai om te meng, maar moenie 'n spatel gebruik nie, want die poeier sal by die spatel bly.
4. Sodra dit gemeng is, draai die bokant van die beker met aluminiumfoelie behoorlik toe en merk die beker. Voeg 'n stuk outoklaafband bo -op die foelie.
5. Plaas die oorblywende metielcellulose in die ander droë beker en draai dit in aluminiumfoelie soos die vorige beker. Merk hierdie beker en voeg 'n stuk outoklaafband bo -op die foelie.
6. Draai 1 spatel in aluminiumfoelie toe en maak seker dat niks daarvan blootgestel word nie. Voeg outoklaafband by die toegedraaide spatel.
7. Autoklaveer die 2 bekers en 1 spatel by 121 C gedurende 20 minute tydens die steriliseringsiklus. GEBRUIK NIE DIE AUTOKLAAF IN 'N STERiele & DROGE SIKLUS NIE.
8. Sodra die outoklaafsiklus voltooi is, laat die gel afkoel tot kamertemperatuur en sodra dit bereik is, begin in die biologiese veiligheidskas werk.
9. Was u hande en arms en gebruik die regte aseptiese tegniek sodra u in die bioveiligheidskas werk. Sorg ook dat u nie in aanraking kom met voorwerpe wat die gel raak of naby die gel is nie (byvoorbeeld: die mengpunt van die spatel of die gebied van die aluminiumfoelies wat oor die gel sit)
10. Meng in die bioveiligheidskas die metielcellulose in die gel om homogene verspreiding te kry. As dit klaar gemeng is, draai die gemengde geloplossing bo -oor en plaas dit oornag in die yskas.
11. Van hier af kan die gel gebruik word vir die bekendstelling van die selle of vir ander gebruike soos drukwerk.

Voeg die selle by:

1. Filtreer die selle sodat hulle dieselfde grootte het. Ons prosedure vir filter is

   Skraap die selle liggies van die petriskottel af en gebruik 'n sif van 380 mikrometer om die selle te filter.

2. Meng die gefiltreerde selle liggies in die hidrogeloplossing met 'n platkopspatel om verlies van die mengsel (wat outoklaveer is) te voorkom.
3. Nadat die selle gemeng is, moet die borrels sentrifugeer
4. Van hier af is die hidrogel volledig en kan dit gebruik word vir drukwerk, uitharding en toekomstige eksperimente.

Hoe om die genesingsoplossing te ontwikkel (0,1M kalsiumchloried, CaCl2)

Materiaal

Kalsiumchloried

ddH20

Sukrose (3 gew. %)

Prosedure (om 1 L -oplossing te maak)

1. Meet 147,01 g kalsiumchloried, 30 ml sukrose en 1 liter ddH20.
2. Meng kalsiumchloried, sukrose en ddH20 in 'n groot beker of houer.
3. Dompel die gel vir ten minste 10 minute in die genesingsoplossing om te genees.

Stap 13: Druk

In teorie is Bioprinting uiters eenvoudig; in die praktyk is daar egter baie faktore wat mislukkings kan veroorsaak. Met hierdie gel het ons gevind dat daar verskeie dinge gedoen kan word om die sukses van ons toepassing te maksimeer:

1. Gebruik klein hoeveelhede CaCl2 -oplossing om die gel gedeeltelik te genees tydens die druk,
2. Gebruik 'n papierhanddoek aan die onderkant van die petriskottel om die hechting te verhoog
3. Gebruik 'n papierhanddoek om klein hoeveelhede CaCl2 eweredig oor die hele druk te versprei
4. gebruik die skuifbalk in Repetier om die korrekte vloeitempo te vind

Vir verskillende toepassings en verskillende gels moet verskillende tegnieke gebruik word. Ons prosedure is oor 'n paar maande gegenereer. Geduld is die sleutel.

Sterkte as u hierdie projek probeer, en u is welkom om enige vrae te stel.

Eerste prys in die Arduino -wedstryd 2019