BioAssemblyBot umożliwia biodruk 3D z dwóch materiałów

Chociaż biodruk 3D stale się rozwija i wykorzystuje coraz bardziej zaawansowane technologie, nie jest wolny od ograniczeń – możliwość tworzenia i wykorzystywania wieloskładnikowych materiałów była od zawsze problematyczna.

W przypadku biodrukowania 3D z dwóch materiałów zawsze pojawiał się problem różnych stężeń, składów chemicznych i właściwości materiałów, z których tworzona jest nowa struktura. Możliwość podwójnego wytłaczania pozwala na wytwarzanie przejść tonalnych w wydrukach 3D. Gradienty występujące w wydrukowanych modelach są ważne z punktu widzenia sztywności i powtarzalności struktur występujących naturalnie w tkankach.

Amerykańska firma  Advanced Solutions Life Sciences, odpowiedzialna za powstanie systemu do biodruku 3D BioAssembly Bot, opracowała nową metodę umożliwiającą łączenie materiałów w trakcie wytłaczania. Maszyna tworzy w ten sposób gradienty i pozwala na tworzenie trójwymiarowych struktur biologicznych o zmiennych właściwościach, poprzez specyficzny sposób wytłaczania materiału. 

Wytwarzanie struktur zawierających gradienty jest możliwe dzięki dedykowanemu oprogramowaniu TSIM®. Za jego pośrednictwem generowany jest model o wymaganych parametrach. Następnie za pomocą specjalnego narzędzia “set material gradient” tworzone są przejścia tonalne. Program umożliwia dostosowanie właściwości generowanych struktur, poprzez adaptację przejść gradientu i stosunków poszczególnych faz do wymagań konkretnego zastosowania. Gdy gradient o zadanych właściwościach jest już gotowy, możliwe jest wygenerowanie podglądu stworzonej struktury. Pozwala on na sprawdzenie, czy stworzony projekt 3D zawiera odpowiedni gradient o określonych przez użytkownika właściwościach. Funkcja została specjalnie dostosowana do modułu 3D Dual Syringe w BioAssembly Bot do podwójnego wytłaczania. 

Model można zaprojektować “od zera” za pośrednictwem funkcji “create a sketch” w programie TSIM. Liczba punktów na linii obrazek poniżej) odpowiada punktom początkowym gradientu, czyli miejscom zmiany predefiniowanych stężeń poszczególnych materiałów budulcowych. Po skończonym procesie szkicowania, program generuje wokół stworzonej linii rurę o wymaganych dla projektu wymiarach. 

W kolejnym kroku określa się procent materiału pierwotnego w gradiencie za pomocą “set material gradient” w programie TSIM. Wcześniej określane punkty na szkicu są inicjatorami zmiany gradientu. W przykładzie widocznym poniżej zobrazowano gradient o wartościach 100% materiału pierwotnego do 0% materiału pierwotnego, z powrotem do 100% materiału pierwotnego we wcześniej wspomnianych punktach. Program TSIM generuje podgląd wytworzonych przejść tonalnych, który umożliwia kontrolowanie procesu z poziomu oprogramowania. Następnie projekt jest wysyłany do urządzenia BioAssembly Bot. 

Proces biodrukowania 3D elementów zawierających gradient rozpoczyna się od napełnienia strzykawki do  podwójnego wytłaczania materiałami budulcowymi, według reguły: po prawej stronie umieszcza się materiał pierwotny, a po lewej materiał wtórny. Prawidłowe napełnienie ekstrudera jest kluczowe dla powodzenia całego procesu. Należy również pamiętać o tym, że cała komora strzykawki powinna być wypełniona, aby wytworzyć prawidłowy gradient procentowy między materiałami. 

Źródło: 3dprintingmedia.network