Université technologique de Nanyang: une thèse valide l'utilisation des faisceaux de Bessel dans l'impression 3D au laser

Université technologique de Nanyang: une thèse valide l'utilisation des faisceaux de Bessel dans l'impression 3D au laser

Andy Wen Loong Liew a soumis une thèse,

Liew cite les avantages des poutres de Bessel (BB) en relation avec l'impression 3D et la personnalisation des hydrogels, compte tenu des éléments suivants:

Personnalisation facile de l'architecture de construction Temps de fabrication réduit Résolution d'impression élevée Capacité de fabriquer des structures tubulaires à rapport d'aspect élevé avec une pertinence anatomique (et sans supports)

Cette étude implique également l'utilisation de gel de collagène pour améliorer le succès dans le maintien des cellules et induire la germination endothéliale.

Liew nous rappelle que l'objectif ultime de l'ingénierie tissulaire est de commencer à imprimer des organes 3D viables pour la transplantation chez l'homme; Sur le chemin, cependant, les ingénieurs ont utilisé une large gamme de matériaux avec du matériel et des logiciels personnalisés pour commencer à concevoir la peau, le cartilage, les os et bien plus encore.

«Les tissus susmentionnés qui ont réussi la transition sont avasculaires, ce qui les rend plus faciles à concevoir que les tissus vasculaires tels que les tissus cardiaques et rénaux qui sont plus complexes», déclare Liew.

Principes de l'ingénierie tissulaire. (Adopté de la réf. [12]).

Liew affirme qu'à ce jour, aucune étude sur les techniques d'impression BB n'a été publiée. Les avantages et les défis sont discutés concernant la nouvelle technique. Une grande partie du travail présenté dans la revue littéraire du chapitre 2 est basée sur la publication suivante: Liew, Andy Wen Loong et Yilei Zhang.

Technologie microfluidique utilisée pour concevoir des réseaux microvasculaires au sein d'échafaudages de tissus 3D pour des applications dans la modélisation des tissus vasculaires. Barres d'échelle: 100

Technique de moulage de fils utilisée pour fabriquer des tubes microvasculaires 3D perfusables dans des hydrogels microporeux chargés de cellules pour produire des constructions de tissus biomimétiques. (Adopté de la réf. [110]).

Technologie de plaque cellulaire associée à un bioréacteur de perfusion à base de collagène pour la préservation de la viabilité cellulaire par la vascularisation des tissus 3D. (Adopté à partir de la référence [122] URL: http://www.nature.com/articles/srep01316).

Aux fins d'expérimentation dans le cadre de cette étude, Liew indique clairement que même si très peu d'attention a pu être accordée aux BB dans les processus de fabrication additive, ils sont attrayants en raison d'un noyau non diffractant qui est non seulement très localisé mais offre également une intensité élevée. .

«Ce noyau BB de haute intensité est le résultat d’une interférence constructive du faisceau après sa sortie de l’axicon. Contrairement aux faisceaux gaussiens focalisés, le noyau BB de haute intensité s’étend sur toute la longueur de la zone non diffractante tout en conservant son profil très localisé », déclare Liew. «Ainsi, en exposant une solution de prépolymère au noyau BB, une longue structure de type fibre peut être produite par une seule exposition alors que le noyau BB de haute intensité se propage sur toute la hauteur de la solution.»

(a) Utilisation d'une lentille Axicon pour produire un BB à partir d'un faisceau gaussien incident. (b) Profil BB avec une profondeur de champ étendue, présentant un noyau non diffractant de haute intensité. (c) Profil de faisceau gaussien focalisé montrant un petit voxel de haute intensité, par rapport au profil BB. (Adopté de la réf. [130]).

Une grande partie de la discussion concernant l'utilisation des BB découle également de Liew

Les chercheurs ont imprimé en 3D à température ambiante, en s'appuyant sur une cuve remplie d'une solution de pré-polymère,

(a) Diagramme schématique de la configuration optique, de la propagation laser et de la manipulation. La ligne rouge pointillée indique le BB. (b) Configuration expérimentale réelle. Les flèches cyan indiquent le faisceau gaussien tandis que les flèches rouges indiquent le BB.

Mécanisme pour la fabrication de constructions d'hydrogel. L'exposition de la solution de prépolymère au BB entraîne une réticulation localisée. Le mouvement de translation de la scène couplé à l'exposition au BB entraîne la réticulation de constructions d'hydrogel personnalisables

Les chercheurs ont noté que le temps d'impression 3D des échantillons était

«L’encapsulation de billes fluorescentes (cellules simulatrices) dans les parois du tube a également été démontrée avec succès avec cette technique comme preuve de concept pour les chapitres suivants où la technique d’impression sera utilisée pour l’encapsulation directe des cellules», a déclaré Liew.

«Enfin, des échafaudages en hydrogel 3D avec des caractéristiques de microscopie contrôlées et des microcanaux intégrés ont été fabriqués à la fois avec des polymères naturels et synthétiques en utilisant la technique BB, démontrant sa résolution d’impression supérieure par rapport aux techniques d’impression conventionnelles et sa flexibilité. Dans l’ensemble, la technique a montré un fort potentiel à appliquer dans le domaine de l’ET à l’avenir. »

En utilisant des BB pour l'ingénierie tissulaire, les propriétés suivantes devraient continuer à être évaluées:

Limites de la complexité de la conception Impression de constructions multi-matériaux et multicellulaires Variations du temps d'impression pour les conceptions de construction Effets à long terme sur le phénotype / génotype cellulaire de l'exposition aux UV Flexibilité des systèmes dans

«… Il y a plusieurs inconvénients à utiliser la technique BB pour des applications de bio-impression, y compris l’amincissement des murs et une complexité de conception limitée», a conclu Liew. « Les travaux futurs devraient inclure une évaluation équilibrée de la façon dont la technique d’impression 111 BB proposée se compare aux systèmes de bioimpression établis et disponibles dans le commerce afin de l’établir comme une alternative viable à la technologie actuelle. »

L'impression 3D a eu un impact énorme sur l'ingénierie tissulaire ces dernières années, alors que les chercheurs créent de nouveaux matériaux et structures comme des échafaudages, améliorent les microenvironnements hydrogels, affinent la bioimpression pour la régénération osseuse, et bien plus encore.

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