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2023 年 6 月 5 日

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国際エクストリーム・マニュファクチャリング・ジャーナルによる

International Journal of Extreme Manufacturing 誌に掲載されたこの論文では、州立流体力・メカトロニクスシステム重点研究所の研究者が率いるチームが、個別に制御された複数のノズルを使用して、包埋媒体の降伏領域にさまざまな生体材料を同時に正確に堆積しました。

従来の逐次印刷法と比較して、開発された印刷法はバイオインクの正確な堆積を制御して、位置忠実性と構造形態を確保し、層間の接着強度を向上させることができました。 この発見は、軟質生体材料や軟質複合材料を用いた不均質構造の製造に広く使用できる可能性をもたらす可能性がある。

主任研究者の一人、Hongzhao Zhou准教授は、「マルチマテリアルバイオプリンティング技術は、自然の組織/器官をよりよく表現できる異種構造のin vitro構築に細胞と生体材料のさまざまな選択肢を提供します。埋め込みプリンティング技術は、さまざまな材料を複雑な三次元構造に印刷する可能性が高まります。」

それにもかかわらず、包埋媒体の粘度は空気よりも高く、押し出されたバイオインクの連続位置により大きな影響を与える可能性があります。 バイオインクは包埋媒体に堆積され、ほぼその場に保持されます。 隣接するフィラメント間の接着は保証されません。 複数の材料を使用して in vitro 組織を構築できる可能性があるため、不均一な組織を構築するには、包埋媒体へのインクの堆積を正確に制御することが非常に重要です。

従来の埋め込み印刷では、隣接するフィラメントが確実に相互に接続できるように空間的に重なるように設計するというシンプルで一般的に使用される戦略がとられています。

「オーバーラップ法は、単一の材料で連続構造を印刷する場合に効果的であることが証明されています。複数の材料で構成される複雑な構造の場合、フィラメントの重なりにより、隣接するフィラメントの制御不能な積み重ねや圧迫が誘発され、印刷された材料の異なる材料の空間分布が危険にさらされる可能性があります。構造です」と筆頭著者のZiqi Gao博士は述べた。

「私たちの研究では、埋め込み媒体中で押し出されたバイオインクのダイナミクスを分析します。蛍光微小球をインクに均一に混合して、印刷されたフィラメントの輪郭を決定し、異なる印刷パラメータで埋め込み媒体にフィラメントを同時に印刷します。 「実験現象と理論解析における重要なパラメータ変更の結果を比較し、検証することができます。この新しい印刷方法は、幅広い印刷パラメータの下で細糸間の水平接続を実現できます。」

共同筆頭著者のジュン・イン教授は、「上記の実験方法を通じて、印刷速度、包埋媒体のレオロジーなどの印刷パラメータが印刷フィラメントの3D形態に及ぼす影響が定量的に評価された。印刷速度が高く、印刷速度が遅い条件下では、粘性包埋媒体を使用すると、同時に印刷されたフィラメントは高い精度と 1 に近いアスペクト比を示し、これによりスライスの軌道に適応し、微細構造の製造が可能になります。」

「各層が 200 μm 未満の二層薄壁構造を印刷できました。腸と肝臓のモデルを印刷できることが実証されました。腸は、実際の臓器の円形のひだの形状に似た構造を示しました。どちらの組織も印刷可能です」重大な損傷や層間剥離を生じることなく、架橋され、包埋媒体から抽出されます。」

「また、同時印刷試験片間の接着強度を調べるために剥離試験を実施し、注型試験片と逐次印刷試験片との結果を比較しました。同時印刷サンプルの接着強度は、同時印刷サンプルの接着強度よりも大幅に高いことがわかりました」提案された同時印刷法は、多層および多材料構造の 3D 印刷における埋め込み媒体の汚染の可能性を最小限に抑え、現在の構造的完全性の直接的な解決策となる可能性があります。このような構造には問題があります。」

研究チームは、高精度かつ良好な構造的完全性を備えた異種構造の製造に有望なマルチマテリアル埋め込み印刷法を研究しました。 軟質生体材料および軟質複合材料を使用する場合、この方法は in vitro 組織モデルの構築に使用できる可能性があります。

詳しくは： Ziqi Gao 他、3D 異種構造の同時マルチマテリアル埋め込みプリンティング、International Journal of Extreme Manufacturing (2023)。 DOI: 10.1088/2631-7990/acd285

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