専門家のようなバイオプリント

圧力

このページでは、我々は圧力がバイオプリントコンストラクタへの影響を詳しく考察する。押出に基づくバイオプリントはインクボックスで圧力が生じ、バイオインクにノズルを通させる。かかる圧力を変更するとバイオインクの流速に影響が生じ、最終的なバイオプリントコンストラクタに巨大な変化をもたらす可能性がある。圧力はバイオプリント時に考慮すべき多くのパラメータの一つにしかない。ほかに、パラメータはプリント速度、温度、ノズルサイズなども含む。

空気圧のプリントヘッド

押出に基づくバイオプリンタが圧力を生じるのに空気圧とモーター駆動の柄頭(即注射器に基づく押出)という二つの方式がある。空気圧のバイオプリンタは内部又は外部の空気圧縮機を使用し、高圧の空気をインクボックスに取り入れる。これより、バイオインクにノズルを通させる。注射器に基づく押出の方式では、柄頭が軸でモーターに接続された後、モーターは駆動しはじめ、必要な力を押し出す。

シリンジ型プリントヘッド

各押出方法のメリットとデメリットはプリント条件による。例えば、注射器に基づく方式はより長い建設時間が必要。このような方法は部品移動が必要。しかし、モーターは非常に快速で起動する、負荷を停止することができるので、空気圧の押出方式に比べてより精確である。これは、小体積と低粘度のバイオインクを利用するユーザーに役立つ。他方、空気圧の押出速度は注射器駆動による押出精度が必要でないユーザーに有利である。

圧力はキー

押出方法を選択した後、プリント圧力が設定できる。圧力が低すぎると、バイオインクは流動できなくなる。圧力が高すぎると、バイオプリンタは快速に移動して細糸をプリントの底板に沈殿することができなくなる。しかし、バイオインクは広い圧力範囲でノズルを流れ、正確にプリントする。的確な圧力を選択するために、ユーザーはご自分のプリント目標を肝に銘じておく必要がある。

右図の細糸は高プリント圧力と低プリント圧力とのバランスを示した。画像の右側にある不一致する細糸は低圧でプリントされた、左側にある滑らかな細糸は高圧でプリントされた。しかし、例えば曲線、曲がり角や多層などの一部複雑な特徴にとって、低圧でプリントしたほうがようり精確である。細胞プリントを使用する時に、低い圧力はプリントにおいて細胞が受けるダメージを最小限にできる。

ファストvsスロー

架橋結合前の構造完全性の悪い材料に対し、ユーザーはより高い圧力でより快速にプリントできる。またコンストラクタが崩れる前に架橋結合ができる。より高い圧力で、プリントベッドに沿うノズルの移動速度を高められる。これで、より多くのバイオインクは快速に流れだす。しかし、ノズルのカバーがより広い。各単位長さの細糸には同じバイオインクが沈殿する。ユーザーはこれらのパラメータを最大化し、コンストラクタを快速にプリントすることができる。

それと同時に、最低圧力は必ずしも細胞でプリントするのに最適な圧力ではない。一部のバイオインクは細胞を培養ノックス外に15-20分間置く必要がある。また高い圧力でユーザーがよりはやい速度が選択できるので、快速に完成する、培養ボックス外に費やす時間を削減することができる。