Một khái niệm gia công vi nạp hoàn toàn mới thúc đẩy khả năng mở rộng và chế tạo và lắp ráp liên tục các hạt trong các hệ thống vi chất lỏng. Sử dụng công nghệ in 3D 2PP của công ty Nanoscribe, các nhà khoa học tại Đại học Công nghiệp Aachen ở Đức đã phát triển và chứng minh một dòng chảy mới, tích hợp kênh, quy trình sản xuất liên tục để sản xuất hạt 3D siêu nhỏ, có hình dạng tùy ý. Quá trình in cho thấy hoạt động liên tục trong 72 giờ để sản xuất 150.000 hạt. Công nghệ 2PP (Two)polymerization photon, TPP)Mức độ tự do thiết kế cao, độ chính xác hình dạng cao và tính linh hoạt của vật liệu cho phép sản xuất các hạt có hình dạng khác nhau, kích thước micron, tính năng submicron và các vật liệu khác nhau. Nghiên cứu nhằm mục đích áp dụng phương pháp lắp ráp hạt này cho các ứng dụng kỹ thuật mô tế bào và mở rộng phạm vi sản xuất khung 3D tự điều chỉnh, đáp ứng và thẩm thấu.

Các hạt milimet và micron có thể được áp dụng linh hoạt trên các giá đỡ cần thiết cho các lò phản ứng hóa học và sinh hóa. Các lò phản ứng sinh học được sử dụng để cố định và phân tích các enzyme, tế bào hoặc vi sinh vật trên bề mặt của các cấu trúc bên trong lò phản ứng, và chìa khóa cho hiệu suất của chúng là khả năng điều chỉnh các tính chất của các hạt ảnh hưởng đến các đặc tính của phản ứng sinh học. Để mở rộng ứng dụng này, các nhà khoa học từ Đại học RWTH Aachen và Viện DWI Leibniz về Vật liệu tương tác DWI Leibniz ở Aachen, Đức, đã đề xuất một khái niệm gia công vi mô mới cho phép các hạt có hình dạng phức tạp, kích thước micron và tính năng submicron, cho phép các hạt có kích thước khoảng 20 μm tự lắp ráp khung 3D dưới sự tương tác của bề mặt. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học cũng đã phân tích khả năng thẩm thấu và mật độ khối lượng lớn của các thành phần 3D bằng cách sử dụng các hình dạng, kích thước và vật liệu khác nhau.

Chìa khóa nằm ở công nghệ Dual Photon Aggregation (2PP) của thiết bị in Nanoscribe. Dòng nhựa lỏng đồng thời trong đó các photon kép quét trên mặt phẳng xy truyền liên tục các lát xy in theo hướng z. Khi một hạt được hoàn thành, hạt tiếp theo được thực hiện theo cùng một cách trong quá trình in liên tục. Sử dụng phần mềm DeScribe của Nanoscribe và kịch bản phyton để điều chỉnh các tệp đầu ra, các thiết kế khác nhau với các hình dạng hình học phức tạp có thể được cắt lát và chuẩn bị để in chất lỏng. Quá trình in chất lỏng là liên tục, vì vậy hàng ngàn hạt có thể được sản xuất trong vài giờ, đạt được việc in tối đa 150.000 hạt trong 72 giờ. Dựa trên mức độ tự do thiết kế tuyệt vời của 2PP 3D Printing * có thể sản xuất bất kỳ hình dạng hạt nào. So với in chất nền, in dòng chảy của các hạt có lợi thế rõ rệt, nhưng để đạt được việc sản xuất liên tục từng hạt một, không cần bất kỳ thời gian chờ đợi nào giữa hai hạt. Khi in từng lớp, phương pháp in dòng chảy cũng bỏ qua chuyển động z của tàu sân bay, vì chính dòng chảy truyền các lát xy theo hướng z. Do đó, in chảy đại diện cho tốc độ gia tăng trong việc tạo ra các hạt hình dạng nhỏ, phức tạp.

Lắp ráp hạt được áp dụng cho mô hỗn hợp sinh học 3D

Các hạt nhỏ hơn 100 μm sau khi tự lắp ráp có thể tạo thành khung tế bào phức tạp, đặc tính phản ứng của khung này có thể được điều chỉnh tương ứng khi điều chỉnh hình dạng hạt, kích thước, độ xốp và đặc tính vật liệu. Mức độ linh hoạt cao này là lý tưởng cho việc tạo ra các khung để nuôi cấy tế bào và kỹ thuật mô. Điều chỉnh hình học hạt ảnh hưởng đến tỷ lệ bề mặt trên khối lượng, do đó tùy chỉnh động lực học chất lỏng đi qua và xung quanh cấu trúc. Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức trong việc kiểm soát quá trình tổ chức hạt khi sử dụng giá đỡ sản xuất tự lắp ráp dòng chảy.

Để nghiên cứu mô hỗn hợp sinh học 3D, các nhà khoa học đã nghiên cứu sự tương tác của nuôi cấy nguyên bào sợi chuột với các hạt được in bằng cách sử dụng nanoscribe-noncytoxic IP-Visio photography, có độ huỳnh quang thấp cho phép phân tích tế bào tốt hơn dưới kính hiển vi. Sau bốn ngày nuôi cấy, các tế bào liên tục nhân lên và dính vào stent thẩm thấu dưới sự tương tác với stent in và kết nối các hạt với nhau để tạo thành một hình thức mô mới.

Tài liệu tham khảo:

Sản xuất, lắp ráp dòng chảy và thâm nhập của các hạt hình dạng bất kỳ trong kính hiển vi