Изготовление лесов строительных: виды продукции и организация производства

Могут быть изготовлены каркасы на основе полимеров, содержащие биоактивную биокерамику, в которых биокерамика может служить двум целям: (а) сделать каркасы остеокондуктивными и (б) укрепить каркасы.С этой композитной стратегией существует два подхода к созданию биокерамических полимерных композитных каркасов: (1) включение биокерамических частиц в каркас с помощью различных методов и (2) покрытие полимерного каркаса тонким слоем апатита с помощью биомиметических процессов [54]. , 81].

Такие полимеры представляют собой насыщенные сложные поли-α-гидроксиэфиры, включая поли (молочную кислоту) (PLA) и поли (гликолевую кислоту) (PGA), а также сополимеры поли (молочной- со -гликолидом) (PLGA). PLA существует в трех формах: l-PLA (PLLA), d-PLA (PDLA) и рацемическая смесь d, l-PLA (PDLLA).Химические свойства этих полимеров допускают гидролитическое разложение за счет деэтерификации. После разложения мономерные компоненты каждого полимера удаляются естественным путем.

Поли-α-гидроксиэфиры были тщательно изучены для изготовления каркасов с помощью SLS для применения в TE. Тан и соавторы [82] предложили использовать смесь биокомпозитов, включающую PLLA и HA в SLS. Результаты, полученные с помощью микрофотографий, полученных с помощью сканирующего электронного электронного микроскопа, указывают на жизнеспособность смеси, использованной для построения ТЕ-каркасов, и подтверждают возможности процесса SLS для создания высокопористых каркасов для ТЕ-приложений.Симпсон и его сотрудники [64] исследовали 95/5 PLLGA на предмет роли пористого каркаса, используя процесс изготовления SLS, с размерами порошка 50–125 и 125–250 мкм.

Сочетание технологии производства SLS и поверхностно-модифицированного PCL позволяет производить хрящ для ТЭ в реконструктивных целях. SLS дает возможность оптимизировать микроструктуру и геометрию каркаса и производить каркасы с воспроизводимыми характеристиками. Модификация поверхности PCL может улучшить свойства самого материала PCL.Коллаген как материал для модификации поверхности превосходит желатин с точки зрения поддержки роста клеток и стимуляции секреции белка ECM. При дальнейшей корректировке этих параметров может быть достигнут идеальный каркас для TE хряща, предназначенный для реконструктивных целей [83,84].

Для изготовления объектов в системе печати применяется алгоритм [85]. AM считался очень гибким процессом с точки зрения геометрии, материалов и желаемых свойств. В дальнейших исследованиях Sachs et al.стали использовать металлические материалы для АМ. Кроме того, автоматизация была включена в производственный процесс от проектирования до готового продукта [86].

В последние годы исследования AM были расширены, и были использованы различные неорганические материалы, а также полимеры и / или их комбинации [44,59,87]. Более того, белки были включены в их структуры, где реакция взаимодействия клеток усиливается окружающей средой, сформированной в этих трехмерных структурах [87–89].

Изготовление строительных лесов — обзор

16.3.2 Результаты и обсуждение

Термически удаляемые органические фазы, используемые для изготовления каркасов, показаны на рис. 16.6. Частицы полиэтилена, действующие как порообразователи в способах I и III, имеют форму призмы и имеют размер от 300 до 600 мкм (рис. 16.6A). Полиуретановая губка, используемая в качестве шаблона для стеклянных каркасов, полученных методами II и IV, демонстрирует трехмерную сильно взаимосвязанную сеть макропор в диапазоне от 200 до 800 мкм с толщиной стенок в несколько десятков микрон (рис.16.6B). Полиэтилен и полиуретан полностью удаляются при 500 ° C и 600 ° C соответственно; таким образом, не ожидалось, что в готовых спеченных каркасах не останется органических остатков.

Рис. 16.6. Полимерные фазы, используемые для изготовления каркасов: (A) частицы полиэтилена и (B) полиуретановая губка.

Развитие кристаллических фаз происходило во время спекания как в каркасах, полученных из биостекла CEL2, так и в 45S5. В результате частичного расстекловывания CEL2 были обнаружены две силикатные фазы: Na ₄ Ca ₄ (Si ₆ O ₁₈ ) и Ca ₂ Mg (Si ₂ O ₇ ). в соответствии с результатами, представленными в другом месте [b9].Na ₂ CaSi ₂ O ₆ и Na ₂ Ca ₄ (PO ₄ ) ₂ SiO ₄ были, соответственно, основной и вторичной кристаллическими фазами спеченного биостекла 45S5, как уже сообщалось другими авторами (Lefebvre et al., 2007, 2008).

На рис. 16.7 показаны поперечные сечения каркасов, изготовленных методами I-a и I-b. На рис. 16.7B можно увидеть большее количество макропор по сравнению с рис. 16.7A из-за большего количества частиц полиэтилена (60 об.%) внесены в «зеленый цвет». Эти каркасы механически прочны, но имеют низкое содержание пор и взаимосвязь по сравнению с губчатой ​​костью; по этим причинам такие каркасы не имитировали должным образом трабекулярную структуру губчатой ​​кости. Увеличить пористость образца за счет введения большего количества частиц полиэтилена (более 60 об.%) Не удалось из-за разрушения каркаса во время термической обработки.

Рис. 16.7. Поперечные сечения каркасов, изготовленных (A) методом I-a и (B) методом I-b.

Трабекулярная структура губчатого вещества кости была хорошо воспроизведена в каркасах, изготовленных методом II, который приводит к спеченной копии исходного полимерного шаблона (рис. 16.8). Этот пенообразный каркас демонстрирует трехмерную сеть взаимосвязанных макропор, разделенных хорошо уплотненными стойками, и может считаться биоинспирированным естественной губчатой ​​костью. Размер пор составляет от 50 до 800 мкм и потенциально должен обеспечивать хорошую колонизацию остеобластами (размер клеток в пределах 10-50 мкм), а также доступ к кровеносным сосудам (Karageorgiou and Kaplan, 2005).

Рис. 16.8. Поперечный разрез каркаса, изготовленного по способу II.

Метод III позволяет изготавливать двухслойные каркасы, имитирующие макроструктуру костной ткани, образованную губчатым веществом и кортикальной костью. На рис. 16.9 показаны детали интерфейса между двумя слоями. Пористые и компактные области соединены вместе без каких-либо дефектов поверхности раздела, трещин или дефектов. Пористая область, изготовленная методом I, страдает недостатками, уже обсужденными для таких каркасов.

Рис. 16.9. Граница раздела компактного и пористого слоев каркаса, изготовленного по методу III.

Методы IV привели к очень многообещающим результатам: Рис. 16.10 показывает хорошую границу раздела между «губчатым» и «кортикальным» участками двухслойных каркасов, сделанных из CEL2 и 45S5 Bioglass. Пористый слой фактически поддерживает сильно взаимосвязанную трабекулярную морфологию, имитирующую структуру губчатой ​​кости. Микропоры (около 5 об.%) Видны в компактном слое обоих каркасов, что согласуется с небольшим содержанием пор, которое можно найти в кортикальном слое кости.

Рис. 16.10. Граница раздела между компактным и пористым слоем каркасов, полученных из (A) CEL2 и (B) 45S5, полученных из биостекла, изготовленных методом IV. Перед анализом каркас, полученный из биостекла 45S5, был залит смолой, которая проникла в поры, как видно из изображения.

Объемная усадка подготовленных каркасов приведена в таблице 16.3. Этот параметр играет ключевую роль при изготовлении каркаса, поскольку он влияет на размер, форму и содержание пор конечного спеченного каркаса.Знание об объемной усадке может потенциально позволить изготовление каркасов по индивидуальному заказу, способных удовлетворить требования конкретных клинических случаев или хирургических нужд.

Таблица 16.3. Объемная усадка, содержание пор и прочность на сжатие подготовленных каркасов (пять образцов протестированы для каждой серии)

σ _c (МПа)

5,3 ± 1,5

IV (45S5 Биостекло)

Пористость образцов оценивали путем измерения плотности, проведенного на пяти образцах из каждой серии. Рассчитанные таким образом значения пористости, представленные в Таблице 16.3, относятся ко всему содержимому пор, поскольку они включают вклад как макропор, так и микропор. Следует отметить, что каркасы, полученные методом репликации губки (метод II), имеют содержание пор более 50 об.%, Что требуется для каркаса, имитирующего губчатую кость (Karageorgiou and Kaplan, 2005).Кроме того, каркасы, изготовленные по методу IV, также удовлетворяют этому требованию, поскольку их пористая область была изготовлена ​​по методу II.

Низкое стандартное отклонение было обнаружено как для пористости, так и для объемной усадки каркасов, что продемонстрировало воспроизводимость образцов.

Результаты механических испытаний также представлены в таблице 16.3. Образцы, приготовленные методами I и II, которые были изготовлены для имитации свойств губчатого вещества кости, на самом деле демонстрируют механическую прочность, сопоставимую с прочностью губчатой ​​кости (2–12 МПа (Hench, 1991)).Каркасы, полученные путем сжигания полиэтилена, демонстрируют более высокую структурную прочность по сравнению с каркасами, полученными путем репликации губки: это связано с особенностями морфологии этих каркасов, в которых поры разделены плотными участками без наличия трабекулярной структуры ( Рис. 16.7), который присутствует в образцах, полученных путем репликации губкой (рис. 16.8).

Наличие компактного слоя, соединенного с пористой областью (методы III и IV), вызывает увеличение прочности на сжатие по сравнению с однородно пористыми каркасами (методы I и II).Это увеличение особенно важно для каркасов из биостекла 45S5 (почти 4 МПа), учитывая, что пористые кубоиды, сделанные из этих материалов, достигли прочности на сжатие <0,5 МПа (Chen et al., 2006).

Образцы замачивали в SBF, чтобы исследовать их биоактивный потенциал, отслеживая изменения, происходящие на их поверхности в течение периода испытаний. В качестве репрезентативного примера представлены результаты, полученные для каркасов, полученных из CEL2, полученных методом II. После замачивания в течение 24 ч в SBF поверхность каркаса полностью покрывается слоем силикагеля (рис.16.11А). Как описано Hench et al. (1972), образование богатого диоксидом кремния слоя на поверхности биоактивных стекол является важным условием биоактивности. Ca ^{2 +} и (PO ₄ ) ^3- ионные частицы затем мигрируют из окружающего раствора и через богатый кремнеземом слой к верхней части самого богатого кремнеземом слоя, образуя таким образом CaO / P ₂ O ₅ — богатая пленка, которая постепенно кристаллизуется в гидроксиапатите. На рисунке 16.11B показано образование апатитоподобных нанокристаллов на слое силикагеля после выдержки в течение 48 часов в SBF.После замачивания в течение 7 дней в SBF, слой вновь образованной фазы, состоящий из сферических агломератов, четко различим (рис. 16.11C). Также видны игольчатые нанокристаллы, выходящие из поверхности агломератов. Композиционный анализ, проведенный на этой фазе, представленный на фиг. 16.11D, показал атомное отношение Са к Р, равное 1,68, что близко к стехиометрическому значению природного гидроксиапатита (1,67). Слабый пик, соответствующий кремнию (Si), обусловлен наличием остаточного слоя силикагеля между поверхностью стекла и верхним слоем фосфата кальция.Присутствие пиков серебра (Ag) на картине EDS связано с металлическим покрытием, необходимым для анализа.

Рис. 16.11. Тесты на биоактивность in vitro: поверхность каркаса через (A) 24 часа, (B) 48 часов и (C) 7 дней в SBF; (D) Анализ EDS на вновь сформированном слое ГК (7 дней в SBF).

Некоторые образцы, пропитанные в течение 7 дней в SBF, были также залиты эпоксидной смолой (Struers Epofix), вырезаны и тщательно отполированы с помощью бумаги с зернистостью SiC; одно из полученных сечений показано на рис.16.12А. Режим обратного рассеяния, принятый для анализа SEM, подчеркивает присутствие слоя гидроксиапатита, выращенного на стенках каркаса, как показано на рисунке. Вновь сформированный слой является компактным, однородным и непрерывным и представляет собой толстую «пленку» (20–50 мкм) на стойках каркаса. Рис. 16.12B иллюстрирует типичную морфологию «цветной капусты» агломератов гидроксиапатита, выращенных на стенках каркаса. Две трещины, видимые на рисунке, вызваны конденсацией и реполимеризацией групп SiOH на ранних стадиях биоактивного процесса (Hench et al., 1972).

Рис. 16.12. Слой гидроксиапатита, сформированный на стойках каркаса после замачивания в течение 7 дней в SBF: (A) СЭМ-микрофотографии поперечного сечения каркаса, полученные в режиме обратного рассеяния; (B) деталь поверхности слоя гидроксиапатита.

Наличие слоя гидроксиапатита на стойках каркаса играет ключевую роль в стимулировании колонизации трансплантата костными клетками, поскольку было продемонстрировано, что остеобласты прикрепляются предпочтительно к кристаллам апатита из-за их химического и кристаллографического сходства с костным минералом (Ozawa et al., 1989; Thomson et al., 1998). Следовательно, поверхностный слой апатита может придавать биомиметические свойства каркасам, делая поверхность имплантата биосовместимой подложкой, способной к адгезии клеток.

Методы и конструкции каркасов в тканевой инженерии Функции и цели: обзор

В этой обзорной статье определение тканевой инженерии (TE) было всесторонне исследовано в отношении методов и приложений изготовления каркасов. Были представлены и обсуждены свойства и особенности каркаса в TE, биологические аспекты, состав материала каркаса, структурные требования каркаса, а также старые и текущие производственные технологии.Почти во всех рассмотренных отчетах определение TE обозначает обновление, развитие и восстановление поврежденных тканей, вызванных различными факторами, такими как болезнь, травма или врожденная инвалидность. TE — это мультидисциплинарная дисциплина, которая сочетает в себе биологию, биохимию, клиническую медицину и материаловедение, применение которой в клеточных системах, таких как трансплантация органов, служит средством доставки клеток и лекарств. Согласно предыдущей литературе и этому обзору, методы изготовления каркасов можно разделить на две основные категории: традиционные и современные методы.Эти методы изготовления TE применяются в строительстве каркасов, которые позже используются в тканях и структурах органов. Преимущества и недостатки каждого из методов изготовления были описаны вместе с текущими областями исследований, посвященных решению некоторых проблем. Чтобы понять, выделенные аспекты были направлены на определение достижений и проблем, которые необходимо решить при проектировании каркасов для тканевой инженерии. Кроме того, это исследование представляет собой превосходный обзор оригинальных численных подходов, ориентированных на механические характеристики, которые могут быть полезны при оценке конструкции каркаса при анализе параметров каркаса в тканевой инженерии.

1. Введение

Термин «тканевая инженерия» (ТЕ) был впервые введен профессором Робертом Неремом в 1988 году на симпозиуме Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе по молекулярной и клеточной биологии [1], где было дано исчерпывающее определение ТЕ как применения жизни науки и техники для развития базового понимания функциональных и структурных взаимосвязей естественных и патологических тканей млекопитающих и разработки биозаменителей, которые можно использовать для восстановления, поддержания или улучшения тканей, поврежденных или утраченных в результате различных заболеваний [2].Таким образом, TE относится к восстановлению, улучшению и поддержанию поврежденных тканей, вызванных различными факторами, такими как болезнь, травма или врожденная инвалидность [3].

Традиционным методом регенерации и заживления тканей является метод аутотрансплантата, который в основном зависит от доступности донорских тканей в сочетании с другими дополнительными эффектами, такими как боль и риски для пациентов, такие как заболеваемость донорской тканью и инфекционные заболевания [4]. В настоящее время искусственные каркасы применяются и используются в качестве поддерживающей структуры для клеточных культур и доминирования в росте клеток при восстановлении поврежденных тканей или органов.Во время регенерации клеток каркас временно помогает в регенерации клеток и постепенно биоразлагается либо в ходе процесса заживления, либо после него, и образуется новая ткань с желаемой формой и свойствами [5]. Эта способность каркаса к разложению устраняет необходимость удаления материала позже и, таким образом, устраняет побочные эффекты, возникающие из-за посторонних материалов, оставшихся в теле [4]. Следовательно, используемый каркас должен соответствовать определенным химическим, механическим и физическим требованиям для достижения диффузии клеток и формирования трехмерных тканей.

При изготовлении каркасов внеклеточный матрикс (ЕСМ) всегда привлекал внимание исследователей из-за его высокой биологической совместимости, способности к биологическому разложению и возможности быстрого ремоделирования in vivo [6]. Эти ECM в основном состоят из белков, включая коллаген, фибрин, фибриноген, желатин, эластин и т. Д., И полисахаридов, особенно альгинатов, гиалуроновой кислоты, целлюлозы, хитозана и т. Д. [6]. Эта сложная смесь обеспечивает механическую и биохимическую поддержку окружающим клеткам и контролирует их способность к регенерации.Большинство из этих полимеров выбрано, потому что их химические свойства могут быть изменены путем введения различных химических групп, которые дают производные, обладающие улучшенными свойствами адгезии, сшивки и биоразлагаемости [6]. Следовательно, создание биологически миметических и функционализированных каркасов, таких как биологически активный ЕСМ, необходимо для создания in vivo-подобного микроокружения, имитирующего биологические объекты и стимулирующего специфические для клеток ответы, ведущие к регенерации и восстановлению тканей [4, 5].На рисунке 1 представлена ​​сборка 3D-принтера и этапы изготовления каркаса.

Кроме того, на рисунке 1 также представлен процесс лазерного гелеобразования (LAG) при изготовлении каркасов: (а) привод серводвигателя для удержания зоны подачи на фиксированном расстоянии; (b) равномерное нанесение навозной жижи в зоне подачи на поверхность рабочей платформы с использованием скребковой пластины с последующим возвращением скребковой пластины в исходное положение после равномерного укладки гидросмеси в зоне формования; (c) использование лазера CO ₂ в качестве источника тепловой энергии, сканирование формы для формования с помощью лазерного сканера до тех пор, пока влага суспензии не испарится и форма не застынет; и (d) строительные леса закончены.Шаги с (а) по шаг (с) повторяются до тех пор, пока каркас не будет готов [7].

Несмотря на то, что существует несколько методологий изготовления каркасов, большинство методов характеризуются низкой эффективностью из-за проблем, связанных с созданием каркаса, который способствует трехмерному заживлению и формированию кровеносного сосуда внутри каркаса [8, 9]. В этой статье обсуждаются некоторые из наиболее многообещающих методов изготовления каркасов и материалов, которые широко используются в тканевой инженерии.

2. Значение тканевой инженерии

TE — это междисциплинарная область, основанная на широком спектре областей, где науки о жизни и инженерные принципы применяются к разработке биозаменителей для восстановления, поддержания или улучшения функции ткани или органа. . Таким образом, TE — это междисциплинарное исследование, объединяющее биологию, биохимию, клиническую медицину и материаловедение вместе с наукой о материалах для достижения клинических приложений [10]. В последнее время ТЭ или регенеративная медицина стала многообещающим методом восстановления поврежденных тканей для преодоления осложнений, связанных с традиционными методами донорства органов.ТЕ стала альтернативой из-за растущего спроса на трансплантацию органов в клинической медицине [11].

Каркасы могут служить клеточными системами или средствами доставки клеток и лекарств при регенерации клеток и тканей; таким образом, клеточный материал должен быть способен адекватно колонизировать хозяйскую клетку для удовлетворения потребностей регенерации и восстановления. Другой альтернативой является объединение каркасов с различными типами клеток, которые могут улучшать образование тканей in vivo за счет остеогенного происхождения или высвобождать специфические растворимые молекулы для происхождения.Эти клетки можно избирательно размножать ex vivo перед имплантацией в целевой сайт [11]. Свойства изготовленного каркаса зависят от типа тканей, которые нуждаются в ремонте, будь то твердые ткани, такие как кости, или мягкие, такие как нервные ткани; например, при конструировании твердых тканей биологические каркасы используются для заполнения костных дефектов и должны быть способны выдерживать нагрузки, а также способствовать развитию новой кости. Заживление кости зависит от свойств каркаса, таких как размер, форма, толщина стенки, взаимосвязь и поверхность стенки поры каркаса, а также от кинетики резорбции, пористости, морфологии поверхности, химического состава поверхности, скорости разрушения и механической стабильности [10, 12 ].Эти свойства каркаса должны быть разработаны для конкретного применения в зависимости от таких факторов, как анатомическое расположение, возраст пациента, тяжесть травмы и другие патологические состояния. Механические аспекты каркаса, такие как прочность, должны быть устойчивыми к физиологическому стрессу и уменьшать защиту от стресса. Например, в костном TE TE предназначен для восстановления и регенерации поврежденных нервных тканей.

При регенерации клеток в каркас включаются различные типы клеток (расширенные или нерасширенные), извлеченные от донора или пациента.Взрослые стволовые клетки, такие как костный мозг, жировая ткань, зубы, клетки крови, эмбриональные стволовые клетки, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки), стволовые клетки периферической крови и генно-инженерные клетки, являются источником расширенных клеток, в то время как кости богатые тромбоцитами плазматические клетки, полученные из аспирата костного мозга, являются основным источником нерасширенных клеток [11]. Эти клетки создаются в различных формах в голосовых или молекулярных молекулах, поэтому важен каркас с особыми свойствами. Например, гидрогели используются для стимуляции регенерации ткани спинного мозга, поскольку гидрогели могут адаптироваться к механическим характеристикам губчатой ​​мягкой и вязкоупругой нервной ткани [3, 12].Кроме того, грубое несоответствие между тканями и имплантатом приводит к отмиранию тканей фасада [3].

3. Функции каркаса для тканевой инженерии

Несмотря на то, что в нескольких исследованиях сообщалось о многочисленных открытиях в области TE, коммерциализация этих недавно открытых функций значительно возросла из-за медицинской применимости этих результатов. Таким образом, чтобы улучшить признание клинического применения таких технологий, важно включить конкретные биологические, клинические и механические аспекты, которые являются не только теоретическими, но и могут сыграть роль в практической реализации.Соответствующий каркас должен быть способен восстанавливать ткани тела с минимальными требованиями для роста клеток, васкуляризации, пролиферации и интеграции хозяина, и, наконец, материалы должны разрушаться естественным образом во время или после процесса заживления [11]. Однако каркас имеет определенные характеристики, связанные с биологическим аспектом, структурой и химическим составом [11].

4. Биологические характеристики

Биологические аспекты каркасов включают их биосовместимость и нетоксичность.Клетки, выращенные на каркасах, должны иметь возможность беспрепятственно воспроизводить и различать клетки для создания нового матрикса [2, 13]. Следовательно, каркас считается идеальным каркасом для применений TE, если он может имитировать свойства ECM тканей для идеальной и полной регенерации. Однако, как уже упоминалось, функция поддерживающей клетки зависит от таких параметров, как выбранная клеточная линия, подлежащий материал, свойства поверхности и структура каркаса [2].

Биосовместимость позволяет одновременно формировать новую ткань и разрушать матрицу.Матрица не должна быть токсичной, чтобы система могла избавиться от нее, не беспокоя других членов [11]. Биологические свойства каркаса являются значительной проблемой модуляции, поскольку они влияют на взаимодействие каркасов с тканями и органами. Из-за низкой способности биологического материала взаимодействовать с окружающей средой были предприняты усилия по включению биоактивных каркасов для обеспечения правильного клеточного взаимодействия, миграции или дифференциации, информации о тканях и включения в организм хозяина, а также для использования биоактивных каркасов для избегать нежелательных процессов, таких как рубцевание.Кроме того, необходимо, чтобы каркас избегал иммунных ответов хозяина. Недавно была реализована концепция иммуно-инертных биоматериалов, и их иммуномодулирующее действие регулирует иммунную систему (т.е. снижение активности NK-клеток и опосредованного Т- и В-клетками иммунитета) [11].

5. Структурные характеристики

Биологическая ткань представляет собой невероятно сложную трехмерную структуру со сложными механическими функциями, связанными с характеристиками массопереноса. Следовательно, критическая цель ТЕ состоит в том, чтобы сократить эту структурную сложность и функцию с помощью биологических каркасов, которые предоставляют клетки, белки и гены для реконструкции ткани.Ясно, что биологические материалы и структуры не могут воспроизводить сложные тканевые среды, включая многочисленные типы клеток, которые взаимодействуют с различными цитокинами для образования внеклеточных матриц внутри клеток с иерархическими свойствами, которые демонстрируют механическую функцию, которая проявляет высокую нелинейность и двухфазность [2] . Разработка васкуляризованных инженерных каркасов является одной из ведущих проблем из-за отсутствия сосудистой недостаточности, приводящей к неэффективному включению остео, определяя, что выбор материала влияет на окончательные физические характеристики каркаса [9, 11].Часто желательно, чтобы пористость каркаса улучшала его механические свойства для поддержки роста клеток. Кроме того, каркас с соответствующим размером пор улучшает миграцию клеток и водопоглощение [14], а также способствует высокому массопереносу кислорода по каркасу [15].

6. Химический состав

Как правило, большинство каркасов состоит из полимеров, биокерамики и гибридных материалов, как природных, так и созданных руками человека [14]. Исходя из источника материалов, используемых для изготовления каркаса, существуют проблемы, связанные с биосовместимостью, составом и продуктами разложения таких матриц.Несмотря на то, что для каркаса был исследован широкий спектр материалов, сообщалось, что некоторые материалы не поддерживают рост клеток внутри каркаса [2].

Полимеры бывают двух типов: природные полимеры и синтетические полимеры. Природные полимеры, такие как гиалуроновая кислота, фибрин, хитозан и коллаген, обладают хорошей биологической совместимостью, низкой иммуногенностью и остеокондуктивностью. Однако они страдают от скорости свободного разложения и низкой механической стабильности [11]. Синтетические полимеры, такие как полипропиленфумарат (PPF), полиангидрид, поликапролактон (PCL), полифосфазен, полиэфирэфиркетон (PEEK), полимолочная кислота (PLA) и поли (гликолевая кислота) (PGA), демонстрируют контролируемые скорости разложения.Кроме того, они обладают способностью к изготовлению сложных форм и улучшенным прикреплением клеток (отрицательно заряженные химические группы) и способностью доставлять растворимые молекулы [11]. Кроме того, синтетические полимеры можно производить по низкой цене, в больших количествах и с более длительным сроком хранения [11].

Некоторые исследования in vitro показали, что сам материал может разрушить результаты образования ткани ex vivo по сравнению с естественными тканевыми матрицами. Кроме того, в ситуации in vivo на нарушение регенерации может сильно влиять иммуногенность материала, неожиданное время разложения и побочные эффекты, возникающие из-за продуктов разложения.В зависимости от этих соображений, матрицы, наиболее близкие к естественному внеклеточному матриксу, являются наиболее перспективными для ТЕ. Таким образом, недавно разработанные подходы в процессе экстракорпоральной тканевой инженерии направлены на предотвращение биоразлагаемых каркасов, которые реабсорбируются со скоростью, отличной от регенерации скелетной ткани. Следовательно, были разработаны новые методы решения этих проблем путем отказа от строительных лесов.

7. Современные технологии производства и изготовления каркасов

На уровне in vivo ткань состоит из трехмерных единиц, повторяющихся в масштабе от 100 до 1000 мкм м (т.е.г., нефрон, островок). Трехмерная структура этих повторяющихся тканевых единиц является основой для координации многоклеточных процессов, развития механических свойств и объединения с различными системами органов посредством микроциркуляции. Таким образом, каркасы предназначены для достижения этой эволюции в трехмерных клетках, обеспечивая механическую поддержку во время восстановления тканей [16]. Местная клеточная среда — еще один важный компонент ткани на уровне in vivo. Микробиологическая среда (∼10 мкм мкм) отвечает за биохимические, клеточные и физические катализаторы сигнальных путей, включенных в процессы клеточной судьбы, такие как дифференцировка, пролиферация, миграция и смерть.Таким образом, успешное изготовление полностью функциональных каркасов должно решаться на двух уровнях: (а) микромасштабный уровень должен содержать среду, подходящую для выживания и функционирования клеток, и (б) макромасштабная конструкция ткани должна обеспечивать координацию многоклеточных процессов, обеспечивать адекватный транспорт питательных веществ. , и обладают механическими свойствами.

На практике методы изготовления 3D-каркасов подразделяются на традиционный или метод быстрого прототипирования (RP) (Таблица 1), каждый из которых производит разные каркасы с разными характеристиками [11].Традиционные методы изготовления каркасов включают создание пористых полимерных структур, таких как субстраты для клеточной адгезии, но сложно получить сложные структуры с настраиваемым микромасштабом и макромасштабом с использованием традиционных методов [16]. Техника изготовления каркасов RP предоставляет множество потенциальных возможностей для тканевой инженерии. Во-первых, независимый контроль макромасштабных и микромасштабных функций позволяет создавать многоклеточные структуры, необходимые для сложных функций тканей.Во-вторых, изготовление трехмерного сосудистого ложа позволит поддерживать массивное формирование ткани, что в противном случае было бы возможно. В-третьих, объединение данных клинической визуализации и методов изготовления 3D может обеспечить возможность производства индивидуальных каркасов, а также массового производства конструкций каркасов [15, 17].

7.1. Традиционные методы изготовления

Значительное количество каркасов было разработано традиционно для доставки лекарств, но впоследствии они были использованы в трехмерной культуре клеток в контексте ТЕ [18]. Традиционные методы изготовления каркасов, такие как заливка растворителем / выщелачивание частиц, предназначены для определения формы каркаса и размера пор, но в основном ограничиваются предшествующей внутренней конструкцией каркаса или связью пустот [16, 18].

7.2. Литье растворителем и выщелачивание частиц

В этом методе растворитель в сочетании с равномерно распределенными частицами соли определенного размера используется для растворения раствора полимера. Растворитель испаряется, оставляя матрицу, содержащую частицы соли. Затем матрица погружается в воду, и соль выщелачивается, образуя структуру с высокой пористостью. Литье растворителем с выщелачиванием частиц подходит только для тонких мембран тонкостенных трехмерных образцов; в противном случае растворимые частицы невозможно отделить от полимерной матрицы [19].Каркасы, разработанные этим методом, имеют пористость от 50% до 90% [13]. Этот метод относительно простой и недорогой. Одним из основных преимуществ этого метода является то, что полученный каркас имеет высокую пористость и возможность настройки размера пор, что делает его подходящим для развития и роста трехмерной клетки [10].

Thanh et al. [21] предложили пористый нанокомпозит PLA / MD-HAP / PEO для применения в костной инженерии из полимолочной кислоты (PLA), который был объединен с различным содержанием NH ₄ HCO ₃ с различными дочерними продуктами путем литья из растворителя с методом выщелачивания частиц.Другие исследователи также применили эту технику при изготовлении каркасов для различных целей, таких как сочетание природных полимеров [22, 23] или интеграция биоактивных соединений в каркас [24, 25].

Одним из недостатков этого метода изготовления является его трудоемкость, поскольку в нем используются только тонкие мембраны. Слои пористых листов допускают только определенное количество сетей пор между собой и, следовательно, могут ограничивать его пригодность для использования из-за ограниченного размера пористости [24].В этом методе используются различные токсичные растворители, для испарения которых требуется много времени (дни или недели).

7.3. Сублимационная сушка

Процесс сублимационной сушки также известен как лиофилизация; он включает использование синтетического полимера, который сначала растворяют в подходящем растворителе. После растворения раствор полимера охлаждают до температуры замерзания, в результате чего образуется твердый растворитель, который испаряется при сублимации, оставляя твердый каркас с многочисленными взаимосвязанными порами [11].В этом методе, когда раствор охлаждается до точки замерзания, растворенные вещества могут быть разделены в ледяной фазе, в результате чего образуется небольшая пористая структура, характеризующаяся «забором» из вещества, окружающего лед. Каркасы получаются после последующей сушки; при простом растворении и сублимационной сушке макропористость соответствует пустой области, первоначально занятой кристаллами льда. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет избежать высоких температур, которые могут снизить активность интегрированных биологических факторов.Кроме того, размером пор можно управлять, контролируя и изменяя метод замораживания [26]. Этот метод был использован при изготовлении каркаса BG-коллаген-фосфатидилсерин с соответствующими взаимосвязанными порами размером около 300 мкм мкм. Было показано, что он способен образовывать комплексы с кальцием и фосфатом и зародышеобразовать ГК. Многие исследователи сообщили, что этот метод процветает при изготовлении каркасов для использования в различных целях [9]. Мин и Ли [27] применили эту технику для изготовления трехмерных каркасов с использованием наночастиц хитозана.Кроме того, Jayachandran et al. [20] сообщили о производстве хитозан-альгинатных биокомпозитов с участием фукоидана для костной ткани путем лиофилизации. Их каркас имеет многообещающие свойства пористости и водопоглощения. Кроме того, Aranaz et al. [26] также сообщили об аналогичной стратегии. Хотя этот метод широко используется при изготовлении каркасов, он все же имеет ряд недостатков, таких как высокое энергопотребление, длительные временные рамки, использование цитотоксических растворителей и образование мелких пор неправильного размера (обычно в диапазоне от 15 до 15%). до 35 мкм м) [28].Чтобы преодолеть эти проблемы, Géraldine et al. [29] предложили варьировать температуру замерзания (от -10 ° C до -70 ° C) и ввести дополнительную стадию отжига для увеличения скорости роста кристалла льда.

Метод сублимационной сушки является более подходящим методом в биомедицинских целях, поскольку при изготовлении каркаса вместо органического растворителя используются вода и кристаллы льда; тем не менее, эта методология подвергается сомнению при изготовлении иерархически структурированных каркасов, таких как сосудистые системы в биомедицине [30].Кроме того, в этом методе также используются цитотоксические растворители для смешивания полимера; следовательно, изготовленный каркас необходимо многократно промывать для удаления растворителя и минимизации гибели клеток.

7.4. Термоиндуцированное разделение фаз (TIPS)

TIPS — это низкотемпературный метод, предназначенный для принудительного разделения фаз за счет изменения температуры, связанного с установкой однородного раствора полимера с высокой температурой в среде с пониженной температурой, чтобы вызвать разделение фаз, чтобы полимер -богатая фаза, а также бедная полимерная фаза [13, 15].Пористая каркасная структура может быть получена, когда растворитель удаляется с помощью сублимационной сушки, оставляя относительно пористую волокнистую сетку нанометрового размера. Этот метод может быть использован для создания каркаса из термопластичного кристаллического полимера. Низкая температура может использоваться для интеграции биоактивных молекул в волокнистый материал каркаса. Blaker et al. [31] предложили новый подход к производству с использованием TIPS для получения микросфер для ТЕ и доставки лекарств; этот метод сделал практичным регулирование размеров пор для включения наполнителей и лекарств.Было доказано, что включение белков в поровые области распределяется равномерно вместе с более подходящим временем воздействия при воздействии на границу раздела растворитель / вода. Smith et al. [32] представили сопоставимый подход к созданию нановолоконных каркасов, которые были объединены с различными компонентами, достигающими размеров пор от 50 до 500 нм, что делает их максимально близкими к имитации структуры ткани. Основным недостатком этого метода является то, что при изготовлении можно использовать ограниченное количество материалов и недостаточное разрешение.

Разделение фаз имеет большой потенциал в производстве трехмерных нановолоконных каркасов с однородной структурой пор с помощью процессов двойного или множественного фазового разделения по сравнению с электроспиннингом [30]. Кроме того, метод разделения фаз может использоваться вместе с другими технологиями изготовления, такими как твердое тело в свободной форме (SFF) в TE.

7,5. Газовое пенообразование

Газовое пенообразование — это метод, разработанный для использования при высоких температурах и органических цитотоксических растворителях.В этом методе используются сравнительно инертные газовые пенообразователи, такие как диоксид углерода или азот, для создания давления на смоделированный биологически разлагаемый полимер с помощью воды или фтороформа до тех пор, пока они не станут насыщенными или заполнятся пузырьками газа. Этот метод обычно производит структуры типа губки с размером пор от 30 до 700 мкм мкм и пористостью до 85% [15]. Недостатком этого метода является то, что иногда получаемый продукт может иметь структуру с закрытыми порами или твердую полимерную пленку. Чтобы решить эту проблему, Harris et al.[33] улучшили процесс, чтобы получить очень пористый продукт с улучшенными пористыми связями. Исследования материала in vitro показали, что засеянные клетки прилипают к матрице и продолжают поглощать трехмерные ткани.

7.6. Электропрядение

Электропрядение — это метод изготовления волокон из раствора с использованием электричества. Этот метод жизненно важен для разработки нановолоконных каркасов в TE. Электропрядение — это очень сложная техника, при которой зарядка жидкости под высоким напряжением приводит к взаимодействию между поверхностным натяжением и электростатическим отталкиванием, которое заставляет капли на фильере извергаться и растягиваться.Стандартная система электроспиннинга состоит из четырех основных компонентов: спиннера с шприцевым насосом, металлической иглы, источника высокого напряжения и заземленного коллектора, как показано на рисунке 2. Напряженность электрического поля превышает поверхностное натяжение капля для образования струи жидкости, которая затем расширяется и непрерывно взбивается за счет электростатического отталкивания, пока не осаждается на заземленном коллекторе. Растворитель при этом испаряется, и струя затвердевает, образуя нетканую волокнистую мембрану [13, 15].

Bofan et al. [34] применили электроспиннинг для получения композитных волокон, состоящих из белка шелка драглайна пауков и коллагена. В исследовании сообщается о создании однородной смеси из волокон с высокой прочностью на разрыв. В других исследованиях in vitro установлено, что изготовленный матрикс может поддерживать распространение плацентарных стволовых клеток децидуальной оболочки париетальной оболочки человека (hdpPSC). Sarhan et al. [35] применили тот же метод путем интеграции антимикробного агента при изготовлении нановолокна перевязочного материала для ран.Таким образом, было показано, что изготовленные каркасы содержат активные противомикробные агенты против Staphylococcus aureus , Escherichia coli , метициллин-резистентного S. aureus (MRSA) и мультирезистентного Pseudomonas aeruginosa . Чтобы объединить преимущества как синтетических, так и природных полимеров, смешанные нановолокна на основе хитозана были изготовлены методом электроспиннинга с использованием хитозана и синтетических биоразлагаемых полимеров, таких как полимолочная кислота (PLA) [36, 37].

Несмотря на то, что электроспиннинг является простым и быстрым методом изготовления нановолоконных каркасов, все еще существует проблема изготовления каркасов со сложной структурой, такой как однородное распределение пор, что ограничивает его применение в биомедицине [30].

7.7. Rapid Prototyping (RP)

Технологии быстрого прототипирования (RP), также известные как твердотельные, свободные от производства (SFF), представляют собой набор производственных процессов, которые могут создавать прямые формы непосредственно из моделей объекта автоматизированного проектирования (CAD). без необходимости использования специальных инструментов или знаний.Системы RP сочетают порошковые, жидкие и листовые материалы для изготовления деталей по сравнению с методами механической обработки (например, фрезерованием и сверлением). Слой за слоем машина быстрого прототипирования может изготавливать деревянные, керамические, пластиковые и металлические предметы, используя тонкие горизонтальные поперечные сечения из компьютерной модели [23]. Технология изготовления каркасов RP позволяет изготавливать конструкции с точным пространственным контролем над структурой полимера, чтобы справиться с некоторыми проблемами традиционных методов производства [17]. Основное преимущество этих методов заключается в том, что они позволяют производить индивидуальные и индивидуальные каркасы, подходящие для рассматриваемых тканей и органов [15].Основные методы RP включают 3D-печать (3DP), моделирование методом наплавления (FDM), селективное лазерное спекание (SLS) и стереолитографию [13, 15].

7,8. Стереолитография

Метод стереолитографии в основном используется для создания твердых трехмерных объектов путем последовательной печати тонкого слоя материала, отверждаемого ультрафиолетом (УФ), слой за слоем. Система стереолитографии (рис. 3) состоит из четырех основных компонентов, а именно: резервуара со светочувствительной жидкой смолой, переносной встроенной платформы, УФ-лазера для излучения смолы и системы динамических зеркал.Процесс начинается с УФ-лазера с нанесения на платформу слоя светочувствительной жидкой смолы. После застывания исходного слоя платформу опускают вертикально. Затем на первый слой накладывается второй слой; процесс повторяется до тех пор, пока не будет создан 3D каркас. Наконец, неотвержденная смола счищается, и каркас подвергается последующему отверждению в УФ-свете. Таким образом, этот метод решает проблемы, связанные с отходами при субтрактивных методах изготовления. Melchels et al.[38] применили стереолитографический метод при возведении строительных лесов сложной конструкции с высоким разрешением. Конструкции были сделаны с использованием смолы на основе поли (D, L-лактата) или поли (D, L-лактид-со-е-капролактон). В исследовании сообщается, что, когда была проведена механическая эволюция каркасов, каркас соответствовал предсказаниям конечных элементов. Аналогичным образом Роберт и др. [39] применили эквивалентный метод при проектировании трехмерных каркасов с использованием метакрилата желатина для получения специально разработанных каркасов с точными механическими свойствами по мере необходимости.Созданный ими каркас продемонстрировал однородность взаимосвязи пор в исследованиях in vitro, в которых сообщалось, что он поддерживает распространение и пролиферацию эндотелиальных клеток пупочной вены человека (HUVEC), что делает его пригодным для использования TE. Хотя многие виды исследований показали успех стереолитографии в дизайне каркасов, этот метод также имеет ограничения в процессе фотополимеризации, требуя больших количеств мономеров и постполимеризационной обработки для улучшения конверсии мономера [40].

Исследования показали, что метод стереолитографии имеет потенциал для создания различных типов клеточных машин, которые могут найти применение в широком спектре дисциплин, таких как биосенсор, восстановление окружающей среды, открытие лекарств и сбор энергии, что делает его мощным биотехнологическим производством. технология. Однако размер элемента каркаса, который может быть изготовлен, ограничен шириной луча лазера [41].

7.9. Моделирование наплавленного осаждения (FDM)

В методе FDM твердый полимер заливается в сопло горячей экструзии для расплавления и экструзии на поверхности трехмерного объекта с использованием контролируемых компьютером процессов экструзии и осаждения; каркас состоит из нескольких слоев смежных микрофиламентов.FDM использовался для обработки термопластичных биополимеров, Hutmacher et al. [42] использовали биологически разлагаемые полиэфиры для создания нетканых каркасов, помогающих клеткам расти в ТЕ. Кроме того, Zein et al. [43] продемонстрировали универсальность моделирования новых каркасных структур с контролируемыми механическими свойствами с использованием этого FDM; В исследовании сообщалось о производстве полимерного биорезорбируемого поли (е-капролактон) (PCL), грунтовочного материала, который используется для производства пористых каркасов. Как правило, по данным нескольких исследований, FDM полезен при проектировании каркасов в различных аспектах изготовления каркасов [44].Основным недостатком FDM является необходимость в предварительно сформованных волокнах одинакового размера для подачи через ролики и сопло; он также имеет ограничения в применении к биоразлагаемым полимерам [15]; для преодоления этих недостатков было предложено множество модифицированных процессов FDM. Xiong et al. [45] подтвердили использование низкотемпературного осаждения в производстве композитных каркасов для конструирования костной ткани. Кроме того, исследование показало, что каркас продемонстрировал отличную биосовместимость, подходящую способность к биоразложению и способность к костной проводимости для восстановления кости.

7.10. Селективное лазерное спекание (SLS)

SLS было разработано в 1986 году Техасским университетом Остина. Этот метод использует лазер в качестве источника энергии для спекания порошкового материала, определенного трехмерной моделью, в тонких слоях. Благодаря использованию лазера, этот метод был использован для изготовления различных материалов, таких как полимеры, металлы или керамика [46]. Эффективность этого метода была показана при изготовлении каркаса с использованием полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы [47] и при изготовлении бионанокомпозитных микросфер, составляющих этот PLLA, который может эффективно производить микросферы из наносфер карбонизированного гидроксиапатита (CHAP) внутри поли (L- lactide) (PLLA) матрица для создания каркаса TE [48].SLS является выгодным методом, поскольку он обеспечивает превосходный контроль пользователя над микроструктурами производимых каркасов путем адаптации различных параметров процесса SLS, таких как процентные составы физически смешанных смесей полимера / композитного порошка, которые должны использоваться для получения предпочтительных свойств каркаса [47]. Одним из основных недостатков SLS является то, что требуется дополнительная процедура для удаления инжектированного порошка при высокой рабочей температуре после обработки закрутки фазы [47].

7.11. Трехмерная печать (3DP)

3DP — это процесс создания инструментов и функциональных элементов прототипа непосредственно из компьютерных моделей, как показано на рисунке 4. Техника 3DP выполняется путем нанесения порошкообразного материала слоями и выборочного слияния порошок «струйным», на котором наносится клей. После непрерывного нанесения слоев несвязанный порошок извлекается, образуя сложный трехмерный объект. Этот процесс можно использовать для изготовления керамических, металлических и металлокерамических композитных деталей.Процесс 3DP может прямо или косвенно функционировать при печати самой детали или формы [49]. 3DP — это новый метод изготовления TE, который можно использовать для точного контроля структуры каркаса на микронном уровне. Хотя его успех связан со способностью строго следовать структуре естественной ткани и механическим характеристикам каркаса, каркасы, полученные методом 3DP, имеют ограниченную имитацию наноразмерных свойств внеклеточного матрикса ткани, которую они стремятся заменить [50].

Исследования продемонстрировали разработку поли (дофаминовых) покрытий для каркасов из поли (молочной кислоты) 3DP для инженерии костной ткани [50]. Было показано, что в дополнение к стимулированию остеогенеза покрытия улучшают адгезию клеток, а также их пролиферацию. Модифицированная технология 3DP была разработана для улучшения производимого каркаса для имитации конкретной ткани [15]. Као и др. [51] подтвердили использование холодной атмосферной плазмы (CAP) в качестве эффективного и быстрого способа изменения некоторых свойств поверхности 3D-печатных каркасов, таких как наноразмерная шероховатость и химический состав.Этот метод продемонстрировал высокую эффективность в создании высококачественных каркасов с лучшей наноразмерной шероховатостью и соотношением кислорода и углерода, а также с сохранением краевого угла контакта с водой после обработки на основе CAP по сравнению с необработанными каркасами из 3D PLA. Чжун и др. [52] представили модифицированную технологию 3DP, предназначенную для печати высококачественных керамических каркасов при низкотемпературной экструзии. Их конструкция включает изменение факторов, влияющих на давление экструзии, включая отношение длины сопла к диаметру, рецептуру пасты и скорость экструзии.Результаты, представленные в исследовании, показали, что после оптимизации параметров печати низкотемпературные экструзионные 3D-печатные каркасы имеют однородную микроструктуру. Ян и Ваэзи разработали недорогую технологию производства для 3D-печати каркасов и пресс-форм из биоактивных композитов PEEK / HA для инженерии костной ткани [52, 53, 54]. В таблице 2 показаны процесс и методы применения этого метода для создания биоактивного композита PEEK / HA для инженерных каркасов костной ткани [52].

7.12. Биопечать

Биопечать — это метод 3DP, определяемый как «использование процессов переноса материала для разработки биологического рисунка и сборки соответствующих материалов, клеток, молекул, тканей и биоразлагаемых биоматериалов с заданной структурой для достижения некоторых биологических функций» [55 ]. Внедрение не содержащих растворителей систем на водной основе позволяет напрямую печатать биоматериалы на трехмерных каркасах для трансплантации с засеянными клетками или без них [55]. В общем, биопечать позволяет персонализировать медицину с использованием технической формы роста клеток (показано на рисунке 5).В настоящее время технологии 3D-биопечати можно разделить на два типа: бесклеточные и клеточные конструкции. Используя бесклеточную биопечать, каркас и биоматериал можно производить без клетки в процессе печати. По сравнению с клеточной биопечатью бесклеточная биопечать может обеспечить более высокую точность и большую сложность формы, поскольку она имеет менее строгие условия изготовления, чем методы, требующие поддержания жизнеспособности клеток. Клеточная биопечать объединяет клетки и другие биоагенты с материалом в процессе производства для изготовления конструкций из живых тканей.Следовательно, условия и оптимизация параметров при построении этих конструкций варьируются в зависимости от существования или отсутствия живых клеток, а также биологических веществ.

Существует множество различных способов трехмерной биопечати, в том числе автономная самосборка, биомимикрия и строительный блок из миниатюрных тканей [55]. В настоящее время микроэкструзия, лазерная печать и струйная печать являются наиболее широко используемыми методами нанесения и формирования рисунка на биологических материалах [15, 55].Струйная биопечать известна как бесконтактная техника, в которой используются пиколитровые биочернильные капли для создания 2D или 3D структур, наслоенных на подложку. Термоструйная струйная печать, струйная струйная струйная обработка и электрогидродинамическая струйная струйная обработка являются типичными примерами методов струйной печати материалов. Эти методы имеют несколько преимуществ, таких как низкая стоимость из-за сходства со структурой коммерческого принтера, высокая скорость печати с возможностью поддержки параллельного режима работы и высокая жизнеспособность ячеек (80/90%).Однако основные проблемы заключаются в том, что метод включает узкую селективность материала, частое засорение печатающей головки [15] и сохранение биологического материала в жидкой форме для образования капель [55].

Напротив, биопечать с микроэкструзией включает в себя систему обработки и дозирования материала с регулируемой температурой и платформу, при этом одна из них или обе могут перемещаться по осям x , y и z . Оптоволоконный источник света можно использовать для устранения зоны осаждения для активации фотоинициатора и работы фотографов, а также в качестве пьезоэлектрического увлажнителя и видеокамеры для управления и контроля для x-y-z .В некоторых системах используется более одной печатающей головки, чтобы упростить серийное дозирование нескольких материалов без переоборудования. Микроэкструзионные принтеры управляются путем удаления управляемого роботом экструзионного материала, нанесенного на подложку, с помощью головки для микроэкструзии. При микроэкструзии образуются непрерывные шарики материала вместо капель жидкости. Небольшие шарики материала наносятся в 2D. На основе программного обеспечения CAD-CAM головка для микроэкструзии перемещается вдоль оси z , а нанесенный слой является основой для последующего слоя.Многие материалы соответствуют принтерам для микроэкструзии, среди которых биоразлагаемые сополимеры гидрогели и клеточные сфероиды [55].

Лазерная биопечать — это метод, основанный на прямом переносе с помощью лазера. Типичная система включает импульсный лазерный луч, соединенный с системой фокусировки; «лента» с донорной транспортной опорой, покрытая слоем золота или титана, способным поглощать лазерную энергию, и слой биологического материала, содержащий клетки и гидрогель; и принимающую подложку, обращенную к ленте.Биопринтер с использованием лазера направляет лазерные импульсы на поглощающий лазерный слой золотого слоя ленты, ведущей к пузырю высокого давления, который, в свою очередь, направляет материалы, содержащие клетки, к подложке коллектора. Одно из преимуществ этого метода заключается в том, что он не имеет ничего общего с проблемой засорения форсунки ячейками или материалом, поскольку в нем нет форсунки. Более того, он показывает совместимость с некоторыми вязкостями биоматериала (1–300 мПа / с). Впервые он был применен для печати каркаса нано-ГА на дефектах свода черепа мышей с использованием рабочей станции, предназначенной для высокопроизводительного биологического лазера.Перед экспериментами по лазерной печати с помощью МРТ было показано отсутствие воспаления из-за лазерного облучения твердой мозговой оболочки мышей. Предварительные результаты показали, что биопринтинг in vivo возможен и может быть использован для будущих медицинских роботов и компьютерных вмешательств [55, 56]. Несмотря на то, что этот метод показал некоторые преимущества, LAB с высоким разрешением повлекла за собой быструю кинетику гелеобразования для достижения высокой точности формы, что привело к относительно низкой скорости потока.

8. Выводы и перспективы

Тканевая инженерия — это междисциплинарная область, охватывающая широкий спектр областей, поэтому развитие этой области было получено благодаря многочисленным биомедицинским технологиям изготовления трехмерных каркасов, включающим традиционные и современные технологии производства каркасов.Традиционными методами являются литье растворителем и выщелачивание частиц, сублимационная сушка, TIPS, вспенивание газа и электроспиннинг, в то время как современные методы (быстрое прототипирование) включают стереолитографию, моделирование наплавленного осаждения (FDM), селективное лазерное спекание и трехмерную печать. . Основываясь на предыдущей литературе и этом обзоре, техника TE представляет собой современный метод конструирования каркасов для использования в тканях и структурах органов. Как преимущества, так и недостатки каждого из упомянутых выше методов изготовления были описаны в связи с текущими областями исследований, посвященных решению некоторых проблем.

Подводя итог, выделенный аспект направлен на определение достижений и проблем, которые необходимо решить при проектировании каркасов для тканевой инженерии. Это исследование представляет собой превосходный обзор оригинальных численных подходов, сфокусированных на индивидуальных характеристиках методов изготовления, которые могут быть полезны при выборе подходящего метода проектирования каркаса для оценки и анализа параметров каркаса в тканевой инженерии.

Согласно всей упомянутой информации в этом тексте, мы обнаружили, что методы прототипирования представляют собой современный аспект изготовления каркасов для различных приложений.Кроме того, непрекращающийся рост технологий и синтез материалов поможет появлению других новых методов. А среди методов прототипирования 3D-печать будет играть важную роль в больших приложениях, которые касаются области создания строительных лесов.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы благодарны Инженерному колледжу Нанкинского сельскохозяйственного университета за поддержку.Это исследование также было поддержано Государственной ключевой лабораторией системотехники производства Сианьского университета Цзяотун в Китае (грант № sklms2017008).

5 фактов о нашем производстве строительных лесов

Каждая конструкция зависит от твердой опоры, которую должны обеспечивать леса. Разработка проекта зависит от его устойчивости и обеспечения того, чтобы его производство осуществлялось наилучшим образом. В AAIT мы гордимся своей работой и продуктами, которые производим и доставляем.Мы предлагаем высококачественное оборудование для строительных лесов и аксессуары, и мы хотим, чтобы вы знали несколько деталей о том, как мы их создаем и как доставляем их вам в руки. Вот 5 характеристик нашего производства строительных лесов:

1. Большая часть нашей продукции изготавливается из стали

.
Сталь

традиционно используется в производстве строительных лесов. Благодаря своим тяжелым и твердым характеристикам это материал, обеспечивающий долговечность и устойчивость.

В основном мы работаем с конструкционной сталью, которая в основном используется для создания строительных материалов, а также с высокопрочной низколегированной конструкционной сталью, которая была смешана с различными элементами, чтобы улучшить ее свойства и сделать ее более прочной и устойчивой к коррозии.

2. Конструкционная сталь Q235

Мы также работаем с конструкционной сталью Q235, китайской низколегированной сталью, обычно используемой в производстве строительных лесов, эквивалентной низкоуглеродистой стали ASTM A36 в США. Среди своих механических свойств сталь Q235 имеет 26% относительного удлинения и прочности на разрыв, МПа 375-500. Обычно он используется в опорных каркасах, транспортных контейнерах и мостах.

Мы используем его для изготовления наших кованых муфт — соединителей труб и зажимов; опорные плиты трубчатого замка, используемые для крепления системы лесов; и стальные доски.

3. Горячее цинкование для отделки наших строительных лесов

Вся наша стальная продукция оцинкована горячим способом. Горячее цинкование — это процесс, при котором металлические детали погружаются в расплавленный цинк для создания покрытия, которое делает металл более устойчивым к коррозии.

Поскольку основное назначение покрытия горячего цинкования — защита от коррозии, это лучший вариант по сравнению с другими защитными системами для покрытия стали и других металлов, таких как органические краски, которые должны иметь такие же характеристики.Оборудование и аксессуары, оцинкованные горячим способом, обладают более длительным сроком службы благодаря тому, что цинк является электроположительным металлом, а это означает, что даже если покрытие повреждено, оно по-прежнему защищает сталь.

4. Противоскользящее покрытие для безопасности

Безопасность является приоритетом в каждом проекте, поэтому, куда бы ни ступали рабочие, их безопасность и безопасность должны быть обеспечены. Все наши доски имеют отверстия для использования в качестве противоскользящих досок, чтобы избежать несчастных случаев при ходьбе по лесам.

5.Вы можете купить прямо у нас

Мы только что открыли офис в Хьюстоне, штат Техас, где мы производим и доставляем нашу продукцию нашим клиентам. Мы также стали нашими собственными дистрибьюторами и первыми позволили клиентам покупать продукцию напрямую у производителя. Это означает, что вы можете пойти на любой из наших заводов по производству строительных лесов и сделать там покупку, что отличает нас от конкурентов и позволяет вам сэкономить больше денег.

В AAIT мы понимаем, что у каждого клиента есть особые требования, и мы должны рассматривать каждый случай индивидуально.Мы с гордостью можем сказать, что обеспечиваем индивидуальный подход к каждому клиенту и заботимся о потребностях всех наших клиентов. Наша цель — всегда превосходить ваши ожидания.

Поскольку все в жизни развивается, производство строительных лесов и металлургическая промышленность находятся в постоянном изменении. Неудивительно, что в ближайшие годы появятся новые материалы для создания более безопасных лесов или новые методы гальванизации для лучшей защиты от коррозии. Возможно, поскольку роботы печатаются на 3D-принтере, строительные леса тоже могут использовать эту технологию.

__
ScaffoldsSupply.com! Ваш поставщик всех промышленных лесов и аксессуаров

Склад строительных лесов — Поставщик строительных лесов в Северную Америку

Для продолжения роста Scaffold Depot мы осознаем важность развития новых рабочих отношений с производителями и разработки новых продуктов, которые будут производиться собственными силами Scaffold Depot.

Важность возможности производить новые продукты на собственном предприятии позволяет нам профессионально и оперативно отвечать на запросы наших клиентов. Примером может служить гибкость, позволяющая в короткие сроки изготавливать изделия нестандартных размеров и конструкции, такие как рабочие платформы RhinoBuilt. Часто промышленные потребности в строительных лесах имеют короткие сроки, что не способствует закупкам у офшорных поставщиков. Scaffold Depot с его производственными возможностями имеет возможность производить и отправлять продукцию в короткие сроки по Канаде и США.

Конкурентоспособная стоимость и доступность в отрасли
Компания Scaffold Depot, как производитель ряда строительных лесов, смогла снизить конечную стоимость этих продуктов, производя их собственными силами. Покупка на месте сокращает сроки доставки и расходы на перевозку. Цены на морские перевозки могут быть увеличены из-за удорожания нефти.

Автоматизация позволила Scaffold Depot убрать часть затрат на рабочую силу, понесенных при строительстве компонентов строительных лесов.Это привело к тому, что стоимость продукции Scaffold Depot стала больше, чем у оффшорных производителей. Короткие сроки поставки предотвращают простои на крупных строительных площадках, где простой персонал может дорого обойтись.

Сильная сеть взаимоотношений с поставщиками
Последовательность — главный фактор в процессе обеспечения качества. Scaffold Depot осознает важность развития прочных рабочих отношений с несколькими избранными производителями продукции, которую мы не могли бы производить самостоятельно.Долгосрочные отношения с поставщиками позволяют развиваться партнерским отношениям, которые четко определяют аспекты качества продукции, поставляемой на склад строительных лесов.

Непрерывность наших отношений позволяет обмениваться информацией для улучшения качества продуктов и услуг, а также мирным путем урегулировать любые споры, которые могут возникнуть. Работая в партнерстве, совместные усилия улучшают качество, сокращают затраты и увеличивают долю рынка для обеих сторон.

Склад строительных лесов расширил производство и включил:

• Доски стальные

• Подножки

• Стальные верхние деки

Эта способность производства обеспечивает оборудование и рабочую силу для работы над такими проектами, как заполнение зазоров и складная бортовая доска, инициированная

Соответствие международным стандартам
Scaffold Depot соответствует различным международным стандартам, применимым к требованиям наших клиентов.Scaffold Depot проводит все испытания своей продукции с использованием утвержденных в отрасли испытательных агентств.

Инновационный производственный процесс

Изготовлено с гордостью в Суррее, Б.C. Автоматизированное предприятие Scaffold Depot способно производить профилирование стальных досок шириной 9 дюймов, собираемых с помощью болтовых или сварных крючков. Большой запас сырья позволяет Scaffold Depot производить различные нестандартные размеры и стили в короткие сроки. Стандартные размеры доступны сразу по запросу.
Подробнее »

Ведущее обеспечение качества

Мы стремимся разрабатывать новые процедуры для повышения эффективности сбыта продукции и маркетинга, гарантируя, что Scaffold Depot может предлагать конкурентоспособные цены при сохранении высоких стандартов, требуемых нашими клиентами.Scaffold Depot заключила соглашение о сотрудничестве с зарегистрированным в ISO производственным партнером для разработки полной линейки клиновых муфт, эксклюзивных для всего мира.
Подробнее »

Возможность доставки по всему миру

Мы отправляем по всему миру! Scaffold Depot предлагает прямые поставки от производителя, количество контейнеров и цены, тщательное и профессиональное обслуживание клиентов и самые высокие стандарты качества.

Подробнее »

Промышленные капитальные проекты

Scaffold Depot предлагает широкий спектр продуктов и услуг для промышленных капитальных проектов, технического обслуживания и новых строительных проектов по всей Северной Америке.