像专业人士一样进行生物打印:您的打印压力处理指南

这是名为 Bioprint Like a Pro(像专业人士一样进行生物打印)系列的第一篇文章,我们的工程师在其中介绍了对优化您的生物打印过程和获得最高质量结果的重要原则。您的整个实验室都可以从生物打印的最佳实践中受益!本文仅含介绍性内容,但您可以在 Bioverse 上随时查看更多信息,或通过 sales@cellink.com 联系我们的团队。

在这篇博文中,我们将深入探讨压力对生物打印结构的影响。挤压式生物打印在检测盒中产生压力,迫使生物墨水流过喷嘴。改变施加的压力量会改变生物墨水的流速,从而极大地改变生成的生物打印结构。压力只是生物打印时需要考虑的众多参数(包括打印速度、温度、喷嘴尺寸等)之一。

挤压式生物打印机产生压力的主要方式有两种:气动和通过电机驱动的柱塞(即基于注射器的挤压)。气动驱动的生物打印机使用内部或外部空气压缩机将高压空气泵入检测盒并迫使生物墨水通过喷嘴。在基于注射器的挤压过程中,柱塞通过轴与电机连接,电机产生驱动挤压所需的力。

每种挤压方法的优缺点取决于打印条件。例如,基于注射器的方法需要的设置时间更长,因为涉及移动部件。但是,电机可以非常快速地启动和停止施加压力,并且比气动驱动的挤压精度高得多。这对于使用极少量低粘度生物墨水的用户很有帮助。另一方面,气动挤压实现的速度让不需要注射器驱动挤压精度的用户受益。

选择挤压方法后,您可以为其打印设置压力。如果压力太低,生物墨水就不会流动。如果压力太高,则生物打印机可能无法足够快地移动以将细丝沉积到打印基材上。不过,生物墨水能够流经喷嘴并正确打印的压力范围很广。要选择正确的参数,用户应该牢记他们的打印目标。

对于交联前结构完整性较差的材料,用户可以使用更高的压力更快地打印并在结构开始塌陷之前进行交联。在较高压力下,您可以增加喷嘴沿打印床的平移速率,即使更多的生物墨水会更快地流出,但喷嘴覆盖的面积也会更大,每单位长丝沉积相同数量的生物墨水。用户可以最大限度地使用这些参数来尽可能快地打印一个结构。

图 1:该长丝证明了高和低打印压力之间的平衡。右侧的不一致的细丝用较低的压力打印,左侧的更光滑的细丝用较高的压力打印。但是,像曲线、拐角和多层这样复杂的特征在较低的压力下打印得更精确。而当用细胞打印时,较低的压力可最大限度地避免在打印过程中杀死的细胞。

同时,最低的压力也不一定是用细胞打印的最佳选择。一些生物墨水要求细胞在培养箱条件外停留 15~20 分钟,使用稍高的压力,用户可以选择更高的速度,更快完成,并减少在培养箱外花费的时间。

生物打印是一个复杂的过程,涉及许多参数,而这只是在选择挤压压力时需要考虑的几个问题。任何给定参数的最小值或最大值很少是理想值,您会发现最佳参数通常为最小值和最大值范围中间的某个参数。