कम लागत वाला बायोप्रिंटर: 13 चरण (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

हम यूसी डेविस में एक अंडरग्रेजुएट नेतृत्व वाली शोध टीम हैं। हम BioInnovation Group का एक हिस्सा हैं, जो TEAM मॉलिक्यूलर प्रोटोटाइपिंग और बायोइनोवेशन लैब (सलाहकार डॉ। मार्क फेसियोटी, और एंड्रयू याओ, एम.एस.) में काम करता है। प्रयोगशाला इस परियोजना पर काम करने के लिए विविध पृष्ठभूमि के छात्रों को एक साथ लाती है (मेच / केमिकल / बायोमेड इंजीनियरिंग)।

इस परियोजना की एक छोटी सी पृष्ठभूमि यह है कि हमने अनुसंधान संस्थानों के लिए बायोप्रिंटिंग को अधिक सुलभ बनाने के लिए कम लागत वाले बायोप्रिंटर विकसित करने के लक्ष्य के साथ केमई विभाग के डॉ करेन मैकडॉनल्ड्स के साथ मिलकर ट्रांसजेनिक चावल कोशिकाओं को प्रिंट करना शुरू कर दिया। वर्तमान में, लो-एंड बायोप्रिंटर की कीमत लगभग $ 10, 000 है जबकि हाई-एंड बायोप्रिंटर की कीमत लगभग $ 170, 000 है। इसके विपरीत, हमारे प्रिंटर को लगभग $ 375 में बनाया जा सकता है।

आपूर्ति

भाग:

1. रैंप 1.4:
2. Arduino मेगा 2560:
3. स्टेपर मोटर ड्राइवर:
4. अतिरिक्त स्टेपर मोटर (वैकल्पिक)
5. X 1 इंच. में मेकर बीम 2
6. मेकर बीम अटैचमेंट हार्डवेयर
7. M3 स्क्रू मिश्रित आकार
8. M3 नट x2
9. 8 मिमी पिरोया रॉड
10. 8 मिमी अखरोट
11. ६०८ असर
12. बांधने वाली क्लिप
13. रेशा
14. मोनोप्राइस V2
15. ज़िप बंध
16. M3 हीट सेट नट 2mm चौड़ाई

उपकरण:

1. विभिन्न आकारों के ड्रिल बिट
2. हाथ वाली ड्रिल
3. छेदन यंत्र दबाना
4. लोहा काटने की आरी
5. सोल्डरिंग आयरन + सोल्डर
6. वायर स्ट्रिपर
7. सुई जैसी नाक वाला प्लास
8. हेक्स कुंजी विभिन्न आकार

लैब आपूर्ति:

1. पेट्री डिश ~70mm व्यास
2. लुएर-लॉक टिप के साथ 60 मिली सीरिंज
3. लुएर-लॉक टिप के साथ 10 मिली सीरिंज
4. लुएर-लॉक फिटिंग
5. फिटिंग के लिए टयूबिंग
6. टयूबिंग के लिए टी कनेक्टर
7. अपकेंद्रित्र
8. अपकेंद्रित्र ट्यूब 60ml
9. स्केल
10. नावों को तौलना
11. आटोक्लेव
12. बीकर
13. सिलेंडर पर क्रम से चिह्न लगाना
14. 0.1 एम CaCl2 समाधान
15. अगारोज
16. alginate
17. मिथाइलसेलुलोज
18. सुक्रोज

सॉफ्टवेयर:

1. फ्यूजन 360 या सॉलिडवर्क्स
2. अरुडिनो आईडीई
3. रिपीटियर होस्ट
4. अल्टिमेकर क्यूरा 4

चरण 1: एक 3D प्रिंटर का चयन

हमने शुरुआती 3D प्रिंटर के रूप में Monoprice MP Select Mini 3D Printer V2 को चुना। इस प्रिंटर को इसकी कम लागत और उच्च उपलब्धता के कारण चुना गया था। इसके अतिरिक्त, प्रिंटर का एक अत्यधिक सटीक 3D मॉडल पहले से ही उपलब्ध था जिसने डिज़ाइन को आसान बना दिया। यह निर्देशयोग्य इस विशिष्ट प्रिंटर के लिए तैयार किया जाएगा, लेकिन इसी तरह की प्रक्रिया का उपयोग अन्य सामान्य FDM प्रिंटर और सीएनसी मशीनों को परिवर्तित करने के लिए किया जा सकता है।

उच्च सटीकता मॉडल:

चरण 2: 3डी प्रिंटिंग

मोनोप्राइस प्रिंटर को अलग करने से पहले, 3D प्रिंटर के संशोधन के लिए कई भागों को 3D प्रिंट करने की आवश्यकता होती है। पेस्ट एक्सट्रूडर के संस्करण हैं, एक जिसके लिए एपॉक्सी की आवश्यकता होती है और एक के लिए नहीं। जिसे एपॉक्सी की आवश्यकता होती है वह अधिक कॉम्पैक्ट होता है लेकिन इकट्ठा करना अधिक कठिन होता है।

चरण 3: संशोधन के लिए प्रिंटर तैयार करें

फ्रंट टावर पैनल, बॉटम कवर और कंट्रोल पैनल को हटा देना चाहिए। एक बार नीचे हटा दिए जाने के बाद, सभी इलेक्ट्रॉनिक्स को नियंत्रण बोर्ड से डिस्कनेक्ट करें और नियंत्रण बोर्ड को हटा दें।

चरण 4: विनिमेय माउंट

बॉडी 1 और बॉडी 14 में से प्रत्येक को दो हीट सेट नट्स की आवश्यकता होती है। बॉडी 1 को बेल्ट के नीचे छिपे दो M3 बोल्ट द्वारा प्रिंटर फ्रेम पर लगाया गया है। बेल्ट टेंशनर को हटाकर और बेल्ट को एक तरफ खींचकर बोल्ट को प्रकट किया जा सकता है।

चरण 5: जेड एक्सिस स्विच

Z-अक्ष स्विच को पुन: स्थापित किया जाता है ताकि सॉफ़्टवेयर में क्षतिपूर्ति किए बिना होमिंग अनुक्रम के दौरान किसी भी लंबाई की सुई का उपयोग किया जा सके। स्विच को 2 एम3 स्क्रू के साथ प्रिंटर चेसिस पर सीधे प्रिंटहेड के नीचे जितना संभव हो प्रिंट बेड के करीब लगाया जाना चाहिए।

चरण 6: वायरिंग

वायरिंग रैंप 1.4 मानकों के अनुसार की जाती है। बस वायरिंग आरेख का पालन करें। टर्मिनल ब्लॉकों के लिए आवश्यकतानुसार कट ऑफ और टिन के तार। कुछ तारों को विस्तारित करने की आवश्यकता हो सकती है।

चरण 7: एपॉक्सी एक्सट्रूडर

जबकि इस एक्सट्रूडर को प्रिंट होने में कम समय लगता है, यह एपॉक्सी का उपयोग करता है जो कुल निर्माण समय को 24 घंटे से अधिक तक बढ़ा देता है। 8 मिमी थ्रेडेड रॉड को 608 बियरिंग से जोड़ा जाना चाहिए और बेयरिंग को 3D प्रिंटेड पीस बॉडी 21 से जोड़ा जाना चाहिए। इसके अतिरिक्त, थ्रेडेड रॉड के लिए नट को बॉडी 40 में एपॉक्सीड किया जाना चाहिए। एक बार एपॉक्सी पूरी तरह से ठीक हो जाने के बाद, रबर 60 मिली और 10 मिली सीरिंज प्लंजर के टिप्स क्रमशः बॉडी 9 और बॉडी 21 पर फिट किए जा सकते हैं। एक उपयुक्त टी फिटिंग नहीं मिली, इसलिए एक क्रूड को 6 मिमी पीतल के टयूबिंग और सोल्डर से बनाया गया था। एक्सट्रूडर एक हाइड्रोलिक सिस्टम के रूप में कार्य करता है जो बायोइंक को 10 मिलीलीटर सिरिंज के निचले कक्ष से बाहर धकेलता है। टी फिटिंग को उच्चतम बिंदु पर रखते हुए ट्यूबों को जोर से हिलाकर हवा को सिस्टम से बाहर निकाला जा सकता है।

चरण 8: नियमित पेस्ट एक्सट्रूडर

इस एक्सट्रूडर को बस एक साथ बोल्ट किया जा सकता है। इस एक्सट्रूडर का नकारात्मक पक्ष यह है कि यह अधिक भारी होता है और इसमें उच्च प्रतिक्रिया होती है।

चरण 9: चरण 9: Arduino फर्मवेयर

स्टेपर ड्राइवरों और अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स को चलाने के लिए Arduino को फर्मवेयर की आवश्यकता होती है। हमने मार्लिन को चुना क्योंकि यह मुफ़्त है, आसानी से Arduino IDE के साथ संशोधित और अच्छी तरह से समर्थित है। हमने अपने विशिष्ट हार्डवेयर के लिए फर्मवेयर को संशोधित किया है लेकिन अन्य प्रिंटरों के लिए इसे संशोधित करना काफी सरल है क्योंकि सभी कोड पर टिप्पणी की गई है और स्पष्ट रूप से समझाया गया है। मार्लिन कॉन्फ़िगरेशन फ़ाइलें खोलने के लिए MonopriceV2BioprinterFirmware.ino फ़ाइल पर डबल क्लिक करें।

चरण 10: क्यूरा प्रोफाइल

क्यूरा प्रोफाइल को अल्टिमेकर क्यूरा 4.0.0 में आयात किया जा सकता है और एक प्रोफ्यूज़न रिएक्टर में उपयोग के लिए उच्च सतह क्षेत्र की जाली बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। प्रिंटर के लिए Gcode की पीढ़ी अभी भी अत्यधिक प्रयोगात्मक है और इसके लिए बहुत अधिक धैर्य की आवश्यकता होती है। सर्कुलर प्रोफ्यूजन रिएक्टर के लिए एक परीक्षण जीकोड भी संलग्न है।

चरण 11: प्रारंभ जी-कोड बदलना

इस कोड को स्टार्ट जी-कोड सेटिंग में पेस्ट करें:

G1 Z15

जी28

G1 Z20 F3000

G92 Z33.7

जी90

एम82

G92 E0

रिपेटियर में, स्टार्ट जीकोड को संशोधित करने के लिए स्लाइसर-> कॉन्फ़िगरेशन-> जी-कोड-> जी-कोड शुरू करें। प्रत्येक विशेष मामले के लिए G92 Z मान को संशोधित करना आवश्यक है। प्रिंट की शुरुआत में सुई पेट्री डिश की सतह से वांछित दूरी होने तक धीरे-धीरे मूल्य बढ़ाएं।

चरण 12: बायोइंक बनाना

किसी एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त बायोइंक विकसित करने की प्रक्रिया जटिल है। यह वह प्रक्रिया है जिसका हमने पालन किया:

सारांश

हाइड्रोजेल कतरनी संवेदनशील पौधों की कोशिकाओं के लिए उपयुक्त है और प्रसार की अनुमति देने के लिए खुले मैक्रोप्रोर्स हैं। हाइड्रोजेल को विआयनीकृत पानी में agarose, alginate, मिथाइलसेलुलोज और सुक्रोज को घोलकर और कोशिकाओं को जोड़कर बनाया जाता है। जेल तब तक चिपचिपा होता है जब तक कि इसे 0.1M कैल्शियम क्लोराइड से ठीक नहीं किया जाता है, जो इसे मजबूत बनाता है। कैल्शियम क्लोराइड इलाज समाधान इसे मजबूत बनाने के लिए एल्गिनेट के साथ क्रॉस-लिंक करता है। एल्गिनेट जेल का आधार है, मिथाइलसेलुलोज जेल को समरूप बनाता है, और agarose अधिक संरचना प्रदान करता है क्योंकि यह कमरे के तापमान पर जैल करता है। सुक्रोज हाइड्रोजेल में कोशिकाओं को बढ़ने के लिए भोजन प्रदान करता है।

जेल को सत्यापित करने के लिए कुछ प्रयोगों का संक्षिप्त अवलोकन

हमने अलग-अलग मात्रा में agarose के साथ अलग-अलग हाइड्रोजेल का परीक्षण किया और इसकी स्थिरता दर्ज की, यह कितनी आसानी से छपा, और क्या यह डूब गया या इलाज के घोल में तैर गया। एल्गिनेट प्रतिशत घटने से जेल बहुत अधिक तरल हो गया और यह छपाई के बाद अपना आकार नहीं रख सका। एल्गिनेट प्रतिशत में वृद्धि ने इलाज समाधान को इतनी तेज़ी से काम किया कि जेल शीर्ष परत पर चिपकने से पहले ठीक हो जाएगा। एक हाइड्रोजेल जो अपना आकार बनाए रखता है और बहुत जल्दी ठीक नहीं होता है उसे 2.8 wt% एल्गिनेट का उपयोग करके विकसित किया गया था।

हाइड्रोजेल कैसे विकसित करें

सामग्री

अगारोज (0.9 wt%)

एल्गिनेट (2.8 wt%)

मिथाइलसेलुलोज (3.0 wt%)

सुक्रोज (3.0 wt%)

कैल्शियम क्लोराइड.1M (147.001 g/mol)

डीडीएच20

सेल समुच्चय

2 धुले और सूखे बीकर

१ मिक्सिंग स्पैटुला

एल्यूमीनियम पन्नी

प्लास्टिक वजन कागज

सिलेंडर पर क्रम से चिह्न लगाना

प्रक्रिया

हाइड्रोजेल बनाना:

1. आप कितना जेल घोल तैयार करना चाहते हैं, इसके आधार पर ddH20 की एक विशिष्ट मात्रा को मापें। ddH20 की एक विशिष्ट मात्रा प्राप्त करने के लिए स्नातक किए गए सिलेंडर का उपयोग करें।
2. हाइड्रोजेल समाधान में एल्गिनेट (2.8 wt%)), Agarose (0.9 wt%), सुक्रोज (3 wt%), और मिथाइलसेलुलोज (3 wt%) शामिल होंगे। हाइड्रोजेल घोल के घटकों के उचित हिस्से को प्लास्टिक वेट पेपर का उपयोग करके मापा जाएगा।
3. जब सभी घटकों को तौलना समाप्त हो जाए, तो सूखे बीकर में से एक में ddh20, sucrose, agarose, और अंत में सोडियम एल्गिनेट मिलाएं। मिलाने के लिए घुमाएँ लेकिन मिलाने के लिए स्पैचुला का इस्तेमाल न करें क्योंकि पाउडर स्पैचुला से चिपक जाएगा।
4. एक बार मिलाने के बाद, बीकर के शीर्ष को एल्युमिनियम फॉयल से अच्छी तरह लपेट दें और बीकर पर लेबल लगा दें। पन्नी के शीर्ष पर आटोक्लेव टेप का एक टुकड़ा जोड़ें।
5. बचे हुए मिथाइलसेलुलोज को दूसरे सूखे बीकर में डालें और पिछले बीकर की तरह एल्युमिनियम फॉयल में लपेट दें। इस बीकर को लेबल करें और पन्नी के शीर्ष पर आटोक्लेव टेप का एक टुकड़ा जोड़ें।
6. एल्युमिनियम फॉयल में 1 स्पैटुला लपेटें और सुनिश्चित करें कि इसमें से कोई भी उजागर न हो। लिपटे रंग में आटोक्लेव टेप जोड़ें।
7. स्टरलाइज़ चक्र के दौरान २० मिनट के लिए २ बीकर और १ स्पैटुला को १२१ सी पर आटोक्लेव करें। आटोक्लेव का उपयोग बाँझ और शुष्क चक्र में न करें।
8. एक बार आटोक्लेव चक्र पूरा हो जाने के बाद, जेल को कमरे के तापमान तक ठंडा होने दें और एक बार जब यह उस तक पहुंच जाए, तो जैविक सुरक्षा कैबिनेट में काम करना शुरू कर दें।
9. एक बार जैव सुरक्षा कैबिनेट में काम करने के बाद अपने हाथ और हाथ धोना सुनिश्चित करें और उचित सड़न रोकनेवाला तकनीक का उपयोग करें। यह भी सुनिश्चित करें कि उन वस्तुओं के सीधे संपर्क में न आएं जो जेल को छूएं या जेल के करीब हों (उदा: स्पुतुला का मिश्रण अंत, या जेल पर बैठे एल्यूमीनियम फोइल का क्षेत्र)
10. जैव सुरक्षा कैबिनेट में मिथाइलसेलुलोज को जेल में मिलाएं ताकि समरूप प्रसार हो सके। मिक्स करने के बाद, मिक्स्ड जेल के घोल को ऊपर से फिर से लपेटें और रात भर फ्रिज में रख दें।
11. यहां से जेल का उपयोग कोशिकाओं की शुरूआत या छपाई जैसे अन्य उपयोगों के लिए किया जा सकता है।

कोशिकाओं को जोड़ना:

1. कोशिकाओं को फ़िल्टर करें ताकि वे समान आकार के हों। छानने की हमारी प्रक्रिया है

   पेट्री डिश से कोशिकाओं को हल्के से खुरचें और कोशिकाओं को फ़िल्टर करने के लिए ३८० माइक्रोमीटर चलनी का उपयोग करें।

2. मिश्रण के नुकसान से बचने के लिए एक फ्लैट हेड स्पैटुला का उपयोग करके हाइड्रोजेल समाधान में फ़िल्टर्ड कोशिकाओं को धीरे से मिलाएं (जो कि ऑटोक्लेव किए गए हैं)।
3. कोशिकाओं को मिलाने के बाद बुलबुले को अपकेंद्रित्र करें
4. यहां से हाइड्रोजेल पूरा हो गया है और इसे छपाई, इलाज और भविष्य के प्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

इलाज समाधान कैसे विकसित करें (0.1M कैल्शियम क्लोराइड, CaCl2)

सामग्री

कैल्शियम क्लोराइड

डीडीएच20

सुक्रोज (3 wt%)

प्रक्रिया (1L इलाज समाधान बनाने के लिए)

1. उपाय १४७.०१ ग्राम कैल्शियम क्लोराइड, ३०एमएल सुक्रोज, और १एल डीडीएच२०।
2. एक बड़े बीकर या कंटेनर में कैल्शियम क्लोराइड, सुक्रोज और ddH20 मिलाएं।
3. इलाज के लिए जेल को कम से कम 10 मिनट के लिए इलाज के घोल में डुबोएं।

चरण 13: प्रिंट करें

सिद्धांत रूप में, बायोप्रिंटिंग अत्यंत सरल है; हालांकि, व्यवहार में, ऐसे कई कारक हैं जो विफलताओं का कारण बन सकते हैं। इस जेल के साथ, हमने पाया है कि हमारे आवेदन की सफलता को अधिकतम करने के लिए कई चीजें की जा सकती हैं:

1. छपाई करते समय जेल को आंशिक रूप से ठीक करने के लिए CaCl2 घोल की थोड़ी मात्रा का उपयोग करें,
2. आसंजन बढ़ाने के लिए पेट्री डिश के तल पर एक कागज़ के तौलिये का उपयोग करें
3. पूरे प्रिंट पर CaCl2 की थोड़ी मात्रा समान रूप से फैलाने के लिए एक कागज़ के तौलिये का उपयोग करें
4. सही फ़्लोरेट खोजने के लिए रिपीटियर में फ़्लोरेट स्लाइडर का उपयोग करें

विभिन्न अनुप्रयोगों और विभिन्न जैल के लिए, विभिन्न तकनीकों का उपयोग करने की आवश्यकता हो सकती है। हमारी प्रक्रिया कई महीनों में उत्पन्न हुई थी। धैर्य कुंजी है।

शुभकामनाएँ यदि आप इस परियोजना का प्रयास करते हैं और कोई भी प्रश्न पूछने के लिए स्वतंत्र महसूस करते हैं।

Arduino प्रतियोगिता 2019 में प्रथम पुरस्कार