Biyoekstrüzyon
Ekstrüzyon tabanlı teknoloji, işlenebilen çok çeşitli malzemelere sahiptir. Eğer bir malzeme hızlı bir şekilde katılaşabilen sıvı halde sunulabiliyorsa bu işleme uygundur. Daha önce bahsedildiği gibi, bu sıvının oluşturulması, bir eriyik oluşturmak için malzemenin termal olarak işlenmesi yoluyla veya malzemenin hızlı bir şekilde kuruyabilen veya kimyasal olarak sertleşebilen bir jel formunda olduğu bir tür kimyasal işlem kullanılarak olabilir.
Bu teknikler biyoekstrüzyon için kullanışlıdır. Biyoekstrüzyon, doku oluşumu için hayvan hücrelerine ev sahipliği yapan (doku mühendisliği) yaygın olarak “iskeleler” olarak adlandırılan çerçeveler oluşturmak için kullanılan biyouyumlu ve/veya biyolojik olarak parçalanabilir bileşenler oluşturma işlemidir. Bu tür iskeleler, hücre yapışmasına izin veren mikro gözenekler ve hücrelerin büyümesi için alan sağlayan makro gözenekler ile gözenekli olmalıdır.
Osteopore tarafından birincil olarak kafa travmasının iyileşmesine yardımcı olacak yapı iskeleleri oluşturmak için kullanılan değiştirilmiş FDM işlemi gibi birkaç ticari biyoekstrüzyon sistemi vardır. Bu makine, biyouyumlu polimer polikaprolaktona (PCL) dayalı tescilli bir malzeme için ayarlara sahip geleneksel FDM benzeri bir işlem kullanır.
Bununla birlikte, doku mühendisliğinin çoğu hala araştırma aşamasındadır; çeşitli klinik senaryolarda malzeme seçimi, yapı iskelelerinin yapısal gücü, kaplamalar, biyouyumluluk ve etkinlik dahil olmak üzere sürecin birçok yönünü araştırmak. Pek çok sistem aslında araştırmacıların özel ilgi alanlarına uyacak şekilde şirket içinde geliştirilmektedir. Bununla birlikte, araştırma laboratuvarları için ticari olarak da kullanılabilen az sayıda sistem vardır.
Jel Oluşumu
İskele oluşturmanın yaygın bir yöntemi hidrojel kullanmaktır. Bunlar suda çözünmeyen ancak suda dağılabilen polimerlerdir. Hidrojeller bu nedenle jöle benzeri bir formda ekstrüde edilebilir. Ekstrüzyonun ardından su uzaklaştırılabilir ve geriye katı, gözenekli bir ortam kalır.
Böyle bir ortam, biyo-uyumlu olabilir ve düşük toksisite seviyeleri ile hücre büyümesine yardımcı olabilir. Hidrojeller, doğal olarak oluşan polimerlere veya sentetik polimerlere dayalı olabilir.
Doğal polimerler belki de biyolojik olarak daha uyumludur, oysa sentetik olanlar daha güçlüdür. Sentetik hidrojeller, toksik reaktiflerin kullanımı nedeniyle doku mühendisliğinde nadiren kullanılır. Genel olarak, hidrojellerin kullanımı, yumuşak doku büyümesi için faydalı olabilecek zayıf iskelelere neden olur.
Ekstrüzyon
Kemik dokusu oluşturmak için kullanıldığı gibi daha güçlü yapı iskelelerinin gerekli olduğu durumlarda, eriyik ekstrüzyon tercih edilen süreç gibi görünmektedir. FDM kullanılabilir, ancak bu yaklaşımı kullanmanın bazı zorlukları vardır. Özellikle FDM, malzemelerin pahalı olması nedeniyle biraz uygun değildir.
Doku mühendisliği için uygun biyouyumlu polimerler nispeten küçük miktarlarda sentezlenir ve bu nedenle yalnızca yüksek maliyetle sağlanır. Ayrıca, polimerlerin genellikle akış özelliklerini ciddi şekilde etkileyebilecek ve malzemenin Newtoncu olmayan bir şekilde davranmasına neden olabilecek seramik gibi diğer malzemelerle karıştırılması gerekir.
FDM kullanan ekstrüzyon, malzemenin bir kıstırma silindiri besleme mekanizması tarafından sistemden itilen filament formunda yapılmasını gerektirir.
Bununla birlikte, bu mekanizma meme ucunda yeterli basıncı sağlamayabilir ve deneysel sistemlerin çoğu, geleneksel enjeksiyon kalıplama ve ekstrüzyon teknolojisine benzer şekilde vidalı besleme kullanır. Vidalı besleme sistemleri, küçük miktarlarda pelet bazlı hammadde besleyebilmekten yararlanır ve küçük bir malzeme hacmiyle çalışılmasına olanak tanır.
Ekstrüzyon Nedir
Plastik ekstrüzyon
Direkt ekstrüzyon
Alüminyum ekstrüzyon
Endirekt ekstrüzyon
Ekstrüzyon makinesi
Hidrostatik ekstrüzyon
Ekstrüzyon ne demek diş
Envisiontec, katmanlı fotopolimerizasyon makinelerine ek olarak 3D-Bioplotter sistemini de geliştirmiştir. Bu sistem, özellikle biyopolimerler için tasarlanmış, ekstrüzyon tabanlı, vidalı besleme teknolojisidir. Daha düşük sıcaklıktaki polimerler, vidalı ekstrüder yerine sıkıştırılmış gaz beslemesi kullanılarak ekstrüde edilebilir, bu da çok daha basit bir mekanizmayla sonuçlanır.
Sistemin çoğu reaktif olmayan paslanmaz çelik kullanır ve makinenin kendisi küçük bir yapı kabuğuna ve özellikle iskele imalatına yönelik yazılıma sahiptir. Eriyik odası, vidalı ekstrüzyon işlemine yardımcı olmak için bir basınçlı hava beslemesi ile memeden ayrı olarak kapatılmıştır.
Sistem, ekstrüderlerin işlem sırasında herhangi bir zamanda değiştirilebilmesi için bir döner besleyici ile her seferinde bir ekstrüzyon kafası kullanır. Doku mühendisliği araştırmalarının çoğu, farklı malzemelerden yapılmış farklı bölgelere sahip yapı iskeleleri oluşturmaya odaklandığından, bu özellikle yararlıdır.
Yapı parametreleri, kullanıcılara doku mühendisliği araştırmaları için çok yönlü bir platform sağlamak üzere hazne sıcaklığı, besleme hızı ve çizim hızı üzerinde kontrol ile çeşitli malzemeler için ayarlanabilir.
Unutulmamalıdır ki doku mühendisliği son derece karmaşık bir araştırma alanıdır ve fiziksel yapı iskelelerinin inşası sadece bir başlangıç noktasıdır. Bu yaklaşım, hidrojel bazlı yapı iskelelerine kıyasla nispeten güçlü yapı iskeleleriyle sonuçlanabilir, ancak biyouyumluluk ve biyotoksisite açısından başarısız olabilirler. Bu eksikliklerin bazılarının üstesinden gelmek için, önemli miktarda sonradan işleme gereklidir.
İskele Mimarileri
Konvansiyonel imalat uygulamaları için ekstrüzyona dayalı sistemlerle ilgili en büyük sınırlamalardan biri, memenin çapıyla ilgilidir. Ancak doku mühendisliği için bu böyle bir sınırlama değildir. İskeleler genellikle, iskelenin belirli bir makro gözenekliliğe sahip olabilmesi için yollar belirli bir mesafeyle ayrılacak şekilde inşa edilir.
Aslında amaç, mümkün olduğunca sağlam ancak mümkün olduğunca fazla gözenekli iskeleler üretmektir. Gözeneklilik ne kadar büyük olursa, hücrelerin büyümesi için o kadar fazla alan vardır. % 66’dan fazla gözenekliliğe sahip yapı iskeleleri yaygındır. Bu nedenle bazen, daha güçlü iskele dikmeleri oluşturmak için daha kalın bir nozüle sahip olmak daha iyi olabilir. Bu dikmeler arasındaki boşluk, iskele gözenekliliğini belirlemek için kullanılabilir.
İskeleler için en etkili geometri henüz belirlenmemiştir. Pek çok çalışma için, basit 0 ve 90 ortogonal çapraz paternli yapı iskeleleri yeterli olabilir. Daha karmaşık modeller, geçişlerin sayısını ve bunların ayrılmasını değiştirir. Tipik desen örnekleri görülebilir.
Çalışmaların çoğu, hücrelerin bu farklı iskele mimarilerinde nasıl çoğaldığını bulmayı içerir ve genellikle in vitro (invaziv olmayan) deneyler için biyoreaktörler kullanılarak gerçekleştirilir. Bu nedenle, numuneler genellikle oldukça küçüktür ve genellikle daha büyük bir iskele yapısından kesilir.
Hayvan veya insan deneklere implante edilen ve yerini alacak şekilde tasarlanan kemikler kadar büyük ve karmaşık şekilli numuneler kullanılarak deneylerin yapılmasının yaygınlaşacağı tahmin edilmektedir. Bununla birlikte, bu yaygınlaşmadan önce daha birçok temel soru yanıtlanmalıdır.
