Stanovení přesnosti 3D biotisku a měření mechanických vlastností hydrogelů a jejich modifikací

Abstract

Stanovení přesnosti 3D biotisku a měření mechanických vlastností hydrogelů a jejich modifikací 3D tisk je v současné době velmi často používaná metoda pro tvorbu struktur, nejinak je tomu i v tvorbě struktur s buňkami. Jde o snadno opakovatelný postup, který ale zároveň umožňuje modifikaci na míru zadaným požadavkům. Tisknout je možné jak z komerčně vyráběných gelů, tak z gelů připravených experimentálně. Přesnost tisku však úzce souvisí s typem tiskárny, vlastnostmi hydrogelu a parametry tisku. Cílem této práce je stanovit přesnost tisku na experimentální 3D tiskárně s použitím vlastních bioinkoustů, s buňkami a bez buněk, o koncentracích kolagenu 10 mg/ml, 20 mg/ml a 30 mg/ml a zkoumat mechanické vlastnosti těchto gelů. Pro splnění cílů práce byly vytvořeny modely čáry, čtverce, hvězdy, kolečka a mřížky pro stanovení přesnosti 2D tisku a modely mezikruží a válce pro stanovení přesnosti 3D tisku, a byly naměřeny mechanické vlastnosti bioinkoustů. Bylo zjištěno, že přesnost tisku 2D struktur je nejvyšší při použití bioinkoustu s kolagenem o koncentraci 20 mg/ml, pro 3D struktury je nejpřesnější tisk z hydrogelu s kolagenem o koncentraci 30 mg/ml. Elastický modul hydrogelů s kolagenem o koncentracích 20 mg/ml a 30 mg/ml je 0,186 MPa a 0,431 MPa, u bioinkoustů s buňkami je pro stejné koncentrace kolagenu modul 0,133 MPa a 0,443 MPa.

Determination of accuracy of 3D bioprinting and measurement of mechanical properties of hydrogels and their modifications 3D printing is currently a very frequently used method for the creation of structures, this applies equally to the creation of structures with cells. It is an easily replicable procedure which at the same time allows for modification according to assigned requirements. Both commercially produced gels and experimentally prepared gels can be used for printing. However, the accuracy of the print is closely connected to the type of printer, properties of the hydrogel, and printing criteria. This thesis aims to establish the accuracy of printing on an experimental 3D printer using own bio-inks, with and without cells, with collagen concentrations of 10 mg/ml, 20 mg/ml and 30 mg/ml and to examine the mechanical properties of these gels. To fulfil the aim of this thesis, lines, squares, stars, circles, and grids have been created to determine the accuracy of 2D printing and models of an outer ring and a cylinder to determine the accuracy of 3D printing, and the mechanical properties of the bioinks were measured. It has been established, that the highest accuracy in printing 2D structures is achieved when using bio-ink with collagen concentration of 20 mg/ml, in printing 3D structures the accuracy is highest when using hydrogel with collagen concentration of 30 mg/ml. The elastic module of hydrogels with collagen concentrations of 20 mg/ml and 30 mg/ml is 0,186 MPa and 0,431 MPa, for these concentrations of collagen bio-inks with cells there are modules 0,133 MPa and 0,443 MPa.