동시 멀티

Jul 30, 2023

저널에 게재국제 저널 오브 익스트림 제조(International Journal of Extreme Manufacturing)의 유체 동력 및 메카트로닉 시스템 주립 핵심 연구소(State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems) 연구원들이 이끄는 팀은 개별적으로 제어되는 여러 개의 노즐을 사용하여 다양한 생체 재료를 매립 매체의 생성된 영역에 동시에 정확하게 증착했습니다.

전통적인 순차 인쇄 방법과 비교하여 개발된 인쇄 방법은 바이오잉크의 정확한 증착을 제어하여 위치 충실도와 구조 형태를 보장하고 층 간 결합 강도를 향상시킬 수 있습니다. 이번 발견은 연성 생체재료와 연성 복합재를 이용한 이질성 구조를 제조하는 데 널리 사용될 수 있는 가능성을 제공할 수 있습니다.

수석 연구원 중 한 명인 Hongzhao Zhou 부교수는 "다중 재료 바이오 프린팅 기술은 자연 조직/장기를 더 잘 표현할 수 있는 이종 구조의 시험관 내 구축을 위해 다양한 세포 및 생체 재료 선택을 제공합니다. 임베디드 프린팅 기술은 다음과 같이 말했습니다. 다양한 재료를 복잡한 3차원 구조로 인쇄할 수 있는 가능성이 더 커졌습니다."

그럼에도 불구하고, 임베딩 매체는 공기보다 점도가 더 높기 때문에 압출된 바이오잉크의 연속 위치에 더 크게 영향을 미칠 수 있습니다. 바이오잉크는 매립 매체에 침전되어 거의 제자리에 유지됩니다. 인접한 필라멘트 사이에는 접착력이 보장되지 않습니다. 여러 재료를 사용하여 시험관 내 조직을 구성할 수 있는 가능성으로 인해 이종 조직을 구성하기 위해 매립 매체에서 잉크의 정확한 증착을 제어하는 ​​것이 정말 중요합니다.

기존 임베디드 인쇄에서 간단하고 일반적으로 사용되는 전략은 인접한 필라멘트가 서로 연결될 수 있도록 공간적으로 겹쳐지도록 설계하는 것입니다.

"겹침 방법은 단일 재료로 연속 구조를 인쇄할 때 효과적인 것으로 입증되었습니다. 여러 재료가 포함된 복잡한 구조의 경우 필라멘트를 겹치면 인접한 필라멘트가 제어되지 않고 쌓이고 압착되어 인쇄된 서로 다른 재료의 공간적 분포를 위태롭게 할 수 있습니다. 구조"라고 첫 번째 저자인 Ziqi Gao 박사가 말했습니다.

"우리 작업에서 우리는 임베딩 매체에서 압출된 바이오잉크의 역학을 분석합니다. 인쇄된 필라멘트의 윤곽을 결정하기 위해 형광 미소구체를 잉크에 고르게 혼합하고 다양한 인쇄 매개변수를 사용하여 임베딩 매체에서 필라멘트를 동시에 인쇄합니다. 이론적 분석의 주요 매개변수 변화 결과와 실험적 현상을 비교하고 검증할 수 있습니다. 이 새로운 인쇄 방법은 광범위한 인쇄 매개변수 하에서 가는 실 사이의 수평 연결을 달성할 수 있습니다."

공동 제1저자인 윤준 교수는 “위의 실험 방법을 통해 인쇄 속도, 매립 매체의 유변학 등 인쇄 매개변수가 인쇄된 필라멘트의 3차원 형태에 미치는 영향을 정량적으로 평가했다”고 덧붙였다. 점성 매립 매체를 사용하면 동시에 인쇄된 필라멘트가 높은 정확도와 1에 가까운 종횡비를 나타내므로 슬라이스 궤적에 적응하고 미세 구조를 제조할 수 있습니다."

"각 층의 두께가 200μm 미만인 이중층 얇은 벽 구조가 인쇄되었습니다. 장과 간 모델을 인쇄할 수 있음이 입증되었습니다. 장은 실제 기관의 원형 접힌 모양과 유사한 구조를 보여주었습니다. 두 조직 모두 인쇄할 수 있습니다. 심각한 손상이나 박리 없이 매립 매체에서 가교되고 추출될 수 있습니다."

"또한 동시 인쇄된 시편 간의 접착력을 조사하기 위해 박리 테스트를 수행했으며 그 결과를 캐스팅 및 순차 인쇄된 시편과 비교했습니다. 동시 인쇄에 의한 샘플의 접착 강도가 샘플보다 훨씬 더 큰 것을 확인했습니다. 제안된 동시 프린팅 방식은 다층 및 다재료 구조물의 3D 프린팅 시 매립 매체의 오염 가능성을 최소화했으며, 현재의 구조적 무결성에 대한 직접적인 해결책이 될 수 있다. 그러한 구조에는 문제가 있습니다."