Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Metal Work Pneumatic
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Biodrukarka - zrób to sam!

Kubald 23 Sty 2013 22:40 22707 1
  • Biodrukarka - zrób to sam!

    Jak sama nazwa wskazuje, biodrukowanie jest drukowaniem z wykorzystaniem szeroko pojętych materiałów biologicznych. Należy o nim myśleć w kategorii drukowania trójwymiarowego, lecz z wykorzystaniem mniej trwałych i wytrzymałych materiałów. Tematyka biodruku jest obecnie intensywnie rozwijana, choćby przez firmy takie jak Organovo, i pozwala podejmować próby drukowania ludzkich tkanek i organów, a także być wykorzystana w testowaniu leków i transplantologii. O ile to wszystko brzmi dość skomplikowanie, to podstawowe technologie biodruku są nad wyraz łatwo dostępne – wszystko to bazuje na rozwiązaniach drukarek atramentowych i/lub trójwymiarowych. Autorzy artykułu również postanowili spróbować swoich sił w biodruku – i dzięki temu powstał projekt biodrukarki do samodzielnego montażu.

    Poniższy film pokazuje działanie całego urządzenia.

    Link


    Biodrukarka została zbudowana w oparciu o części starej drukarki atramentowej HP 5150 – należało ją jedynie pozbawić większości obudowy, pamiętając jednak o tym, aby zapewnić funkcjonowanie wszystkich przycisków i zabezpieczenie przycisków chwilowych wykrywających otwarcie pokrywy i obecność papieru w podajniku – autorzy radzą po prostu wylutować te przyciski i zmostkować pady lutownicze drutem. W czasie pracy z rozebraną drukarką należy zachować ostrożność – mechanizm kartridży porusza się szybko!

    Następnym zadaniem było otwarcie kartridży tak, by można było wypełnić je czymś ciekawszym, niż zwykłym atramentem. Autorzy użyli nowych kartridży, ponieważ w używanych część dysz straciła swoją pełną funkcjonalność z powodu obecności zaschniętych resztek atramentu. Po otwarciu kartridża (przy użyciu np. noża do tapet) należy usunąć atrament i dobrze wycisnąć umieszczoną we wnętrzu gąbkę, a następnie wypłukać wielokrotnie całość, do momentu aż kartridż będzie pozbawiony śladów atramentu. Następnie należy go napełnić wodą destylowaną, umieścić z powrotem w drukarce i – wydrukować coś!

    Po tej operacji czas napełnić spreparowany kartridż pożądanym materiałem – autorzy do testów stosowali np. zielony barwnik do żywności. Do właściwego biodruku postanowili także wykorzystać coś prostego – aby od razu nie drukować żywych komórek, autorzy chcieli drukować na papierze filtracyjnym roztworem arabinozy. Po wycięciu fragmentów papieru umieszcza się na szalce z kolonią bakterii E. coli zawierających sztucznie wprowadzony plazmid pGLO. Taki plazmid zawiera fragmenty GFP (Green Fluorescent Protein, białko zielonej fluorescencji), uaktywniające się pod wpływem czułego na arabinozę promotora.





    W rezultacie, nadruk zostaje stworzony z fluoryzujących w świetle ultrafioletowym, czułych na arabinozę bakterii E. coli! Autorzy zwracają uwagę, że piękno tego eksperymentu leży w jego prostocie – nadrukowany był jedynie roztwór cukru, zamiast żywych komórek, a proces drukowania prowadzono na papierze.

    Biodrukarka - zrób to sam!

    Autorzy, po dokładnym przestudiowaniu głowic drukujących kartridży pod mikroskopem, stwierdzili że obecnie produkowane drukarki mają dla ich potrzeb zbyt dużą rozdzielczość! Głowica drukująca, będąca srebrną bądź stalową płytką zaopatrzoną w precyzyjnie naniesione dysze, umieszczone w kilku rzędach, pozwala drukować nawet z rozdzielczością 1200 dpi. Jest to równoznaczne z tym, że kropla wyrzucana z jednej dyszy ma wielkość ok. 21 mikronów. Jako że średnica dyszy wynosi nieco więcej – przec. 23 mikrony – pozwala to także na bezpośredni druk żywymi komórkami E. coli, a może nawet i drożdży. Jednak problemem w tym wypadku jest podajnik papieru – dobrze byłoby mieć możliwość bezpośredniego druku np. na płytkach agarowych. Autorzy zauważyli także, że kartridże są wyposażone w filtr dla atramentu o oczku 3 mikrony – jest to stanowczo za mało, aby drukować żywymi komórkami. Dlatego autorzy powzięli decyzję o budowie swojej własnej platformy do drukowania.

    Biodrukarka - zrób to sam!
    Biodrukarka - zrób to sam!

    W związku z za dużą rozdzielczością obecnych głowic drukujących należałoby sięgnąć do rozwiązań rodem z lat ’90 ubiegłego wieku – i np. wykorzystać starego typu kartridże HP o rozdzielczości 300 dpi albo mniejszej. Do niedawna w ofercie firmy Parallax znajdowała się właśnie platforma rozwojowa dla kartridży HP51604A o rozdzielczości 96 dpi, ale została wycofana z produkcji. Na szczęście, autorom udało się znaleźć Inkshield – shield dla Arduino pracujący z rozdzielczością właśnie 96 dpi, co daje wielkość kropli rzędu 265 mikronów i odległość między kroplami ok. 85 mikronów – jest to idealne do opisywanego zastosowania.

    Jako podstawę drukarki autorzy wykorzystali płytę napędzaną mechanizmami sterującymi położeniem lasera w czytniku CD/DVD – wystarczą dwa takie mechanizmy, umieszczone pod kątem 90 st. względem siebie, a gotowa platforma X-Y o bardzo dobrej dokładności pozycjonowania jest gotowa! Po znalezieniu właściwego mechanizmu, zawierającego silnik krokowy, autorzy wykorzystali do jego sterowania platformę Arduino. I tak zebrano wszystko, co było niezbędne do budowy własnej biodrukarki! Szczegóły montażu można zobaczyć na poniższych fotografiach.

    Biodrukarka - zrób to sam!
    Biodrukarka - zrób to sam!
    Biodrukarka - zrób to sam!
    Biodrukarka - zrób to sam!

    Aż wreszcie – po napełnieniu kartridża zawieszoną w cieczy kulturą bakterii E. coli +pGLO i zmodyfikowaniu oprogramowania demonstracyjnego Inkshield tak, aby drukował napis „I <3 BioCurious”, kilka linijek takiego właśnie tekstu zostało wydrukowane na płytce agarowej (została ona wypełniona pożywką prawie do samego brzegu, aby ograniczyć maksymalnie dystans drukowania). Jak można zobaczyć na poniższym zdjęciu, drukowanie z użyciem żywych komórek E. coli poszło znakomicie! Autorzy pozwalali najpewniej kolonii rozrastać się zbyt długo, stąd napisy są nieco zamazane. Obecne pojedyncze kropki wynikają z tworzenia się sprayu w czasie drukowania – pożądana byłaby modyfikacja lepkości cieczy lub zwiększenia gęstości komórek w płynie używanym do drukowania.

    Biodrukarka - zrób to sam!

    Po zakończeniu druku wszystkie powierzchnie, jak i kartridż należało zdezynfekować – po tym zabiegu drukarka jest gotowa do następnego zadania! Budowa własnej drukarki „od zera” pozwoliła autorom zdobyć wiele nowych wiadomości, zarówno z zakresu biodruku, jak i choćby sterowania silnikami krokowymi. Pozwoli to w przyszłości popracować m.in. nad nadrukowywaniem gradientowym antybiotyków / odżywek, aby badać ich wzajemne interakcje; drukować czynnikiem wzrostu na koloniach komórek eukariotycznych, aby poznać przebieg różnicowania komórek; drukować kilka rodzajów mikrobów na jednej płytce, aby poznać interakcje metaboliczne czy drukować komórkami zawieszonymi w roztworze alginianu sodu na podłożach nasączanych chlorkiem wapnia, aby budować trójwymiarowe, żelowe struktury żywych komórek.

    W oryginalnym artykule można znaleźć więcej szczegółów dotyczących opisywanego projektu i budowy biodrukarki, jak i odnośniki do innych źródeł i artykułów o tej tematyce.


    Fajne! Ranking DIY
  • Metal Work Pneumatic
  • #2 25 Sty 2013 19:47
    Jatsekku2
    Poziom 12  

    Drukowanie narządów w domu ? Pewnie, czemu nie :D Jak zbudują drukarkę 3d operującą pojedynczymi atomami, to już nie będzie ograniczeń. Ale jednak drukowanie bakteriami E.Coli to już chyba nie taka bezpieczna zabawa...

  Szukaj w 5mln produktów