ZASTOSOWANIE TECHNIKI "REP

Emilia MAZGAJCZYK, Patrycja SZYMCZYK, Gustaw KOENIG, Katedra Technologii
Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji, Wydział Mechaniczny, Politechnika
Wrocławska, Wrocław
ZASTOSOWANIE TECHNIKI "REP-RAP" DO WYTWARZANIA
FUNKCJONALNYCH STRUKTUR Z PLA
PLA SCAFFOLDS MANUFACTURED BY REP-RAP
TECHNOLOGY
Słowa kluczowe: Rep-Rap, skafold, PLA, Rapid Prototyping
1. WSTĘP
Macierz międzykomórkowa, w której znajdują się komórki, chroni je przed
mechanicznymi uszkodzeniami, a dodatkowo umożliwia ich proliferację, migrację oraz
namnażanie. Siatka włókien zanurzonych w macierzy umożliwia adhezję komórek na ich
powierzchni. Najlepiej by scaffold, jak najwierniej odwzorowywał architekturę ECM
i pozwalał komórkom zachowywać się tak jak w macierzystej tkance. Inżynieria tkankowa
wykorzystuje wiele różnorodnych materiałów oraz procesów by z sukcesem zregenerować
uszkodzoną strukturę. W większości przypadków, by tkanka się zregenerowała, komórki
wymagają osadzenia ich w strukturach trójwymiarowych, z połączonymi porami, tak by
mogły przerastać w głąb rusztowania oraz wytwarzać naczynia krwionośne [1].
Proces wytwarzania struktur w technologiach generatywnych (Rapid Prototyping RP)
odbywa się warstwa po warstwie, na podstawie zaprojektowanego modelu w programie CAD,
podzielonego na warstwy o odpowiednio dobranej grubości. Techniki RP są jednymi z tych,
które najlepiej odwzorowują wielkość wewnętrznych porów, a co za tym idzie całkowitą
porowatość struktury oraz jej geometrię. Ponadto możemy wybudować strukturę
o odpowiednich właściwościach mechanicznych (mając wpływ na wielkość porów możemy
zmieniać wytrzymałość budowanych scaffoldów) [2].
W pracy została omówiona technologia Rep-Rap. Wytworzono prostopadłościenne
struktury ażurowe, które poddano analizie wytrzymałościowej. Wykonano testy
wytrzymałości na ściskanie w zależności od porowatości scaffoldu, na którą ma wpływ m.in.
grubość beleczki, odstęp pomiędzy nimi, grubość warstw. Modele wytworzone
w technologiach szybkiego prototypowania, które będą pełnić funkcje biologiczne muszą
spełniać rygorystyczne kryteria. Materiał, który wybrano do badań należy do grupy
polimerów biodegradowalnych, jest on również biokompatybilny i nietoksyczny [3],
co zostało potwierdzone badaniami biologicznymi.
XI Konferencja Naukowa Majówka Młodych Biomechaników im. prof. Dagmary Tejszerskiej
s. 76
2. TECHNOLOGIA REP-RAP
Technologie generatywne są dynamicznie rozwijającymi się metodami wytwórczymi
w ostatnich latach. Technologią przyrostową nazywamy taką metodę wytwarzania, w których
budowa modeli fizycznych następuje generatywnie (addytywnie, przyrostowo) tj. poprzez
dodawanie warstwa po warstwie materiału w celu uzyskania zaprojektowanego kształtu.
Urządzenie generatywne typu Rep-Rap (Replicating Rapid Prototyper) polega na wytwarzaniu
przy pomocy topionego filamentu, tj. materiału wykorzystywanego do budowy modeli
w postaci drutu o średnicy 3mm.
Prostopadłościenne modele o wymiarach 20x20x20 [mm] zostały wykonane
z biodegradowalnego polimeru, jakim był polilaktyd (PLA). Próbki charakteryzowały się
różną porowatością, wyrażoną w procentowym udziale materiału do całej objętości
prostopadłościanu. Przykład takich struktur pokazano na rysunku 1.
Rysunek 1. Prostopadłościenne modele z PLA charakteryzujące się różną wartością wypełnienia,
od lewej: 20%, 30%, 40%
3. WYNIKI
Wykonana analiza pozwoliła określić wpływ geometrii na wytrzymałość mechaniczną
wybudowanych struktur. Badania objęły próbę statycznego ściskania oraz analizę struktury
za pomocą mikroskopu świetlnego oraz konfokalnego. W artykule zwrócono uwagę na
główną zaletę technologii szybkiego prototypowania, czyli modelowanie właściwości
mechanicznych za pomocą odpowiednio dobranej geometrii, co w przypadku wytwarzania
struktur, które mają zastąpić uszkodzoną tkankę jest niezwykle ważne.
LITERATURA
[1] Taek G.K., Heungsoo S., Dong W.L.: Biomimetic scaffolds for Tissue Engineering, Adv.
Funct. Mater., 22, 2012, s. 2446-2468
[2] Mazgajczyk E.: Technologie generatywne na przykładzie Bioplottowania, TOM I,
Kraków, Creativetime, 2013
[3] Pfister A., Landers R., Laib A., Huebner U., Schmelzeisen R., Mulhaupt R.: Biofunctional
Rapid Prototyping for tissue-engineering Applications: 3d Bioplotting versus 3D
Printing, Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, Volume 42, Issue 31,
February 2004, pages 624–638