3D printing of gelatin methacrylate
Mölsä, Joona (2022)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022091220098
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022091220098
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää gelatiinimetakrylaatin (GelMA:n) tulostuvuutta Brinter® ONE -biotulostimella. Toisena tavoitteena oli syntetisoida omaa gelatiinimetakrylaattia ja verrata tätä kaupalliseen Sigma Aldrichin gelatiinimetakrylaattiin. Työ suoritettiin Brinter Oy:n tiloissa ja laitteistoilla Brinter Oy:n tilauksesta.
GelMA on bioyhteensopiva hydrogeeli, jota voidaan käyttää etenkin erilaisissa kudosteknologian käyttökohteissa. Hydrogeelinä GelMA:a voidaan tulostaa halutun objektin muotoon ja sopivalla fotoinitiaattorilla se voidaan kovettaa UV-valolla, jolloin sen rakenteesta saadaan myös fysiologisesti stabiili.GelMA on myös reologialtaan lämpötilaherkkä materiaali, minkä vuoksi sitä testattiinkin Brinterin Pneuma Cooled -tulostuspään avulla.
Varsinainen työosuus aloitettiin GelMA:n synteesillä, jonka päätteeksi GelMA kylmäkuivattiin Turun Ammattikorkeakoululla ja tästä valmistettiin tulostusvalmista biomustetta. Sopivia tulostusasetuksia testattiin tulostamalla 20 x 20 mm neliötä 45° grid-täytöllä. Varsinaisissa testeissä tulostettiin vastaavia kappaleita kahden tulostuskerroksen korkuisena Pr-arvon selvittämiseksi ja 10 kerroksisia sylintereitä, jotta materiaalin pinottavuutta voitiin tarkastella. Nämä toistettiin Sigma Aldrichin GelMA:lla ja tuloksia vertailtiin keskenään.Testien ja vertailuiden persuteella voitiin todeta, että Brinter® ONE -biotulostimella voidaan tulostaa gelatiinimetakrylaattia. Myöskin Turussa valmistettu GelMA vastasi virhemarginaalien rajoissa Sigma Aldrichin GelMA:a, mutta GelMA:n korkeasta metakrylaatioasteesta ja suuresta pitoisuudesta johtuen tutkimusta tulee jatkaa. The aim of this thesis was to investigate the printability of gelatin methacrylate (GelMA) with the Brinter® ONE bioprinter, whilst another goal was to synthesize our own gelatin methacrylate and compare it to the commercial gelatin methacrylate of Sigma Aldrich. The work was performed at Brinter Oy's premises and with the equipment offered by Brinter Oy.
GelMA is a biocompatible hydrogel that can be used especially in a variety of tissue engineering applications. As a hydrogel, GelMA can be printed in the shape of the desired object and, with a suitable photoinitiator, it can be cured under UV light, making its structure also physiologically resistant. GelMA is also a rheologically temperature-sensitive material, which is why it was printed by using Brinter's Pneuma Cooled printing tool.
The actual work started with the synthesis of GelMA. At the end of the synthesis, GelMA was lyophilized at Turku University of Applied Sciences and a print-ready bio-ink was prepared from it. Appropriate print settings were tested by printing a square with a 45 ⁰ grid fill. In the actual tests, corresponding pieces were printed at the height of two printing layers to determine the Pr value, and 10-layer cylinders were printed to determine the stackability of the material. These constructs were repeated with Sigma Aldrich's GelMA and the results were compared. On the basis of the tests and comparisons, it was found that the Brinter® bio printer can be used to print gelatin methacrylate. GelMA manufactured in Turku also corresponded to Sigma Aldrich's GelMA within the margins of error, but due to the high degree of methacrylation and high concentration of GelMA, the study must be continued.
GelMA on bioyhteensopiva hydrogeeli, jota voidaan käyttää etenkin erilaisissa kudosteknologian käyttökohteissa. Hydrogeelinä GelMA:a voidaan tulostaa halutun objektin muotoon ja sopivalla fotoinitiaattorilla se voidaan kovettaa UV-valolla, jolloin sen rakenteesta saadaan myös fysiologisesti stabiili.GelMA on myös reologialtaan lämpötilaherkkä materiaali, minkä vuoksi sitä testattiinkin Brinterin Pneuma Cooled -tulostuspään avulla.
Varsinainen työosuus aloitettiin GelMA:n synteesillä, jonka päätteeksi GelMA kylmäkuivattiin Turun Ammattikorkeakoululla ja tästä valmistettiin tulostusvalmista biomustetta. Sopivia tulostusasetuksia testattiin tulostamalla 20 x 20 mm neliötä 45° grid-täytöllä. Varsinaisissa testeissä tulostettiin vastaavia kappaleita kahden tulostuskerroksen korkuisena Pr-arvon selvittämiseksi ja 10 kerroksisia sylintereitä, jotta materiaalin pinottavuutta voitiin tarkastella. Nämä toistettiin Sigma Aldrichin GelMA:lla ja tuloksia vertailtiin keskenään.Testien ja vertailuiden persuteella voitiin todeta, että Brinter® ONE -biotulostimella voidaan tulostaa gelatiinimetakrylaattia. Myöskin Turussa valmistettu GelMA vastasi virhemarginaalien rajoissa Sigma Aldrichin GelMA:a, mutta GelMA:n korkeasta metakrylaatioasteesta ja suuresta pitoisuudesta johtuen tutkimusta tulee jatkaa.
GelMA is a biocompatible hydrogel that can be used especially in a variety of tissue engineering applications. As a hydrogel, GelMA can be printed in the shape of the desired object and, with a suitable photoinitiator, it can be cured under UV light, making its structure also physiologically resistant. GelMA is also a rheologically temperature-sensitive material, which is why it was printed by using Brinter's Pneuma Cooled printing tool.
The actual work started with the synthesis of GelMA. At the end of the synthesis, GelMA was lyophilized at Turku University of Applied Sciences and a print-ready bio-ink was prepared from it. Appropriate print settings were tested by printing a square with a 45 ⁰ grid fill. In the actual tests, corresponding pieces were printed at the height of two printing layers to determine the Pr value, and 10-layer cylinders were printed to determine the stackability of the material. These constructs were repeated with Sigma Aldrich's GelMA and the results were compared. On the basis of the tests and comparisons, it was found that the Brinter® bio printer can be used to print gelatin methacrylate. GelMA manufactured in Turku also corresponded to Sigma Aldrich's GelMA within the margins of error, but due to the high degree of methacrylation and high concentration of GelMA, the study must be continued.