低成本生物打印机的制作

步骤1：选择3D打印机

我们选择Monoprice MP Select Mini 3D打印机V2作为起始3D打印机。之所以被选中，是因为它具有低成本和高可用性。另外，已经有一个高度精确的打印机3D模型，这使得设计更容易。这个可以为这个特定的打印机量身定制的b。类似的过程可用于转换其他常见的FDM打印机和CNC机器。

第2步：3D打印

在拆卸Monoprice打印机之前，需要3D打印几个部件才能修改3D打印机。有糊状挤出机的版本，一个需要环氧树脂，另一个不需要环氧树脂。需要环氧树脂的那种更紧凑但更难以组装。

步骤3：准备打印机进行修改

前塔板，底盖和控制面板应该是除去。卸下底部后，断开控制板上的所有电子设备，然后卸下控制板。

第4步：可互换挂载

主体1和主体14均需要两个热定形螺母。机身1通过隐藏在皮带下方的两个M3螺栓安装在打印机机架上。通过拆下皮带张紧器并将皮带拉向一侧可以显示螺栓。

步骤5：Z轴开关

重新定位Z轴开关任何长度的针都可以在归位序列中使用而无需在软件中进行补偿。开关应使用2个M3螺钉安装在打印机底盘的正下方，尽可能靠近打印床。

步骤6：接线

接线已完成符合Ramps 1.4标准。只需按照接线图。根据接线端子的需要切断锡线。某些电线可能需要延长。

步骤7：环氧树脂挤出机

虽然这台挤出机的印刷时间较短，但它确实使用了环氧树脂，这使得总生成时间增加到24小时以上。 8mm螺纹杆应该环氧化到608轴承，轴承应该环氧化到3D打印件主体21.此外，螺纹杆的螺母应该环氧化到主体40.一旦环氧树脂完全固化，橡胶来自60ml和10ml注射器柱塞的尖端可分别安装在主体9和主体21上。找不到合适的T型接头，因此粗制的T型接头由6mm黄铜管和焊料制成。挤出机用作液压系统，将Bioink推出10ml注射器的下腔室。通过在将T形接头保持在最高点的同时剧烈摇动管子，可以将空气排出系统。

步骤8：常规糊状挤出机

此挤出机可以简单地用螺栓固定在一起。这台挤出机的缺点是体积更大，后冲量大。

步骤9：Arduino固件

Arduino需要固件来运行步进驱动程序和其他电子设备。我们之所以选择Marlin是免费的，可以使用Arduino IDE轻松修改并得到很好的支持。我们已经为我们的特定硬件修改了固件，但是对于其他打印机进行修改非常简单，因为所有代码都经过评论和清楚解释。双击MonopriceV2BioprinterFirmware.ino文件以打开marlin配置文件。

步骤10：Cura配置文件

可以将Cura配置文件导入Ultimaker Cura 4.0.0并用于制作高表面积网以用于大量反应器。为打印机生成Gcode仍然具有很高的实验性，需要很大的耐心。还附有用于圆形灌注反应器的测试gcode。

步骤11：更改开始G代码

将此代码粘贴到开始G代码设置中：

G1 Z15

G28

G1 Z20 F3000

G92 Z33.7

G90

M82

G92 E0

在Repetier中，要修改启动Gcode，请转到切片器 - 》配置 - 》 G代码 - 》启动G-代码。必须修改每个特定情况的G92 Z值。慢慢增加该值，直到针在打印开始时距离培养皿表面所需的距离。

步骤12：制作Bioink

开发适合应用的Bioink的过程很复杂。这是我们遵循的过程：

总结

水凝胶适用于对剪切敏感的植物细胞并且已经打开大孔允许扩散。通过将琼脂糖，藻酸盐，甲基纤维素和蔗糖溶解在去离子水中并添加细胞来制备水凝胶。凝胶是粘性的，直到用0.1M氯化钙固化，这使其坚固。氯化钙固化溶液与藻酸盐交联以使其坚固。藻酸盐是凝胶的基质，甲基纤维素使凝胶均匀化，琼脂糖提供更多的结构，因为它在室温下凝胶化。蔗糖为细胞提供食物以继续在水凝胶中生长。

验证凝胶的一些实验的简要概述

我们用不同量的琼脂糖测试了不同的水凝胶，记录了它的稠度，打印的容易程度，以及它是否在固化溶液中沉淀或漂浮。降低藻酸盐百分比使凝胶过于流动，并且在印刷后无法保持其形状。增加藻酸盐百分比使得固化溶液如此快速地起作用，凝胶在粘附到顶层之前会固化。使用2.8wt％的藻酸盐开发保持其形状并且不能太快固化的水凝胶。

如何开发水凝胶

材料

琼脂糖（0.9 wt％）

海藻酸盐（2.8wt％）

甲基纤维素（3.0重量％）

蔗糖（3.0重量％）

氯化钙.1M（147.001 g/mol）

ddH20

细胞聚集体

2个洗过的和干过的烧杯

1混合刮刀

铝箔

塑料称重纸

刻度圆筒

程序

制作水凝胶：

根据您想要制备的凝胶溶液量，测量出特定量的ddH20。使用量筒获得特定体积的ddH20。

水凝胶溶液含有藻酸盐（2.8wt％），琼脂糖（0.9wt％），蔗糖（3wt％）和甲基纤维素（3wt％）。使用塑料称重纸测量水凝胶溶液的适当部分组分。

称量完所有成分后，将ddh20，蔗糖，琼脂糖，最后加入海藻酸钠加入其中一个干烧杯中。旋转混合，但不要使用刮刀混合，因为粉末将粘在刮刀上。

混合后，用铝箔正确包裹烧杯顶部并标记烧杯。在箔的顶部添加一片高压灭菌带。

将剩余的甲基纤维素放入另一个干燥的烧杯中，并将其包裹在铝箔中，如同之前的烧杯一样。标记此烧杯并在箔的顶部添加一片高压灭菌带。

用铝箔包裹1个刮刀，确保没有任何刮刀暴露在铝箔中。将高压灭菌带添加到包裹的刮刀中。

在灭菌周期中，将121个烧杯和1个刮刀在121℃下高压灭菌20分钟。不要在无菌和干循环中使用AUTOCLAVE。

高压灭菌循环完成后，让凝胶冷却至室温，一旦达到它，开始在生物安全柜中操作。

在生物安全柜中操作后，务必洗手和使用适当的无菌技术。还要确保不要直接接触接触凝胶或接近凝胶的物体（例如：刮刀的混合端，或凝胶上的铝箔区域）

在生物安全柜中将甲基纤维素混合到凝胶中以获得均匀的涂抹。完成混合后，将混合凝胶溶液顶部重新包裹并放入冰箱中过夜。

从这里凝胶可用于引入细胞或用于其他用途，如印刷。。

添加单元格：

过滤单元格它们的大小相同。我们的过滤程序是

轻轻刮掉培养皿上的细胞，用380微米的筛子过滤细胞。

使用平头刮刀轻轻混合水凝胶溶液中的过滤细胞，以避免混合物丢失（经过高压灭菌）。

混合后，细胞离心出气泡

从这里开始，水凝胶已经完成，可用于印刷，固化和未来的实验。

如何开发固化液（0.1M氯化钙，CaCl2）

材料

氯化钙

ddH 2 O中

蔗糖（3 wt％）

程序（制备1L固化溶液）

测量147.01g氯化钙，30mL蔗糖和1L ddH 2 O.

在大烧杯或容器中混合氯化钙，蔗糖和ddH20。

将凝胶浸入固化液中至少10分钟即可固化。

步骤13：打印！

理论上，Bioprinting是非常简单;然而，在实践中，有许多因素可能导致失败。使用这种凝胶，我们发现可以采取一些措施来最大限度地提高我们的应用效果：

使用少量CaCl2溶液在印刷时部分固化凝胶，

在培养皿底部使用纸巾以增加附着力

使用纸巾在整个打印件上均匀涂抹少量CaCl2

在Repetier中使用流速滑块找到正确的流速

对于不同的应用和不同的凝胶，可能需要使用不同的技术。我们的程序产生了几个月。耐心是关键。