چاپگر زیستی + فیلم نحوه ساخت چاپگر زیستی

چاپگرهای معمولی که تاکنون در این فناوری مورد استفاده قرار گرفته اند از نوع چاپگرهای جوهر افشان می باشند. روش چاپ جوهر افشان قادر به ایجاد طرح هایی دقیق با قدرت تفکیک بالا است. بررسی های نشان می دهد که در چاپگرهای جوهر افشان معمولی قدرت تفکیک نقاط چاپ شده در حدود 25 تا 30 میکرومتر است، که این ابعاد در حدود ابعاد سلول های بیولوژیک می باشد. به علاوه گزارش شده است که تحت شرایطی یک سیستم جوهر افشان قادر به چاپ خطوطی با ضخامت کمتر از میکرون نیز می باشد.

به علاوه چاپگرهای تجاری جوهر افشان رنگی قادر به چاپ تصاویر رنگی با استفاده از جوهرهای رنگی هستند. جوهر به صورت قطرات کوچک با حجم کمتر از پیکولیتر و قدرت تفکیک بالا پرتاب می شود.

استفاده از شیوه چاپ جوهرافشان جهت ایجاد بافت های بیولوژیک سه بعدی مانند استفاده از شیوه طراحی به کمک رایانه (Computer aided design) و ساخت به کمک رایانه (Computer aided manufacture) در زمینه مکانیک و مهندسی الکتروینک است.

به دلیل قدرت افتراق بالا (در حد افتراق سلول ها از یکدیگر)، این فناوری قابلیت خوبی جهت کاربرد در آرایش دادن سلول ها به منظور ساخت بافت ها دارد. یکی دیگر از مزایای این شیوه راحتی استفاده از چاپ طرح هایی با رنگ های مختلف است. هر رنگ می تواند طبق خواست در محل مناسب پرتاب شود. اگر پروتئین ها، پپتیدها، عوامل رشد، مولکول های چسبنده، پلیمرها و داروها علاوه بر سلول های زنده در جای جوهر استفاده شوند، اجزای مختلف یک بافت بیولوژیک می تواند به راحتی در محل خود قرار گیرد و در واقع می توان بافتی متشکل از اجزای مختلف یک بافت را ایجاد نمود. چاپگرهای تجاری جوهر افشان همچنین قادرند با سرعت بالایی کار کنند و در کمتر از یک دقیقه یک طرح به ابعاد کاغذ A4 را ایجاد کنند. در حالیکه در روش های معمول برای رشد ارگان ها از سلول های اولیه و رسیدن به اندازه مناسب در شرایط انکوباسیون به زمان چند ماه نیاز است. این قابلیت دستگاه چاپگر جوهر افشان را به عنوان ابزار مناسبی جهت انجام چاپ بافت و اندام معرفی می نماید. اگر هزار صفحه سلولی برای تولید یک نمونه بافت ضخیم مورد نیاز باشد، تنها 16 ساعت برای چاپ این بافت ضخیم در ابعاد کاغذ A4 طول می کشد.

دو پیش فرض مهم قبل از استفاده از سیستم های جوهر افشان در زمینه کاربردهای بیولوژیک و مهندسی بافت باید مورد توجه قرار گیرد. اولی زیست سازگاری است، زیرا در این سیستم از مواد بیولوژیک استفاده خواهد شد و باید حداقل آسیب به آنها برسد. علاوه بر وابستگی خواص و رفتارهای سلول های پستانداران به شرایط کشت، سلول ها به شدت به گرما و تنش های مکانیکی که یکی از نگرانی های مطرح در فرایند چاپ است حساسند. تقریبا تمام مواد بیولوژیک به حرارت حساس هستند. افزایش حرارت ممکن است سبب آسیب های جدی به سلول و مرگ آن گردد. هرچند در بسیار از تحقیقات انجام شده عدم آسیب سلول ها در فرایند چاپ توسط چاپگرهای حرارتی به اثبات رسیده است.

مطالعات نشان داده است که سلول ها در مدت زمان کم قادر به تحمل شرایط هستند. اگر مدت فرایند چاپ بسیار کوتاه باشد بازه زمانی لازم جهت انتقال حرارت و آسیب سلولی وجود ندارد و دمای توده مایع افزایش چشمگیری نخواهد داشت.

مورد بعدی توانایی در چاپ رنگی است. زیرا که ساخت یک بافت بیولوژیک نیازمند انواع مولکولها و سلول ها و مواد زیستی است. توانایی یک چاپگر در چاپ رنگی سبب می شود که بتوان در چاپ بافت بیولوژیک تمامی اجزای تشکیل دهنده آن را در یک ساختار همراه کرد. هر یک از اجزای تشکیل دهنده بافت، نقش جوهرهای رنگی مختلف را ایفا می کنند. برای چاپ هر رنگ نیاز به وجود یک کارتریج و افشانه متناظر آن است و این امر طراحی چاپگر را کمی پیچیده می کند. سیستم های چاپگر رنگی معمولاً 9 یا 12 افشانه ای هستند.

یکی دیگر از نکات مهم در مورد انواع چاپگر زیستی نوع سیستم حرکت در ابعاد مختلف است. چاپگرهای تجاری بر مبنای جاروب دو بعدی صفحه طراحی شده اند و جهت سوم یعنی ارتفاع در آنها مطرح نیست. در چاپگرهای زیستی هدف ایجاد ساختارهای سه بعدی است. بنابراین سیستم های چاپگر تجاری برای داشتن قابلیت چاپ سه بعدی نیاز به اصلاح دارند.

سمانه سادات عنایتی

بخش دانش و زندگی تبیان

منابع:

Fakhrzadeh H, Imani R. Iranian Journal of Diabetes and Lipid Disorders.Volume 10, No6 2011.

Bradley R. Ringeisen · Barry J. Spargo. Cell and Organ Printing. Springer.

Roth EA, Xu T, Das M, Gregory C, Hickman JJ, Boland T. Inkjet Printing for High- Throughput Cell Patterning. Biomaterials 2004; 25(17): 3707–15.