Generalizing hydrogel microparticles into a new class of bioinks for extrusion bioprinting

挤压 3D生物打印 纳米技术 材料科学 组织工程 3D打印 生物医学工程 计算机科学 复合材料 工程类
作者
Shangjing Xin,Kaivalya A. Deo,Jing Dai,Navaneeth Krishna Rajeeva Pandian,David Chimene,Robert M. Moebius,Abhishek Jain,Arum Han,Akhilesh K. Gaharwar,Daniel L. Alge
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:7 (42) 被引量:62
标识
DOI:10.1126/sciadv.abk3087
摘要

Hydrogel microparticles (HMPs) are an emerging bioink that can allow three-dimensional (3D) printing of most soft biomaterials by improving physical support and maintaining biological functions. However, the mechanisms of HMP jamming within printing nozzles and yielding to flow remain underexplored. Here, we present an in-depth investigation via both experimental and computational methods on the HMP dissipation process during printing as a result of (i) external resistance from the printing apparatus and (ii) internal physicochemical properties of HMPs. In general, a small syringe opening, large or polydisperse size of HMPs, and less deformable HMPs induce high resistance and closer HMP packing, which improves printing fidelity and stability due to increased interparticle adhesion. However, smooth extrusion and preserving viability of encapsulated cells require low resistance during printing, which is associated with less shear stress. These findings can be used to improve printability of HMPs and facilitate their broader use in 3D bioprinting.

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