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Micromixer driven by bubble-induced acoustic microstreaming for multi-ink 3D bioprinting
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2024-09-02 , DOI: 10.1039/d4lc00552j Mitsuyuki Hidaka 1 , Masaru Kojima 1 , Shinji Sakai 1
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2024-09-02 , DOI: 10.1039/d4lc00552j Mitsuyuki Hidaka 1 , Masaru Kojima 1 , Shinji Sakai 1
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Recently, the 3D printing of cell-laden hydrogel structures, known as bioprinting, has received increasing attention owing to advances in tissue engineering and drug screening. However, a micromixing technology that efficiently mixes viscous bioinks under mild conditions is needed. Therefore, this study presents a novel method for achieving homogeneous mixing of multiple inks in 3D bioprinting through acoustic stimulation. This technique involves generating an acoustic microstream through bubble oscillations inside a 3D bioprinting nozzle. We determined the optimal hole design for trapping a bubble, hole arrangement, and voltage for efficient mixing, resulting in a four-fold increase in mixing efficiency compared to a single bubble arrangement. Subsequently, we propose a nozzle design for efficient mixing during bioprinting. The proposed nozzle design enabled the successful printing of line structures with a uniform mixture of different viscous bioinks, achieving a mixing efficiency of over 80% for mixing 0.5–1.0 wt% sodium alginate aqueous solutions. Additionally, acoustic stimulation had no adverse effects on cell viability, maintaining a high cell viability of 88% after extrusion. This study presents the first use of a bubble micromixer in 3D bioprinting, demonstrating gentle yet effective multi-ink mixing. We believe this approach will broaden 3D printing applications, particularly for constructing functional structures in 3D bioprinting.
中文翻译：
由气泡诱导声学微流驱动的微混合器，用于多墨水 3D 生物打印
最近，由于组织工程和药物筛选的进步，充满细胞的水凝胶结构的 3D 打印（称为生物打印）受到越来越多的关注。然而，需要一种在温和条件下有效混合粘性生物墨水的微混合技术。因此，本研究提出了一种通过声刺激实现 3D 生物打印中多种墨水均匀混合的新方法。该技术涉及通过 3D 生物打印喷嘴内的气泡振荡产生声学微流。我们确定了捕获气泡的最佳孔设计、孔排列和有效混合的电压，与单个气泡排列相比，混合效率提高了四倍。随后，我们提出了一种在生物打印过程中有效混合的喷嘴设计。所提出的喷嘴设计使得能够使用不同粘性生物墨水的均匀混合物成功打印线结构，对于混合0.5-1.0 wt%海藻酸钠水溶液，实现了超过80%的混合效率。此外，声刺激对细胞活力没有不利影响，挤压后细胞活力仍保持在 88% 的高水平。这项研究首次在 3D 生物打印中使用气泡微混合器，展示了温和而有效的多墨水混合。我们相信这种方法将拓宽 3D 打印应用，特别是在 3D 生物打印中构建功能结构。
更新日期：2024-09-02
中文翻译：
由气泡诱导声学微流驱动的微混合器，用于多墨水 3D 生物打印
最近，由于组织工程和药物筛选的进步，充满细胞的水凝胶结构的 3D 打印（称为生物打印）受到越来越多的关注。然而，需要一种在温和条件下有效混合粘性生物墨水的微混合技术。因此，本研究提出了一种通过声刺激实现 3D 生物打印中多种墨水均匀混合的新方法。该技术涉及通过 3D 生物打印喷嘴内的气泡振荡产生声学微流。我们确定了捕获气泡的最佳孔设计、孔排列和有效混合的电压，与单个气泡排列相比，混合效率提高了四倍。随后，我们提出了一种在生物打印过程中有效混合的喷嘴设计。所提出的喷嘴设计使得能够使用不同粘性生物墨水的均匀混合物成功打印线结构，对于混合0.5-1.0 wt%海藻酸钠水溶液，实现了超过80%的混合效率。此外，声刺激对细胞活力没有不利影响，挤压后细胞活力仍保持在 88% 的高水平。这项研究首次在 3D 生物打印中使用气泡微混合器，展示了温和而有效的多墨水混合。我们相信这种方法将拓宽 3D 打印应用，特别是在 3D 生物打印中构建功能结构。
京公网安备 11010802027423号