Impresora 3D de matrices extracelulares

116 páginasLa necesidad que existe de desarrollar nuevos sistemas de formación controlada de matrices extracelulares (MEC) y que su elaboración permita un mejor proceso de fabricación de tejido celular es una realidad en la ingeniería de tejidos. Existen métodos tradicionales con los que esta necesidad no se contempla en absoluto; mientras otros métodos más evolucionados, como lo son las técnicas de prototipado rápido (RP), satisfacen parcialmente esta demanda de hoy en día. En este trabajo se expone el proceso de diseño de unos de los dispositivos más utilizados para las RP más avanzadas de la elaboración de MEC como lo son las impresoras 3D. Para este diseño se debió partir desde el material a imprimir y el tipo de piezas a construir. En una primera instancia se seleccionaron las variables que estaban más relacionadas con el proceso de extrusión y el diseño de dispositivos de impresión mediante la revisión de la literatura sobre modelos de extrusoras y basándose en el conocimiento de las características más importantes a conservar en la matrices y en el material a la hora de ser impreso. Para una segunda etapa se seleccionó el polímero a utilizar para las MEC por medio de una revisión bibliográfica de materiales para la fabricación de andamios. Luego se seleccionaron las técnicas de caracterización de las variables del polímero a través de otra revisión del estado del arte. En otro instante del proceso se realizaron las técnicas seleccionadas para caracterizar el polímero. Después se realizó el diseño conceptual de la impresora por medio de la metodología de Ulrich. Por último se realizó el diseño de detalle y se construyeron los planos de la impresora. Mediante varios criterios de selección como lo son disponibilidad, precio y utilidad, se seleccionó Alcohol polivinílico (PVA) para el diseño de la extrusora. Se utilizaron varias técnicas de caracterización para determinar las variables reológicas del polímero: viscosidad y tensión superficial; las cuales hacen parte del modelo de extrusión; adicionalmente se consultaron otras propiedades como transiciones y peso molecular. Los resultados mostraron que la mejor concentración del polímero para conservar las propiedades deseadas era del 20% en solución acuosa y a una temperatura de entre 39°C a 42°C. A partir de los valores determinados se elaboró el modelo para la extrusión el cual se incluyó para la construcción de los planos del dispositivo. Las técnicas utilizadas, los resultados de estas técnicas, el proceso de diseño conceptual y de detalle junto con los planos estructurales de la impresora 3D son expuestos en este trabajo.The existing need to develop new controlled formation systems of extracellular matrices (ECM) and to allow in the elaboration a better process of cellular tissue fabrication is a reality in tissue engineering. There are traditional methods with which this need is not covered at all; while other methods more evolved, like rapid prototyping techniques (RP), partially satisfy this demand of today. In this work is exposed the design process of one of the devices most used on the elaboration of ECM as it is the 3D printer. To make this happen must start from the material to be printed and type of parts to build. First, the more related variables to the extrusion process and the design of printing devices were selected by reviewing the literature on models of extruders and based on knowledge of the most important features to keep in the matrices and the material at the moment it will be printed. For a second stage polymer used for the MEC was selected through a literature review of materials used in manufacture of scaffolding. Characterization techniques of the polymer variables were then selected through another revision of the state of the art. In another moment, process selected for the characterization techniques for the polymer mere performed. Then, the conceptual design of the printer was made by using the Ulrich methodology. Finally the detailed design was performed and the printer planes were built. Through literature review and by several criteria such as availability, price and utility, polyvinyl alcohol (PVA) was selected for the design of the extruder. Several characterization techniques were used to determine the rheological polymer variables such as viscosity and surface tension; which are parts of the extrusion model; further transitions and other properties such as molecular weight were consulted. The results showed that the best concentration of the polymer to retain the desired properties was 20% in aqueous solution and a temperature of 39°C to 42°C. From the determined values for the extrusion model which included the construction of flats built device. The techniques used, the results of these techniques, the process of conceptual and detailed design with the structural drawings of the 3D printer are presented in this paper