امروزه جوهرهای زیستی نقش قابل توجهی در بازآفرینی ساختار و عملکرد سیستم‌های بیولوژیکی ایفا می‌کنند. از این مواد با هدف مهندسی ساختارهای ضخیم دارای عروق خونی، هندسه‌های پیچیده و محیط‌های حاوی چند نوع سلول استفاده می‌شود. علی رغم این پیشرفت‌ها، چالش‌های مهمی از جمله محدودیت در تنوع ملکولی، شباهت سازی سلسله مراتبی از مقیاس نانو تا میکرو، خواص زیست مکانیکی و نهایتا عملکرد نهایی ماتریکس خارج سلولی و بافت‌های مربوطه وجود دارد. در نتیجه ضروری است که با توجه به بلوک‌های سازنده‌ی ملکولی در مقیاس نانو، جوهرهای زیستی مبتکرانه‌ای را ایجاد کرد که قادر هستند ارتباط بین سلول و اجزای ماتریس خارج سلولی را ایجاد کنند. طبیعت برای رشد و بازسازی بافت‌ها و ارگان‌ها به گونه‌ای تکامل یافته است که این سازماندهی، از جز به کل یعنی از انواع مختلفی از اجزای ملکولی مانند پروتئین‌ها، لیپیدها و کربوهیدرات‌ها به کل، صورت می‌پذیرد. با الهام از این ویژگی طبیعت، جوهرهایی چند جزئی با قابلیت خودآرایی، فرصت بی‌نظیری برای بازآفرینی ویژگی‌های شیمیایی و مکانیکی ماتریکس خارج سلولی و اتصال انتخابی به سلول‌ها به وجود آورده است.

پرینت مایع در مایع یا به عبارتی تلقیح یک مایع با ویسکوزیته کم در مایع دیگری، یک روش مناسب برای ایجاد جوهر زیستی با قابلیت خودآرایی است. برای مثال از مرز بین آب و روغن و سورفکتانت‌های پلیمری نانو رس خودآرایی شده، در غشاهای نیمه تراوا و مویرگ‎‌های قابل نفوذ استفاده می‌شود. همچنین پرینت محلول آّبی دکستران در محلول آبی پلی اتیلن اکساید، منجر به ایجاد سریع ساختارهای سه بعدی مشابه با شبکه‌های مویرگی و ساختار قلب می‌شود.

در پرینت سه بعدی به روش رایج اکستروژن، ابعاد نازل یکی از مشخصه‌های پرینت است، درحالیکه در پرینت مایع در مایع بلافاصله پس از مخلوط شدن مایع‌ها ساختار تولید می‌شود و به این دلیل این روش، ساخت سازه‌های با وضوح بالا را تسهیل می‌کند.

به منظور استفاده از این مزیت‌ها، محققان یک جوهر متشکل از الاستین نو ترکیب (ELR) و گرافن اکسید(GO)  ساختند. سپس امکان استفاده از این جوهر در پرینت مایع در مایع برای ساخت سیستم‌های سیالات قابل نفوذ بررسی شد. در این تحقیق از این جوهر برای پرینت مویرگ با قطر داخلی کمتر از ۱۰ میکرومتر و ضخامت دیواره ۲ میکرومتر استفاده شد.

در ابتدا برای آماده سازی نمونه ۱۰۰ میکرولیتر محلول آبی ۰٫۱% گرافن اکساید در یک چاهک از پلیت ۹۶ خانه ریخته شد. سپس محلول آبی ۲ % از ELR به صورت عمودی و با سرعت ثابت به محلول اضافه شد. در اثر فرایند انتشار غشای چند لایه تشکیل می‌شود. در صورت استفاده از سلول نیز، امکان به دام افتادن سلول درون دیواره‌ی غشا وجود دارد. پس از تست اولیه، برای پرینت از پرینتر سه بعدی DISCOVERY محصول شرکت RegenHU استفاده شد. برای پرینت ELR 2% از نازل ۸۵ میکرومتر تحت فشار ۰٫۰۲ تا ۰٫۱ MPa در محدوده سرعت بین ۱۰ تا ۱۰۰ میلی‌متر بر ثانیه استفاده شد.

با توجه به سنجش‌های صورت گرفته این ساختارهای قابل نفوذ، طیفی از خواص ساختاری و عملکردی از جمله اندازه زیر ۱۰ میکرومتر، قابلیت ضربان، نفوذ پذیری قابل تنظیم با و بدون سلول و گرادیان نفوذ پذیری در یک ساختار واحد را نشان می‌دهند.

شکل ۱) بررسی پارامترهای موثر در پرینت. (a تصاویر نوری نسبت به زمان از خودآرایی ELK1 در محلول GO. (ضخامت ماکزیمم ۱۵۰ میکرومتر بعد از∼۶۰ ثانیه). تصاویر مربوط به شبیه سازی توسط نرم افزار COMSOL نیز این نتیجه را تایید می‌کند. b) اثر فشار و سرعت بر قطر ساختار پرینت شده. c) اثر غلظت GO بر ضخامت دیواره.

منبع:

Wu Y, Fortunato GM, Okesola BO, Di Brocchetti FL, Suntornnond R, Connelly J, De Maria C, Rodriguez-Cabello JC, Vozzi G, Wang W, Mata A. An interfacial self-assembling bioink for the manufacturing of capillary-like structures with tuneable and anisotropic permeability. Biofabrication. 2021 Apr 8;13(3):035027.