Ouyang | Study on Microextrusion-based 3D Bioprinting and Bioink Crosslinking Mechanisms | E-Book | www.sack.de
E-Book

E-Book, Englisch, 141 Seiten

Reihe: Springer Theses

Ouyang Study on Microextrusion-based 3D Bioprinting and Bioink Crosslinking Mechanisms


1. Auflage 2019
ISBN: 978-981-13-9455-3
Verlag: Springer Nature Singapore
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Englisch, 141 Seiten

Reihe: Springer Theses

ISBN: 978-981-13-9455-3
Verlag: Springer Nature Singapore
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Kopierschutz: 1 - PDF Watermark



This book presents a comprehensive study on microextrusion-based 3D bioprinting technologies for bioinks with various crosslinking mechanisms, chiefly focusing on the bioprinting process and bioink properties to provide readers with a better understanding of this state-of-the-art technology. Further, it summarizes a number of general criteria and research routes for microextrusion-based 3D bioprinting using three experimental studies based on shear-thinning, thermo-sensitive and non-viscous hydrogel bioinks. The book also presents sample applications in the areas of stem cells and cell matrix interaction. The book highlights pioneering results in the development of bioprinting technologies and bioinks, which were published in high-quality journals such as Advanced Materials, Biofabrication and ACS Biomaterials Science & Engineering. These include an in-situ crosslinking strategy that overcomes the viscosity limits for bioinks, which is virtually impossible using conventional strategies, and can be generalized for other bioink formulations.

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Weitere Infos & Material


1;Supervisor’s Foreword;6
2;Parts of this Thesis have been Published in the Following Documents:;8
2.1;Journal Publications:;8
3;Acknowledgements;9
4;Contents;11
5;Abbreviations;14
6;1 Introduction;16
6.1;1.1 Motivation;16
6.2;1.2 Scope and Contents;17
6.3;1.3 Chapter Outline;19
6.4;References;20
7;2 3D Bioprinting and Bioink: Background;22
7.1;2.1 Concepts and History;22
7.2;2.2 State of the Art;24
7.2.1;2.2.1 Bioprinting Technologies;24
7.2.2;2.2.2 Bioinks;29
7.2.3;2.2.3 Applications;32
7.3;2.3 Challenges and Perspectives;33
7.3.1;2.3.1 Bioprinting Technologies;34
7.3.2;2.3.2 Bioinks;34
7.3.3;2.3.3 Tissue Maturation;35
7.4;References;35
8;3 Materials and Methods;39
8.1;3.1 Process Analysis and Questions Refining;39
8.2;3.2 General Criteria for Bioinks and 3D Bioprinting Process;41
8.2.1;3.2.1 Bioink Injectability and Smooth Extrusion;42
8.2.2;3.2.2 Gel Filament Generation;42
8.2.3;3.2.3 Structural Integrity;43
8.2.4;3.2.4 Cell Damage Control;43
8.3;3.3 General Design of Bioinks and 3D Bioprinting Process;44
8.3.1;3.3.1 Bioinks and the Crosslinking Mechanism;44
8.3.2;3.3.2 3D Model Design;45
8.3.3;3.3.3 Process Design;46
8.4;3.4 Research Methodology;47
8.4.1;3.4.1 General Research Route;47
8.4.2;3.4.2 Rheological Characterization;47
8.4.3;3.4.3 3D Printability Characterization;48
8.4.4;3.4.4 Shear Stress Determination;49
8.4.5;3.4.5 Other Experimental Methods;51
8.5;References;55
9;4 3D Bioprinting of Shear-Thinning Self-assembly Bioink;57
9.1;4.1 Bioink Preparation and Characterization;58
9.1.1;4.1.1 Guest–Host Chemistry Modification of Hyaluronic Acid;58
9.1.2;4.1.2 Methacrylation of Hyaluronic Acid;59
9.1.3;4.1.3 Preparation of Bioinks;59
9.1.4;4.1.4 Rheological Characterization;60
9.1.5;4.1.5 3D Bioprinting Process Design;62
9.2;4.2 Printability and Stability;64
9.2.1;4.2.1 Gel Filament Generation;64
9.2.2;4.2.2 Structure Stabilization;70
9.3;4.3 Cytocompatibility;72
9.3.1;4.3.1 Cell Seeding;72
9.3.2;4.3.2 Direct Cell Printing;73
9.4;References;75
10;5 3D Bioprinting of Thermal-Sensitive Bioink;76
10.1;5.1 Bioink Preparation and Characterization;76
10.1.1;5.1.1 Preparation of Gelatin-Based Bioink;76
10.1.2;5.1.2 Rheological Characterization;78
10.1.3;5.1.3 3D Bioprinting Process Design;80
10.2;5.2 Printability and Stability;82
10.2.1;5.2.1 Gel Filament Generation;82
10.2.2;5.2.2 Structure Stability;85
10.3;5.3 Cytocompatibility;87
10.3.1;5.3.1 Cell Viability of Different Cells;87
10.3.2;5.3.2 Effect of Printing Parameters;89
10.3.3;5.3.3 Effect of Shear Stress;90
10.4;5.4 Conjunction of Structure Printability and Cell Viability;91
10.5;References;93
11;6 3D Bioprinting of Non-viscous Bioink;94
11.1;6.1 Strategy Optimization;95
11.1.1;6.1.1 Crosslinking Mechanisms;95
11.1.2;6.1.2 Light-Permeable Needle;98
11.1.3;6.1.3 Printing Setup;99
11.1.4;6.1.4 Printing Process;99
11.2;6.2 3D Printability and Stability;100
11.2.1;6.2.1 Gel Filament Generation;100
11.2.2;6.2.2 3D Structure Fabrication;102
11.2.3;6.2.3 Structure Stabilization;105
11.3;6.3 Cytocompatibility;108
11.4;6.4 Generalization to Other Bioinks;109
11.4.1;6.4.1 Bioink Preparation;109
11.4.2;6.4.2 Rheological Characterization;111
11.4.3;6.4.3 Printability and Cytocompatibility;112
11.5;6.5 Complex Filament Generation;114
11.6;References;116
12;7 Biological Characterization and Applications;118
12.1;7.1 Comparison of Different Technologies;118
12.2;7.2 Cell Activity and Proliferation;120
12.2.1;7.2.1 Long-Term Cell Activity;120
12.2.2;7.2.2 Cell Proliferation in 3D;122
12.3;7.3 Signal Pathway Activation;124
12.3.1;7.3.1 Cell Transfection;124
12.3.2;7.3.2 Protein Expression of Activator Cells;124
12.3.3;7.3.3 Activation of Reporter Cells;125
12.4;7.4 Embryoid Body Formation;126
12.4.1;7.4.1 Embryoid Body Growth;127
12.4.2;7.4.2 Morphology Characterization of Embryoid Body;128
12.4.3;7.4.3 Maintenance of Pluripotency;130
12.4.4;7.4.4 Comparison with Conventional Methods;131
12.5;7.5 Cell Behavior Modulation;134
12.5.1;7.5.1 Material Cues;134
12.5.2;7.5.2 Cell Response;135
12.6;References;138
13;8 Conclusions and Future Work;139
13.1;8.1 Concluding Remarks;139
13.2;8.2 Future Research Directions;141



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