A dynamic acousto-optic lithographic patterning technique for bioprinting
2022 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
En dynamisk akustooptisk litografisk mönstringsteknik för bioprinting (Swedish)
Abstract [en]
3D Bioprinting is considered the most promising method to produce engineered tissues for in vitro assays in drug discovery or toxicology and in vivo therapeutic approaches, such as cell therapy or regenerative medicine. It is a key element that has strongly impacted these sectors and contributed to the development of technologies for biological additive manufacturing, to reach the goal of printing three-dimensional substitutes of tissues and entireorgans. However, many current bioprinting technologies are restricted by their inadequate speed and resolution, which lead to decreased cell viability and difficulties recreating the true nature of the native tissues.
These shortcomings have been faced in this thesis by building and implementing a stereolithographic bioprinter that combines high-speed light-sheet illumination with an acousto-optic lithography patterning technique. With this technology, it is expected to enable bioprinting in an ultra-fast andhighly precise manner. The purpose of this thesis is to perform a proof of concept of the bioprinter and evaluate the obtained resolution, dosage, andcalculated cycle time by polymerizing a line with three different light-sensitive bioinks.
It was indicated that the proof of concept was successful. Polymerized lines with resolution down to 18 µm were observed with the bioprinter, where the resolution was highly dependent on the laser power and exposure time, i.e., the dosage. The calculated cycle time indicated that the acousto-optics technology decreases the time of printing.
Abstract [sv]
3D-bioprinting är en lovande metod för produktion av vävnader för in-vitro analyser inom läkemedelsforskning eller toxikologi, samt in-vivo terapeutiska metoder såsom cell terapi eller regenerativ medicin. Det är en teknik som starkt har påverkat dessa sektorer och bidragit till utvecklingen av biologisk friformsframställning, för att nå målet att skriva ut tredimensionella substitut av vävnader och hela organ. Många av dagens tekniker inom bioprinting är dock begränsade av deras otillräckliga hastighet och bristande upplösning, vilket leder till minskad cellviabilitet och svårigheter att återskapa den sanna naturen hos vävnader.
Dessa brister har behandlats i denna avhandling genom att bygga och implementera en stereolitografisk 3D-skrivare som kombinerar höghastigljussskitktsbelysning med en akustooptisk litografisk mönstringsteknik. Det är förväntat att med denna teknologin möjliggöra bioprinting på ett snabbt och precist sätt. Syftet med denna avhandling är att utföra en konceptvalidering av 3D–skrivaren för att utvärdera den erhållna upplösningen, doseringen och beräknade cykeltid. Detta har gjorts genom att polymerisera ett mönster med tre olika ljuskänsliga biobläck.
De preliminära resultaten tycks visa att 3D-skrivaren fungerar som förväntat. Det observerades att linjer polymeriserades med en upplösning ner till 18 μm, där upplösningen var starkt beroende av lasereffekten och exponeringstiden, med andra ord doseringen. Den beräknade cykeltiden visade att denakustooptiska tekniken minskar utskriftstiden.
Place, publisher, year, edition, pages
2022.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2022:224
Keywords [en]
3D bioprinting, Photopolymerization, Stereolithography, AOM, AOD, Light- sheet illumination
Keywords [sv]
3D-bioprinting, Fotopolymerisation, Stereolitografi, AOM, AOD, Ljusskiktsbelysning.
National Category
Physical Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-317465OAI: oai:DiVA.org:kth-317465DiVA, id: diva2:1694953
External cooperation
Mycronic AB
Subject / course
Physics
Educational program
Master of Science - Engineeering Physics
Supervisors
Examiners
2022-09-122022-09-122022-09-12Bibliographically approved