Estudio de la bioimpresión de hidrogeles aplicados a la generación de piel artificial mediante impresión laser BA-LIFT

González Yeguas, Lucía (2020). Estudio de la bioimpresión de hidrogeles aplicados a la generación de piel artificial mediante impresión laser BA-LIFT. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Estudio de la bioimpresión de hidrogeles aplicados a la generación de piel artificial mediante impresión laser BA-LIFT
Author/s:
  • González Yeguas, Lucía
Contributor/s:
  • Lauzurica Santiago, Sara
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: October 2020
Subjects:
Freetext Keywords: BA-LIFT, bioimpresión láser, ingeniería de tejidos, piel artificial, mapa de imprimibilidad
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Física Aplicada e Ingeniería de Materiales
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

La bioimpresión ha vivido un gran desarrollo en los últimos años. Este proceso, consiste en la fabricación de tejidos y órganos funcionales por medio de la impresión tridimensional de biomateriales. El desarrollo de la bioimpresión ha supuesto un gran avance en el campo de la medicina pues permite generar estructuras tisulares de geometría compleja con alta precisión y resolución. Uno de los órganos más estudiados en bioimpresión es la piel. La generación de modelos de piel artificial mediante impresión 3D es de los principales campos de estudio en la ingeniería de tejidos. Su principal aplicación se orienta a medicina, como tratamiento para grandes quemados y patologías dermatológicas. Sin embargo, también está orientado al testeo de fármacos y productos cosméticos como sustitutivo de los modelos de animales de experimentación. Actualmente, el modelo de piel artificial más común está conformado esencialmente por tres componentes: plasma sanguíneo al que se incorporan dos tipos celulares: fibroblastos y queratinocitos. Precisamente es el plasma sanguíneo la biotinta que se va a emplear en las bioimpresiones en este trabajo. Existen diferentes técnicas de bioimpresión 3D, concretamente la empleada en este trabajo es la técnica BA-LIFT, ‘Blister Actuated Laser Induced Forward Transfer’ del inglés, y que consiste en una modificación de la técnica LIFT en la que se emplea una capa de sacrificio. Este método de impresión consiste en dos sustratos, el donador y el aceptor. El donador está conformado por una capa transparente a la radiación del láser, una capa de sacrificio formada por una poliimida llamada Kapton que se caracteriza por ser muy buen absorbente de la radiación lo que evita que el material a transferir se vea afectado o dañado por la radiación y favorece enormemente la transferencia de hidrogeles y tintas con células vivas; y el hidrogel, plasma sanguíneo con una concentración de 1,2 mg/ml de fibrinógeno. Por su parte el aceptor es el elemento sobre el que se deposita la biotinta y puede ser sólido o líquido en función del material transferido, en este trabajo se emplea un vidrio sólido. El procedimiento es el siguiente, los sustratos donador y aceptor se sitúan paralelos con el hidrogel enfrentado al aceptor y con un espacio entre ellos denominado ‘gap’. El haz láser se enfoca entre la capa de sacrificio y el vidrio y debido a la irradiación se genera una deformación de la poliimida, llamada blíster que empuja al hidrogel. Esto conduce a la formación del ‘jet’o chorro y a la transferencia de material hacia el sustrato aceptor. La fuente láser tiene una serie de parámetros que influyen en el proceso tales como su longitud de onda, la frecuencia de pulso, el radio mínimo del haz o la densidad de energía en el foco que deben ser evaluados para establecer las condiciones óptimas para llevar acabo la bioimpresión. Para ello se han realizado experimentos para medir la potencia por pulso láser, el radio mínimo del haz y el umbral de daño térmico. Estos datos, radio mínimo del haz (ω̅0 = 10,635 μm2) y el umbral de daño térmico del Kapton (Fth=3,965 J/cm2), se emplean posteriormente para determinar la fluencia cuando se irradia con la fuente láser. Otro aspecto fundamental en la bioimpresión son las características de la biotinta, pues la impresión del material dependerá no solo de los parámetros de la técnica láser si no de su reología, biocompatibilidad o viscoelasticidad entre otras. Por ello, en este trabajo se han analizado las propiedades reológicas del plasma sanguíneo utilizado como material a imprimir para comprobar su adecuación para la bioimpresión. Para ello se ha estudiado su viscosidad y ángulo de contacto con las superficies. En este trabajo se estudia mediante un mapa de imprimibilidad la calidad de la impresión del plasma sanguíneo mediante BA-LIFT a diferentes energías de irradiación. Para determinar la calidad de la transferencia se analiza el tamaño en diámetro y superficie de la gota trasferida, así como, la presencia de gotas satélite. Además, también se tienen en cuenta las propiedades reológicas del material como la viscosidad (1,65 mPas) ligeramente baja para la bioimpresión con láser y su influencia en la calidad de los resultados. Finalmente se diseña un mapa de imprimibilidad en que se seccionan los rangos de fluencia más adecuados para la bioimpresión en pésimos, inadecuados, aceptables y óptimos siendo estos últimos los correspondientes a una rango de fluencia de entre 3-4,5 J/cm2 y que se corresponden con un porcentaje de atenuador de la fuente láser de un 20%. Así pues se fija un rango de energías de la fuente láser con los que se alcanzan los mejores resultados en la bioimpresión de plasma sanguíneo.

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Item ID: 65708
DC Identifier: https://oa.upm.es/65708/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:65708
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 11 Dec 2020 06:08
Last Modified: 13 Feb 2021 23:30
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