Microfluidic viscometry, a valid tool to assist 3D Bioprinting of Aqueous Two-Phases Emulsions

Anno
2021
Proponente Andrea Barbetta - Professore Associato
Sottosettore ERC del proponente del progetto
PE5_7
Componenti gruppo di ricerca
Componente Categoria
Antonella Dalla Cort Componenti il gruppo di ricerca
Maria Pia Donzello Componenti il gruppo di ricerca
Andrea Martinelli Componenti il gruppo di ricerca
Alessandro Latini Componenti il gruppo di ricerca
Andrea Lapi Componenti il gruppo di ricerca
Pietro Matricardi Componenti il gruppo di ricerca
Francesca Pagnanelli Componenti il gruppo di ricerca
Iolanda Francolini Componenti il gruppo di ricerca
Antonella Piozzi Componenti il gruppo di ricerca
Marco Fortunato Componenti il gruppo di ricerca
Mauro Majone Componenti il gruppo di ricerca
Ilaria Fratoddi Componenti il gruppo di ricerca
Osvaldo Lanzalunga Componenti il gruppo di ricerca
Marco Petrangeli Papini Componenti il gruppo di ricerca
Marianna Villano Componenti il gruppo di ricerca
Cleofe Palocci Componenti il gruppo di ricerca
Chiara Di Meo Componenti il gruppo di ricerca
Andrea D'Annibale Componenti il gruppo di ricerca
Andrea Ciccioli Componenti il gruppo di ricerca
Giovanni De Bellis Componenti il gruppo di ricerca
Abstract

Bioprinting is a tool increasingly used in tissue engineering laboratories. As an extension to classic tissue engineering, it enables high levels of control over the spatial deposition of cells, materials, and bioactive factors. Extrusion bioprinting is the most commonly used technique, where high viscoelastic solutions of materials and cells (bioink) are required to ensure flow through the nozzle and good shape fidelity of the printed tissue construct. However, the encapsulated cells are often restricted in spreading and proliferation by dense biomaterial networks originated from the gelation of bioinks. Bioprinting macroporous hydrogel fibres can handle such a problem by allowing for adequate cell motility and their organization into functional tissues. This project aims to develop aqueous two-phase emulsions where the dispersed phase droplets act as the pores templates, and the continuous phase is photocrosslinked, leading to predesigned cell-laden hydrogel constructs. Such a fully aqueous environment would ensure appropriate mass exchange and good cell survival.
Rotational rheometry is routinely used to assess ink printability and as a guide to ink formulation. However, the flow imposed by currently available instrumentation is not representative of the bioink flow pattern inside an extrusion system, making difficult the correlation between results and bioink printability. Furthermore, rotational rheometry does not allow predicting the effect of extensional and shear stresses at the syringe-nozzle junction and inside the nozzle, respectively, on cell viability. Recent advances in microfabrication and microfluidics have spurred the development of microfluidic viscometers. These instruments require low sample volumes, favouring systematic investigation and generate a flow field replicating that experienced by the bioink during extrusion. These features make microfluidic viscometry a tool particularly suited in the screening of bioink candidates.

ERC
PE5_7, PE5_14, PE5_10
Keywords:
BIOMATERIALI, CHIMICA DEI COLLOIDI E DELLE INTERFASI, CHIMICA DEI POLIMERI, MATERIALI POROSI, CHIMICA DEI MATERIALI

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