Un gruppo della Universitat Internacional de Catalunya descrive un sistema open-source basato su Creality Ender 3 Pro capace di biostampare idrogel “morbidi” con ugello coassiale, validato con cellule staminali mesenchimali.
Oggi è stato presentato un progetto open-source che riduce drasticamente la soglia d’ingresso alla biostampa coassiale: una Ender 3 Pro modificata in grado di estrudere due bioink concentrici attraverso un ugello coassiale, con costo dei componenti inferiore a 600 euro. La soluzione è stata validata su idrogel caricati con cellule e documentata in dettaglio in letteratura scientifica.
La biostampa coassiale (“core-shell”) consente di depositare un nucleo soffice racchiuso in un guscio meccanicamente più stabile, utile per mantenere la forma del costrutto e proteggere le cellule durante l’estrusione. Sistemi commerciali con queste capacità esistono, ma hanno prezzi elevati e geometrie di ugelli poco flessibili. Le guide “DIY” hanno democratizzato la biostampa a siringa, ma mancava un percorso pratico e verificato per la co-estrusione accessibile in laboratorio didattico o in piccoli gruppi di ricerca.
Novità
Il team del Bioengineering Institute of Technology (Universitat Internacional de Catalunya) ha convertito una Creality Ender 3 Pro in una biostampante a doppia siringa con ugello coassiale. La scheda madre originale è stata sostituita con SKR 2.0 Rev B (32-bit, driver TMC2209) per controllare con precisione gli assi XYZ e due estrusori a siringa indipendenti; il firmware è Marlin. Per l’ugello coassiale, il corpo è stato realizzato con resina Liqcreate Clear Impact su una Phrozen Sonic Mighty 8K, integrando ago interno 27G per il core e inlet shell 14G per il guscio. L’intero percorso, dai file CAD alla messa a punto, è documentato e pensato per essere replicato.
Dettagli tecnici
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Architettura meccanica: aggiunta di seconda vite Z e BLTouch per il livellamento automatico; accoppiatori sull’asse Z per ridurre giochi; Z-accuracy misurata attorno a 9,9725 ± 0,045 mm su spostamenti nominali di 10 mm.
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Testa di estrusione: due pompe a siringa con motori passo-passo che spingono direttamente lo stantuffo; scelta consapevole rispetto ai sistemi pneumatici per migliorare l’abbinamento dei flussi in co-estrusione di materiali con viscosità diverse.
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Ugello coassiale: canale shell con profilo conico per facilitare idrogel shear-thinning; due configurazioni esaminate con diametro interno 200 μm e diametri esterni 640 μm e 840 μm.
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Bioink: core a base di gelatina-alginato a bassa rigidità; shell metilcellulosa termo-responsiva come elemento portante. Valutati rapporto core/shell, geometria dell’ugello e crosslinking in situ del core.
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Validazione biologica: stampa di strutture con cellule staminali mesenchimali (MSC) incapsulate nel core; fedele mantenimento di forma e buona vitalità cellulare dopo la stampa (senza forzare percentuali numeriche non riportate in modo univoco).
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Controllo e replicabilità: controllo remoto via OctoPi su Raspberry Pi; file CAD e istruzioni disponibili come materiali supplementari.
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Budget: la distinta base mantiene il costo al di sotto di 600 €, includendo elettronica, componenti meccanici aggiuntivi, sensori e materiali per la stampa dell’ugello.
Implicazioni e impatto
Per gruppi universitari e laboratori con risorse limitate, la possibilità di co-estrudere idrogel soffici con una piattaforma open-source colma un vuoto concreto: si possono generare fibre cave, gradienti di materiale e pattern “core-shell” per studiare migrazione cellulare, diffusione di fattori e rilascio controllato. Sul piano pratico, restano essenziali ambiente sterile e protocolli di sanificazione dei componenti a contatto con i bioink; l’ugello stampato in resina offre versatilità, ma richiede attenzione a compatibilità chimica e alla riduzione del rischio di intasamento con formulazioni eterogenee.
Prezzi e disponibilità
Il lavoro è ad accesso aperto e riporta file tecnici e metodologie. I componenti (BLTouch, SKR 2.0, siringhe 3 ml, minuteria) sono commerciali; l’ugello coassiale si realizza con resine fotopolimeriche per DLP/LCD, come Clear Impact, disponibili sul mercato.
Confronto/alternative
Approcci alternativi per stampare idrogel a bassa rigidità includono FRESH, microgel jammed bath e support bath: soluzioni efficaci, ma con setup più complessi o con difficoltà di rimozione del bagno di supporto. La co-estrusione proposta qui permette transizioni nette o graduali tra core e shell senza materiali di supporto, a costo di calibrazione accurata dei flussi e della geometria dell’ugello.
La piattaforma documentata mostra che una Ender 3 Pro opportunamente modificata può diventare un banco di prova robusto per biostampa coassiale a basso costo, utile per didattica avanzata e progetti esplorativi. Rimangono margini di lavoro sulla standardizzazione dei bioink, sulla sterilità del percorso fluido e sulla durabilità dell’ugello stampato, ma la base tecnica è solida e replicabile.
Proposte di titolo
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“Biostampa coassiale con Ender 3 Pro: guida pratica sotto i 600 euro”
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“Core-shell di idrogel a basso costo: co-estrusione open-source validata con MSC”
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“Dal banco hobbistico al laboratorio: una Ender 3 Pro diventa biostampante coassiale”
