aalto1 untyped-item.component.html
Vat photopolymerization 3D printed hydrogels
Loading...
Files
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
CHEM3048
Degree programme
Language
en
Pages
35
Series
Abstract
This bachelor’s thesis examines the 3D printing of hydrogels using vat photopolymerization. Hydrogels are crosslinked polymer networks capable of absorbing large amounts of water. The liquid resin used in hydrogel vat photopolymerization contains photoactive compounds that, upon exposure to light, form covalent crosslinks between polymer chains. The resulting hydrogel’s properties make it an excellent material for biomedical applications. This thesis is a literature review of the vat photopolymerization methods used in the 3D printing of hydrogels and the biomedical applications produced using these methods.
According to the review, the most widely used photopolymerization methods in hydrogel 3D printing are stereolithography (SLA), digital light processing (DLP), continuous liquid interface production (CLIP), and two-photon polymerization (2PP). These methods mainly differ in how the light source is projected, which affects their speed and resolution. Choosing a suitable method depends on the specific requirements of the intended application.
The application review focuses on three specific examples: bone tissue regeneration, microneedles, and organ-on-a-chip technology. In bone tissue regeneration, printed hydrogel structures provide an optimal growth environment for regenerating bone by enabling cell adhesion and differentiation. Microneedles represent a minimally invasive solution for monitoring parameters such as glucose and pH levels in interstitial fluid. Organ-on-a-chip applications model human body functions using cell cultures and microfluidic channels. These chips can be used to simulate diseases or for drug testing.
This bachelor’s thesis demonstrates that 3D printing of hydrogels via photopolymerization is a rapidly advancing technique with wide-reaching potential across various biomedical fields. However, applications in areas such as tissue engineering are still in early stages, for example in laboratory studies and animal testing. In the future, advances in both methods and materials may enable clinical trials and support the development of more diverse applications.
Tässä kandidaatintutkielmassa tarkastellaan hydrogeelien 3D-tulostusta valopolymeroinnin avulla. Hydrogeelit ovat runsaasti vettä absorboivia, ristisilloitettuja polymeerirakenteita. Niiden valopolymeroinnissa käytetty nestemäinen hartsi sisältää valoaktiivisia aineita, jotka valolle altistuessaan muodostavat kovalenttisia ristisiltoja polymeeriketjujen välille. Muodostuvan hydrogeelin ominaisuudet tekevät siitä erinomaisen materiaalin biolääketieteellisiin sovelluksiin. Tämä kandidaatintyö on kirjallisuuskatsaus hydrogeelien 3D-tulostamisessa käytetyistä valopolymerointimenetelmistä sekä näillä menetelmillä valmistettujen hydrogeelien biolääketieteellisistä sovelluksista.
Katsauksen perusteella laajimmin käytetyt valopolymerointimenetelmät hydrogeelien 3D-tulostuksessa ovat stereolitografia (SLA), digitaalinen valoprosessointi (DLP), jatkuva nesteen rajapintatuotanto (CLIP) ja kahden fotonin polymerointi (2PP). Menetelmät eroavat lähinnä valolähteen heijastuksen perusteella, mikä vaikuttaa niiden nopeuteen ja tarkkuuteen. Sopivan menetelmän valinta riippuu valmistettavan sovelluksen vaatimuksista.
Sovelluskatsauksessa tarkastellaan tarkemmin kolmea esimerkkiä: luukudoksen uudistamista, mikroneuloja sekä elin mikrosirulla -teknologiaa. Luukudoksen uudistamisessa tulostetut hydrogeelirakenteet tarjoavat optimaalisen kasvualustan uusiutuvalle luulle mahdollistamalla solujen kiinnittymisen sekä niiden erilaistumisen. Mikroneulat ovat puolestaan uudenlainen vähäinvasiivinen ratkaisu esimerkiksi kudosnesteen glukoosi ja pH-tasojen monitorointiin. Elin mikrosirulla -sovelluksissa mallinnetaan ihmiskehon toimintaa soluviljelyn sekä nestevirtauksia hyödyntävien mikrokanavien avulla. Näitä mikrosiruja voidaan käyttää apuna esimerkiksi sairauksien mallintamisessa tai lääkeainetestauksessa.
Tämä kandidaatintutkielma osoittaa, että hydrogeelien 3D-tulostaminen valopolymeroinnin avulla on nopeasti kehittyvä menetelmä, jonka mahdollisuudet ulottuvat laajasti eri biolääketieteen aloille. Kuitenkin esimerkiksi kudosteknologian alalla sovellukset ovat vielä varhaisessa vaiheessa, ja niiden käyttö rajoittuu pääasiassa laboratoriotutkimuksiin ja eläinkokeisiin. Tulevaisuudessa menetelmien ja materiaalien kehitys voi mahdollistaa siirtymisen kliinisiin tutkimuksiin sekä edistää entistä monipuolisempien sovellusten valmistamista.