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墨尔本大学动态界面(DIP)3D成型技术为体积生物打印带来新进展

时间:2024-11-03 09:19 来源:南极熊 作者:admin 阅读:
      导读:在生物医学工程领域,体积生物打印技术正在快速发展,特别是在再生医学和组织工程方面。虽然传统的3D生物打印技术有效,但在分辨率、速度和材料兼容性上存在限制,且通常需要复杂的支撑结构和特定的化学环境。

 
△DIP创新方法利用空心打印头和气液弯月面,通过调节气压和声波实现高速、无层的3D打印

      2024年11月2日,墨尔本大学的研究团队推出了一种创新动态界面3D打印技术(DIP)。该技术利用受限的气液界面和调制光,实现了快速、无支撑和高分辨率的生物打印,为生产复杂的细胞载体3D结构开辟了新途径。

△该研究已发表在《自然》杂志上,题目为“动态界面打印”(传送门)

动态界面3D打印技术的优点        

DIP解决了传统生物打印的多项局限。立体光刻虽然分辨率高,但逐层构建速度慢且需频繁调整位置。计算轴向光刻(CAL)提供更快的体积打印,但对聚合物类型和固化剂量敏感。其它光基打印方法(如xolography)依赖复杂光学设置,限制材料兼容性。

克服了这些障碍,通过无需复杂光学设备的系统,实现高分辨率且不受材料限制的打印。集成声学调制技术优化预聚物流动,创造稳定环境,无需额外支撑。这种系统设置简单且运行快速,适合多种应用,包括原型设计和复杂生物打印。

兼容多种材料,如柔软的水凝胶、合成聚合物及载细胞预聚物。常用生物打印材料,如聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)和明胶甲基丙烯酰(GelMA),可无缝应用于DIP。由于快速打印和低剪切力,DIP能保持细胞活力在93%左右,尤其适合组织工程和再生医学中的细胞载体打印。


△动态界面3D打印技术原理示意

技术原理与效率

DIP的核心优势在于声学调制系统,通过声波控制弯月面位置,精确调整材料流动,提高打印质量并优化界面材料分布。这种技术在使用载细胞水凝胶和生物复合材料时尤为重要,能够确保材料浓度均匀,减轻沉淀问题,从而维护结构的完整性。

与传统立体光刻技术相比,无层打印方法显著提升了打印速度,能够在几秒至几分钟内完成整个3D结构的打印。这不仅提高了产量,还减少了生物材料暴露于光线下的时间,降低了对细胞健康的潜在损害。凸面切片技术使得DIP能够动态适应不同材料和结构,同时消除对支撑结构的需求,确保高保真度。


△分析不同材料在打印过程中的表现

应用与案例

在组织工程和生物制造方面展现出灵活性与高效性,能够快速生产复杂的生物打印结构,如人造器官和血管网络。支持高通量制造,使得并行打印多种结构成为可能,适用于多种生物医学应用。


△最近的一项实验产生了一种复杂的肾脏状水凝胶结构,载有人类胚胎肾细胞

      在实际应用中,研究人员成功生成了一种复杂的肾脏状水凝胶结构,载有人类胚胎肾细胞,显示出DIP作为快速生物制造工具的潜力。该技术利用生物安全、细胞相容的材料,确保细胞活力并降低细胞毒性,为生成功能性组织模型提供了重要支持。随着技术进步,这种有望在几分钟内制造出独特的定制组织模型,提高生物工程中的生产效率。

研究人员表示,尽管这种技术具有巨大潜力,但也面临一些挑战。打印结构高度受限于打印头尺寸和预聚物容器体积。然而,流体动力学的进展有望实现材料的连续补充,从而延长打印高度。

(责任编辑:admin)

weixin
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