助推再生医学, UCLA 研发多材料立体光固化生物3D打印机

加州大学洛杉矶分校(UCLA )研发了一种基于立体光固化技术的生物3D打印平台,该平台通过数字微镜器件的动态图案化,移动台和含有四个开/关气动阀的微流控装置同步创建3D结构,应用方向是组织工程、再生医学。

人体组织结构是非常复杂的,因此制造功能性的人工组织要求能够塑造出组织的复杂性。UCLA 研究的新技术正是通过多种材料3D打印,来构建复杂生物相容性组织结构。

多材料立体光固化

这台生物3D打印平台有两个关键部件:定制的微流控装置和数字微镜。

UCLA 3D bioprinter
定制的微流控装置中带有多个入口,打印机在每个入口中“打印”不同的生物材料。微流控装置可以在几种带有细胞的水凝胶生物墨水之间快速切换。

另一个关键部件数字微镜,是一个包含上百万个极小微镜的微镜阵列,每个微镜都可以独立移动。

在打印时,微镜将光线引导至打印区域表面,并且照亮区域中3D对象的轮廓。光线将触发材料中的分子键从而固化凝胶材料。在3D打印的过程中,反射微镜阵列通过改变光线图案来打印新的打印层。

这一生物3D打印平台的特点是在高空间分辨率下实现多材料制造。

UCLA 3D bioprinter 1
a. 紫外线曝光时间对调节生物打印分辨率的作用:在不同的紫外线曝光时间下打印斜线。b,c.通过打印树状结构进行2D分辨率评估。d.生物打印的简单三维结构。图片来源:Advanced Materials
为了证明该系统的多物质容量,研究团队测试了几种水凝胶墨水:聚(乙二醇)、二丙烯酸酯(PEGDA)和明胶甲基丙烯酰基(GelMA)。

在测试中,研究人员打印了一个金字塔结构,制造了人造肌肉组织和肌肉骨骼结缔组织的一部分,以及制造了用于癌症研究的带血管网络的肿瘤组织。研究人员将3D打印组织在大鼠模型中进行了测试,没有出现排异。

这一研究成果为组织工程,再生医学和生物传感应用需求提供了一个高速3D打印平台,用于打印高保真度多种材料微观结构。

虽然用于实验的原型设备只能打印四种材料,但是设备的研发者在学术论文中表示,设备可以进行扩展,从而打印更多种类的材料。

相关研究论文“Microfluidics‐Enabled Multimaterial Maskless Stereolithographic Bioprinting”发表在Advanced Materials。

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