“从无到有”,3D打印在各领域大放异彩

文章作者:管理一号 | 2019-01-31
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说到3D打印(3D-Printing),咱们必定不会生疏,这是近年来十分炽热的制作办法。

“从无到有”,3D打印在各范畴大放异彩

3D打印是一种“从无到有”的制作办法,依靠电脑构建的3D模型即可打印出抱负中的产品形状。这许多的长处让3D打印在各个范畴都得到了快速的运用,大到火箭和轿车的零部件、房子,小到模型玩具。

全球首辆3D打印超级跑车(图片来自网络)

而在医疗范畴,3D打印也有着广泛的运用。比方,教育运用的人体器官模型,协助学生直观地进行学习;还有手术前施术区域的3D打印模型,可以协助医师提早了解手术区域的细节,进步手术的成功率。

此外,3D打印在制备人体安排的代替物,即安排工程支架方面,也具有十分好的远景。每个人都是绝无仅有的个别,3D打印刚好能满意现在精准医疗的需求,打印个性化的代替物,然后加快安排器官的修正。

可是,这些打印的支架都是“死”的,所以科学家在考虑怎么直接打印“活”的安排和器官,并为此提出了新的概念“生物打印(Bioprinting)”。

怎么打印“活”安排?

这可是一个不小的难题。

传统的3D打印尽管也可以制备结构可控的安排工程支架,可是体外培育条件下,细胞并不是那么“吃苦耐劳的工人”,细胞好像咱们个别相同,在外界条件很好的情况下,并不会情愿朝最困难的当地走去,即细胞难以长入支架内部。

另一方面,在打印后的支架外表栽培细胞难以确保细胞在支架上散布均匀。生物打印技能就是运用了3D打印的原理,将安排工程的三要素(生物资料,种子细胞和成长因子)在空间上进行有序的摆放,然后打印出3D“活”安排。

生物墨水是生物打印的原资料,它包含了安排工程的三要素并均匀混合形成了粘性水溶液。

资料决议产品制备方法和功用 

生物打印的安排或器官就好像一座高楼大厦,生物资料就是其间的一砖一瓦,种子细胞就是大厦内的作业人员,成长因子则可以当作外界给与细胞的作业指令,然后调控细胞的行为。

所以,生物墨水是生物打印的核心技能之一,直接决议了这座“大厦”能不能成功建立,“作业人员”能不能好好作业,以及与外界能不能进行信息沟通。

生物墨水,生物打印的“要害”

为了满意活体安排或器官的构建,生物墨水有必要具有可打印性、易成型性、生物相容性和生物功用化这几个特性。

可打印性:生物墨水可以接连挤出或喷出直至完好的3D支架打印完结。

易成型性:要求生物墨水可以快速交联成型,然后保持支架长时间的稳定性。

生物相容性和生物功用化:确保打印后的支架可以保持搭载的细胞或成长因子的活性,以及后续体外培育成特定安排的才能。

生物资料是构建生物墨水的根底,直接影响生物墨水的各种功用。现在最为常用的生物资料有海藻酸盐(ALG)、甲基丙烯酸化明胶(GelMA)等。但这资料都存在必定的局限性。

海藻酸盐/聚赖氨酸生物墨水打印示意图

近期,中科院深圳先进院等规划了一种新式的生物墨水,可以在常态环境下构建大尺度自支撑的功用化3D支架。

该团队初次提出海藻酸盐/聚赖氨酸基新式聚电解质生物墨水,富含氨基的聚赖氨酸与海藻酸盐上的羧基具有电荷效果,可以在常态下完成大尺度自支撑结构支架的打印。

 3D打印大尺度骨模型

为了保持支架的长时间稳定性,他们进一步对支架氨基和羧基进行反响,完成支架的降解速率可控,一起还完成了支架外表电荷的可调控性。而根据可调控的支架外表电荷,这些支架不只促进了细胞的黏附,还可以完成多种活性因子的吸附和缓释,体外细胞实验证明了负载的细胞外基质或成长。

这种新式的生物墨水,在打印大尺度3D支架和功用化支架方面具有特别的优势,并且墨水稳定性很高,可以大批量出产各种功用化安排工程支架。

现在,该团队现已使用该生物墨水打印出了一些骨-软骨一体化修正支架和血管支架,预备展开实验,期望终究完成残缺安排完美修正。未来,这种生物墨水将会在构建多细胞和梯度功用安排工程支架方面有更广泛的运用。

上述相关研讨宣布在世界期刊《先进功用资料》(Advanced Functional Materials),文章榜首作者为林子锋研讨助理,通讯作者为阮长顺副研讨员、潘浩波研讨员和陈大福教授。该生物墨水也已申请专利维护。

阮长顺课题组长时间展开3D生物打印与生物医用资料相关研讨,近年来在3D生物打印范畴宣布一系列文章,包含完成骨诱导型功用生物墨水(Advanced Science,2018)、高强度水凝胶墨水构建骨/软骨一体化修正支架(Advanced Functional Materials,2018; ACS Biomaterials Science & Engineering,2017)等。

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