新型生物3D打印技術可以生產人造血管和器官組織
發表時間：2018年10月24日瀏覽量：
CU Boulder工程師開發了一種3D打印技術，可以重現血管的復雜幾何形狀，并且有朝一日可用于生產人造動脈和器官組織。CU Boulder的3D打印方法允許對對象的堅固性進行局部控制。它具有細粒度，可編程的剛性控制，使研究人員能夠模擬高度結構化但仍必須保持柔韌的復雜血管幾何形狀。
硬化的血管與心血管疾病有關，但是歷史證明，為活動脈和組織置換設計解決方案具有挑戰性。為了克服這些障礙，CU Boulder的研究人員發現了一種獨特的方式來利用氧氣在設置3D打印結構的最終形式中的作用。
通過嚴格控制氧氣遷移及其隨后的光照，研究人員可以自由地控制物體的哪些區域固化為更硬或更柔軟 - 同時保持整體幾何形狀相同。
通過氧氣抑制輔助立體光刻法對基質剛度和幾何形狀進行正交編程。數字投影立體光刻3D打印系統的示意圖設置，其中水凝膠前體溶液通過UV暴露逐層固化。插圖是3D打印的復雜對象的SEM圖像。比例尺為500μm。 b氧抑制輔助打印的示意圖，其中固化區物理地限制在固化區域和氧氣抑制層之間。 c不同紫外線照射劑量下雙鍵轉化率的深度分布。氧氣抑制層的厚度與曝光劑量的關系很弱，固化厚度也是如此。當劑量高于閾值時，雙鍵轉化率隨劑量迅速增加。 d打印水牛徽標的明場光學圖像，具有獨立圖案的剛度和幾何形狀（二元剛度但平坦的表面）。高光學對比度表明交聯密度的強烈差異，因此表明剛度。比例尺為200μm。 e沿b中虛線的光學對比度（黑線）和幾何（藍線）變化的量化顯示對比度（剛度）的明顯差異，但特征高度變化很小（<1％）
“這是一個深遠的發展，朝著我們創造像健康細胞起作用的結構的目標邁出了令人鼓舞的第一步，”丁永輝說。
作為示范，研究人員3D打印出三個版本的簡單結構：頂梁由兩根桿支撐。結構在形狀，尺寸和材料上是相同的，但是已經打印了桿剛度的三種變化：柔軟/柔軟，硬/軟和硬/硬。較硬的桿支撐頂梁，而較軟的桿允許其完全或部分塌陷。
研究人員用一個中國小戰士的身材重復了這一壯舉，將它打印出來，使外層保持堅硬而內部保持柔軟，可以說，讓戰士擁有堅韌的外表和溫柔的內心。
桌面尺寸的3D打印機目前能夠處理尺寸小至10微米的生物材料，或約為人類頭發寬度的十分之一。研究人員樂觀地認為，未來的研究將有助于進一步提高這種能力。“挑戰在于為化學反應創造一個更精細的尺度，”尹曉波說。“但我們看到了這項技術的巨大機遇，以及人造組織制造的潛力。”
來源：3D打印智造
硬化的血管與心血管疾病有關，但是歷史證明，為活動脈和組織置換設計解決方案具有挑戰性。為了克服這些障礙，CU Boulder的研究人員發現了一種獨特的方式來利用氧氣在設置3D打印結構的最終形式中的作用。
通過嚴格控制氧氣遷移及其隨后的光照，研究人員可以自由地控制物體的哪些區域固化為更硬或更柔軟 - 同時保持整體幾何形狀相同。
通過氧氣抑制輔助立體光刻法對基質剛度和幾何形狀進行正交編程。數字投影立體光刻3D打印系統的示意圖設置，其中水凝膠前體溶液通過UV暴露逐層固化。插圖是3D打印的復雜對象的SEM圖像。比例尺為500μm。 b氧抑制輔助打印的示意圖，其中固化區物理地限制在固化區域和氧氣抑制層之間。 c不同紫外線照射劑量下雙鍵轉化率的深度分布。氧氣抑制層的厚度與曝光劑量的關系很弱，固化厚度也是如此。當劑量高于閾值時，雙鍵轉化率隨劑量迅速增加。 d打印水牛徽標的明場光學圖像，具有獨立圖案的剛度和幾何形狀（二元剛度但平坦的表面）。高光學對比度表明交聯密度的強烈差異，因此表明剛度。比例尺為200μm。 e沿b中虛線的光學對比度（黑線）和幾何（藍線）變化的量化顯示對比度（剛度）的明顯差異，但特征高度變化很小（<1％）
“這是一個深遠的發展，朝著我們創造像健康細胞起作用的結構的目標邁出了令人鼓舞的第一步，”丁永輝說。
作為示范，研究人員3D打印出三個版本的簡單結構：頂梁由兩根桿支撐。結構在形狀，尺寸和材料上是相同的，但是已經打印了桿剛度的三種變化：柔軟/柔軟，硬/軟和硬/硬。較硬的桿支撐頂梁，而較軟的桿允許其完全或部分塌陷。
研究人員用一個中國小戰士的身材重復了這一壯舉，將它打印出來，使外層保持堅硬而內部保持柔軟，可以說，讓戰士擁有堅韌的外表和溫柔的內心。
桌面尺寸的3D打印機目前能夠處理尺寸小至10微米的生物材料，或約為人類頭發寬度的十分之一。研究人員樂觀地認為，未來的研究將有助于進一步提高這種能力。“挑戰在于為化學反應創造一個更精細的尺度，”尹曉波說。“但我們看到了這項技術的巨大機遇，以及人造組織制造的潛力。”
來源：3D打印智造
