微尺度3D打印定制化支架在組織工程的應用

Monsur Islam是德國卡爾斯魯厄理工學院的一名博士后，她計劃用3D打印制備碳結構用于定制化的組織工程支架。Islam的研究重點是3D打印玻璃化碳材料，這種材料通�？赏ㄟ^3D打印前驅(qū)體材料然后進行碳化實現(xiàn)的。為了成功制備所需要的支架，Islam需要一臺兼具高分辨率和大幅面制作能力的3D打印機以及適當?shù)奶蓟�前�?qū)體材料。

尋找合適的3D打印機

Islam博士嘗試用雙光子聚合打印技術和臺式立體光刻系統(tǒng)打印支架的前驅(qū)體結構。然而，這些系統(tǒng)被大幅面打印的分辨率和前驅(qū)體材料的可用性所限制，其效果都不太理想。組織工程應用需要復雜精密的細節(jié)，而這些細節(jié)只能通過高精密打印系統(tǒng)制備。

重慶摩方精密科技有限公司（BMF）的microArch S130打印系統(tǒng)，其光學精度為2μm，能夠以超高的分辨率打印出具有復雜內(nèi)部結構、高公差控制的精密零件。使用摩方精密的黃色耐高溫樹脂HTL和microArchS130，可3D打印碳化前驅(qū)體且無任何縫隙殘留。此外，摩方精密的3D打印機能實現(xiàn)高分辨率和大尺寸的結構足以支持3D細胞繁殖。



△放大150倍的3D打印碳微點陣結構


△放大500倍的3D打印碳微點陣結構

使用microArch S130 3D打印設備，Islam博士能夠用5μm打印層厚3D打印1.3 x 1.3 x 1.3 mm的立方體，在該立方體內(nèi)排布著間隔100μm的100x100μm的通道。上圖為一個碳化樣品，其點陣厚度設計值為100 μm，相鄰點陣之間的間隙為100 μm。打印的結構經(jīng)過碳化之后得到的支架就可被用于細胞培養(yǎng)和組織工程的實驗。

未來展望

目睹了碳化3D打印結構在組織工程中的應用，卡爾斯魯厄理工學院在此基礎上擴展更多用于這些支架的結構設計。

“碳是一種具有獨特性能的材料，可應用于從能源材料到組織工程支架的多種領域。然而，復雜三維碳結構的制造仍頗具挑戰(zhàn)。增材制造能制備各種聚合物材料的復雜三維結構。3D打印聚合物材料的碳化可以實現(xiàn)碳三維結構�；�于這個策略，我們使用摩方精密（BMF）的高精密3D打印系統(tǒng)制造三維碳結構。研究以設計為導向的碳結構制備方法，以獲得更好的結構和材料性能，從而拓展微結構材料的設計和可適用材料范圍。”——Monsur Islam，卡爾斯魯厄理工學院