高精度生物3D打印水凝胶,解锁生命健康多场景应用

发布日期:2024-11-07

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增材制造(AM)技术作为一种颠覆性的生产方式,经过多年发展,在航空航天、汽车、医疗、教育、建筑等行业有着广阔的应用空间。随着工业4.0时代对生产转型要求,对各领域加紧新品研发、技术迭代和工艺升级,也对增材制造技术提出了新的需求。

当前,可用于增材制造的材料范围相对狭窄,其适用性和兼容性也尤为局限。因此,拓宽材料科学的研究领域,提升材料适应性,是加快增材制造技术发展的关键所在。

摩方精密始终致力于自主创新技术和材料的研发,现面向市场最新推出合作款新材料:生物3D打印材料-SL系列水凝胶。通过与微纳级高精密3D打印技术的结合,新材料将为医药工业、医疗与健康服务产业等领域带来极具潜力的应用场景。

光固化生物3D打印技术(如:数字光处理,DLP)可精确控制细胞和生物材料在空间中的分布,以此构建复杂几何结构,被广泛应用于组织工程、药物筛选、外科植入物等生物医学研究领域。其中,常用打印材料——水凝胶通常是由水和交联聚合物构成的网络结构,在水中吸收大量的液体并保持其形状和结构,具有优异的保水性能和柔软弹性。

然而,在DLP打印过程中,光在固液两相界面会产生物理散射,细胞的混入会加剧此种散射效应,导致水凝胶在非目标区域固化,降低了打印精度,使众多生物性能优异且具有小尺度特征(如血管网络和薄壁结构等)的复杂结构难以成型,限制了DLP打印技术在生物医学领域的应用。

SL系列(甲基丙烯酰化明胶GelMA等)水凝胶材料,主要应用于生物3D打印。该材料具有生物相容性、生物可降解性、力学调控性能、组织相似性、细胞亲和性和多功能性等特点。SL系列水凝胶通过独创的光散射抑制技术,大幅提高了DLP的打印精度,结合微纳级超高精密3D打印技术,SL系列水凝胶呈现了优秀的成型效果,且适配摩方精密高精度微纳3D打印系统,为组织工程、器官再生、药物筛选等领域提供了新的研究方向,是一种极具潜力的生物材料。

01 应用优势

组织工程:可用于打印生物医学产品、人工组织等,可以为再生医学领域提供精准的解决方案。

药物递送系统:可用于制备药物释放载体,实现可控释放药物的功能。

细胞培养支架:可用作细胞培养的支架,提供细胞生长的支持和环境。

 

02相较其他生物墨水材料优势

更接近生物组织:水凝胶材料的物理和化学性质更接近生物体的自体组织,有利于细胞的附着、增殖和分化。

生物相容性更好:水凝胶材料通常具有更好的生物相容性,更适合用于生物医学应用。

可调控性更强:水凝胶材料的性能可以通过调控分子量、取代度、含水量等参数来实现定制化的设计,满足不同应用的需求。

 

03 应用领域及典型样件案例 

人工血管网络:利用水凝胶打印的人工血管,可用于生物科学研究和医学应用。(多尺度多分支血管网络(通过注射有色染料溶液进行灌流),拥有可灌流液体的通道(200~500 μm)和薄血管壁(~100 μm)

 

 

脊髓支架:利用水凝胶和丝素蛋白混合打印的脊髓支架,有助于脊髓的损伤修复(根据Micro-CT扫描数据逆向设计的脊髓支架,拥有不规则的微通道和模仿脊髓内部结构的薄壁血管网络)。

 

三周期极小曲面结构(TPMS)支架具有独特的拓扑结构特征(曲面、薄壁、高孔隙率和互联互通),有助于氧气和营养物资的扩散和渗透,可应用于构建肝脏和心脏器官等软组织。

增材制造是一项快速发展的技术,具有从根本上彻底改变各个工业领域的巨大潜力。它具有多种优势,包括构建复杂结构的非凡能力、显着减少材料浪费以及提高小批量生产的成本效益。尽管如此,为了充分发挥增材制造的潜力,材料研发等多种问题仍然需要解决。

长期以来,摩方精密秉承“将技术开放共享”的理念,致力于与政府、高校、科研机构等探索多元的合作形式,已在多地建立了“产学研”创新融合平台。后续,也将联合多家科研院所共同攻关新一代精密制造材料、工艺以及应用难题,打破学术与产业的壁垒,寻找到技术赋能产业的方向,协同更多教育科研机构、上下游企业构建深度融合的新产业、新生态。

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