高精度生物3D打印水凝膠，解鎖生命健康多場(chǎng)景應(yīng)用

來源：摩方精密

增材制造(AM)技術(shù)作為一種顛覆性的生產(chǎn)方式,，經(jīng)過多年發(fā)展,，在航空航天,、汽車,、醫(yī)療,、教育、建筑等行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用空間,。隨著工業(yè)4.0時(shí)代對(duì)生產(chǎn)轉(zhuǎn)型要求,，對(duì)各領(lǐng)域加緊新品研發(fā)、技術(shù)迭代和工藝升級(jí),，也對(duì)增材制造技術(shù)提出了新的需求,。

當(dāng)前，可用于增材制造的材料范圍相對(duì)狹窄,，其適用性和兼容性也尤為局限。因此,，拓寬材料科學(xué)的研究領(lǐng)域,，提升材料適應(yīng)性，是加快增材制造技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在,。

摩方精密始終致力于自主創(chuàng)新技術(shù)和材料的研發(fā),，現(xiàn)面向市場(chǎng)最新推出合作款新材料：生物3D打印材料-SL系列水凝膠,。通過與微納級(jí)高精密3D打印技術(shù)的結(jié)合，新材料將為醫(yī)藥工業(yè),、醫(yī)療與健康服務(wù)產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域帶來極具潛力的應(yīng)用場(chǎng)景,。

光固化生物3D打印技術(shù)（如：數(shù)字光處理，DLP）可精確控制細(xì)胞和生物材料在空間中的分布,，以此構(gòu)建復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu),，被廣泛應(yīng)用于組織工程、藥物篩選,、外科植入物等生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域,。其中，常用打印材料——水凝膠通常是由水和交聯(lián)聚合物構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，在水中吸收大量的液體并保持其形狀和結(jié)構(gòu),，具有優(yōu)異的保水性能和柔軟彈性。

然而,，在DLP打印過程中,，光在固液兩相界面會(huì)產(chǎn)生物理散射，細(xì)胞的混入會(huì)加劇此種散射效應(yīng),，導(dǎo)致水凝膠在非目標(biāo)區(qū)域固化,，降低了打印精度，使眾多生物性能優(yōu)異且具有小尺度特征（如血管網(wǎng)絡(luò)和薄壁結(jié)構(gòu)等）的復(fù)雜結(jié)構(gòu)難以成型,，限制了DLP打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,。

SL系列（甲基丙烯酰化明膠GelMA等）水凝膠材料,，主要應(yīng)用于生物3D打印,。該材料具有生物相容性、生物可降解性,、力學(xué)調(diào)控性能,、組織相似性、細(xì)胞親和性和多功能性等特點(diǎn),。SL系列水凝膠通過獨(dú)創(chuàng)的光散射抑制技術(shù),，大幅提高了DLP的打印精度，結(jié)合微納級(jí)超高精密3D打印技術(shù),，SL系列水凝膠呈現(xiàn)了優(yōu)秀的成型效果,，且適配摩方精密高精度微納3D打印系統(tǒng)，為組織工程,、器官再生,、藥物篩選等領(lǐng)域提供了新的研究方向，是一種極具潛力的生物材料,。

應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

組織工程：可用于打印生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品,、人工組織等,，可以為再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供精準(zhǔn)的解決方案。

藥物遞送系統(tǒng)：可用于制備藥物釋放載體,，實(shí)現(xiàn)可控釋放藥物的功能,。

細(xì)胞培養(yǎng)支架：可用作細(xì)胞培養(yǎng)的支架，提供細(xì)胞生長(zhǎng)的支持和環(huán)境,。

相較其他生物墨水材料優(yōu)勢(shì)

更接近生物組織：水凝膠材料的物理和化學(xué)性質(zhì)更接近生物體的自體組織,，有利于細(xì)胞的附著、增殖和分化,。

生物相容性更好：水凝膠材料通常具有更好的生物相容性,，更適合用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

可調(diào)控性更強(qiáng)：水凝膠材料的性能可以通過調(diào)控分子量,、取代度,、含水量等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)定制化的設(shè)計(jì)，滿足不同應(yīng)用的需求,。

應(yīng)用領(lǐng)域及典型樣件案例

人工血管網(wǎng)絡(luò)：利用水凝膠打印的人工血管,，可用于生物科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)應(yīng)用。（多尺度多分支血管網(wǎng)絡(luò)（通過注射有色染料溶液進(jìn)行灌流）,，擁有可灌流液體的通道(200~500 μm)和薄血管壁(~100 μm)）

脊髓支架：利用水凝膠和絲素蛋白混合打印的脊髓支架,，有助于脊髓的損傷修復(fù)（根據(jù)Micro-CT掃描數(shù)據(jù)逆向設(shè)計(jì)的脊髓支架，擁有不規(guī)則的微通道和模仿脊髓內(nèi)部結(jié)構(gòu)的薄壁血管網(wǎng)絡(luò)）,。

三周期極小曲面結(jié)構(gòu)（TPMS）支架：具有獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征(曲面,、薄壁、高孔隙率和互聯(lián)互通),，有助于氧氣和營(yíng)養(yǎng)物資的擴(kuò)散和滲透,，可應(yīng)用于構(gòu)建肝臟和心臟器官等軟組織。

增材制造是一項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù),，具有從根本上徹底改變各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的巨大潛力,。它具有多種優(yōu)勢(shì)，包括構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的非凡能力,、顯著減少材料浪費(fèi)以及提高小批量生產(chǎn)的成本效益,。盡管如此，為了充分發(fā)揮增材制造的潛力,，材料研發(fā)等多種問題仍然需要解決,。

長(zhǎng)期以來，摩方精密秉承“將技術(shù)開放共享”的理念,，致力于與政府,、高校、科研機(jī)構(gòu)等探索多元的合作形式,，已在多地建立了“產(chǎn)學(xué)研”創(chuàng)新融合平臺(tái),。后續(xù)，也將聯(lián)合多家科研院所共同攻關(guān)新一代精密制造材料,、工藝以及應(yīng)用難題,，打破學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)的壁壘，尋找到技術(shù)賦能產(chǎn)業(yè)的方向,，協(xié)同更多教育科研機(jī)構(gòu),、上下游企業(yè)構(gòu)建深度融合的新產(chǎn)業(yè)、新生態(tài),。