基于數(shù)字光處理的生物組織梯度打印

供稿人：王帥偉 連芩 供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

小到神經(jīng)纖維、大到骨的軟骨結(jié)構(gòu)，生物組織中的梯度結(jié)構(gòu)廣泛存在。結(jié)合生物墨水，使用噴墨打印或墨水直寫可以成功構(gòu)建出生物組織的梯度結(jié)構(gòu)。但噴墨打印有著打印分辨率的限制，墨水直寫技術(shù)有著打印速度慢的不足，使用數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)可以很好地解決當前生物組織梯度存在的問題。哈佛醫(yī)學院的Mian Wang, Wanlu Li等人開發(fā)出使用DLP技術(shù)結(jié)合微流控混合技術(shù)的打印設備進行生物組織的梯度打印，解決了當前生物組織多梯度打印的難題。打印系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)示意圖如下圖 1所示。圖1a）是結(jié)合DLP打印系統(tǒng)和微流控混合芯片的梯度DLP 生物打印機原理圖。圖1b）是微流控混合薄板。從中可以看出，藍色和黃色生物墨水混合為綠色，通過一個混合微通道到達一個生物墨槽。圖1c)是帶有兩個入口和一個出口的微流控混合薄板的裝配示意圖。底部設計為包含斜肋和障礙的混合微通道。圖1d）是進行梯度生物打印的流程示意圖。

圖 1 a)結(jié)合DLP打印系統(tǒng)和微流控混合芯片的梯度DLP生物打印機原理圖。b)微流控混合芯片。c)帶有兩個入口和一個出口的微流控混合芯片的裝配示意圖。d)梯度DLP(生物)打印過程[1]。

該打印機采用DMD芯片，可顯示出分辨率為1920*1080的掩膜圖像，投影面積的尺寸達到了72.96*41.04mm2，打印平面的分辨率可達到38μm。在研究者的微通道設計部分，通過優(yōu)化對混合效果影響最大的肋高度與微通道高度之比和肋角度確定出最優(yōu)的肋角為35.6°，混合器采用5次混合回旋，促使生物墨水的螺旋流動，實現(xiàn)了生物墨水混合效果的最優(yōu)化。采用該生物組織梯度打印系統(tǒng)，打印出的樣件如下圖 2所示。

圖 2 可組合梯度DLP打印技術(shù)打印的2D和3D結(jié)構(gòu)

該團隊基于DLP技術(shù)首次建立出可進行梯度打印的生物打印系統(tǒng)，利用混合微通道進行生物墨水的混合、面曝光技術(shù)成形，最終實現(xiàn)了復雜二維和三維結(jié)構(gòu)的梯度打印。同時，該系統(tǒng)具有高的分辨率以及打印速度。總的來說，這個系統(tǒng)能夠打印出自然組織的梯度結(jié)構(gòu)，展示出該打印技術(shù)在進行復雜生物組織梯度打印方面的潛力。

參考文獻：
Wang M, Li W, Mille L S, et al. Digital Light Processing Based Bioprinting with Composable Gradients [J]. Advanced Materials, 2021: 2107038.