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打印前驅體材料然后進行碳化實現的。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打印機以及適當的碳化前驅體材料。

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打印支架的前驅體結構。然而，這些系統被大幅面打印的分辨率和前驅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制備。

重慶摩方精密科技有限公司（BMF）的microArch S130打印系統，其光學精度為2μm，能夠以超高的分辨率打印出具有復雜內部結構、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打印碳化前驅體且無任何縫隙殘留。此外，摩方精密的3D打印機能實現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�！薄�—Monsur Islam，卡爾斯魯厄理工學院