高精度生物3D打印水凝膠，解鎖生命健康多場景應(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時代對生產(chǎn)轉(zhuǎn)型要求，對各領(lǐng)域加緊新品研發(fā)、技術(shù)迭代和工藝升級，也對增材制造技術(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產(chǎn)生物理散射，細(xì)胞的混入會加劇此種散射效應(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�；�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。SL系列水凝膠通過獨創(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

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)胞生長的支持和環(huán)境。

相較其他生物墨水材料優(yōu)勢

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：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)來實現(xiàn)定制化的設(shè)計，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)，有助于氧氣和營養(yǎng)物資的擴散和滲透，可應(yīng)用于構(gòu)建肝臟和心臟器官等軟組織。

增材制造是一項快速發(fā)展的技術(shù)，具有從根本上徹底改變各個工業(yè)領(lǐng)域的巨大潛力。它具有多種優(yōu)勢，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。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)。