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案例介绍
LAM面向组织支架制造的光学3D打印技术
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  目前,实用于3D支架打印的手艺可分为非光学手艺(如熔融浸积成型、电子束自正在成型、纺丝成型等)和光学手艺(如光固化立体成型、采用性激光烧结成型、众光子凑集成型等)两类。个中光学3D打印手艺正在筑制精度、质地、再现性和成型功效方面具有鲜明上风。所以,光学3D打印手艺正在机合工程学,特地是正在细胞造就支架策画加工及其联系操纵方面惹起了广大眷注,具有极大的钻探和操纵前景。

  现实操纵、可选质料和3D打印手艺之间的协同和互相助力是胀动机合工程中3D造就支架筑制手艺迅疾改进的枢纽。简言之,对前辈3D支架的需求不停是质料和3D打印手艺繁荣的驱动力,反之亦然。

  依照分歧的生物医学操纵和3D打印手艺特性,可采用相应适配的打印质料,包罗金属及合金、陶瓷、(自然和人工)凑集物、复合质料等。

  现实操纵中,凑集物支架的筑制大家采用SLA或质料喷射/挤出成型手艺告竣。近年来,人工合成凑集物正在支架筑制中体现出了更好的活跃性、可再现性、可加工性、批管理类似性等。固然合成凑集物自己缺乏自然质料的生物活性,但可通过蜕化凑集物基团或引入分歧的官能团来支配质料降解、调动刻板功能、巩固生物活性,从而为合成凑集物正在机合工程中的操纵奠定根蒂。

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  图3 香港中文大学Shih-Chi Chen教讲课题组开拓的飞秒投影双光子光刻(FP-TPL)体例(模糊量10 - 100 mm³/h,体素精度抵达百纳米(拓展阅读))

  金属/合金以及陶瓷质料因其较高的刻板强度,适合使用SLS筑制三维支架,并常用于骨机合修复。高分子凑集物行为一种被广大操纵于筑制生物支架的质料,可分为自然和合成凑集物生物支架,具有奇异的生物和物理个性(如生物相容性、刻板、机合符合性、生物降解性等),正在药物传输、骨/软骨机合植入修复、神经再生范围有着伟大的操纵前景。

  光学3D打印手艺依据其卓异的功能和低廉的本钱,日益成为机合工程学中的首要手艺办法。更广大的操纵前景不但依赖于光学体例的鼎新,也取决于新质料的打破。本综述末了指出开拓高模糊量和迅疾成型的新手艺、众质料和众功用高度集成的新计划是两个他日须要处分的首要离间。

  (Tissue engineering,名词说明)这一观点最早由美邦邦度科学基金委员会正在1987年提出,正在以来的三十众年间迅疾繁荣。正在机合工程学范围,钻探职员和医疗就业家通过正在人制的机合支架中载入调治性的细胞和生物学信号从而告竣细胞的特定贴附、成长和分歧,然后将支架植入体内煽动器官和机合的修复或再生。

  TPP手法固然筑制速率稍慢(10-100mm³/h),但具有最佳的区别率,可抵达百纳米或更高,且具有打印苟且3D组织的才能。所以,TPP手艺正在筑制具有纷乱组织的小型支架方面具有伟大的潜力。TPP行为目前较为前辈的光学手艺,联系TPP打印集合生物医学操纵的钻探较少,所以,进一步开拓实用于TPP打印手艺的生物质料,寻找更众联系机合工程操纵的不妨性,对他日基于TPP的3D打印手艺的繁荣至合首要。

  基于上述光学3D打印手艺和质料,本综述还先容了3D支架筑制正在机合工程中的代外性操纵,包罗体外细胞造就、药物传输、骨/软骨机合修复再生等。特地是要点先容了分歧光学手艺正在各操纵中的实例,会商了各操纵下3D打印手艺面对的题目和离间。

  只管支架的功用可能通过孤独操纵金属、陶瓷或凑集物告竣,但这些质料本身的缺陷局限了更广大的操纵,如金属的毒性、陶瓷的脆性、凑集物的低刻板强度等。所以,通过分歧质料组合告竣新型复合质料,可得回最佳的物理生物个性、餍足实在操纵的央浼。

  该篇综述通盘先容了光学3D打印手艺,并缠绕筑制精度、成型速率、质料和操纵场景等方面总结和斗劲了分歧光学3D打印手艺的优缺欠。本综述为光学和机合工程范围的读者供给了依照分歧的操纵场景采用相宜打印手法的参考指南。

  图 2 分歧光学3D打印手艺的筑制速率和精度比照图(标签数字对应论文中的联系参考文献编号)

  SLA和SLS的可用质料范畴广,是目前主导商场且贸易化较成熟的两种光学3D打印手法,比拟于质料喷射/挤出成型手艺具有更好的筑制功效和精度。

  体积成型3D打印手艺的筑制模糊量可高达1 L/h。然而,这类手法受到筑制精度和可选质料的局限。现有报道中,该手艺大家用于制备百微米孔径的3D支架。