基于微流控的多材料立体光固化生物打印技术

供稿人:李芝、贺健康
在人体组织中，肝脏、视网膜、静脉、动脉等器官都存在具有分层特征的多尺度结构，为了更好的模拟这种仿生结构，国内外学者提出了冷冻干燥、盐浸等不同的制造方法，但是这些方法不能实现不同区域的可控制造。因此，光刻和激光烧结被进一步提出用来可控制造高精度几何形状，但是激光烧结技术在制造速度和材料组成方面在制造中受到限制。

近日，来自加州大学洛杉矶分校、布莱根妇女医院、哈佛医学院、圣地亚哥德孔波斯特拉大学等多所研究机构的学者共同提出了一种新的可用于制造复杂人体组织的生物3D打印技术——基于微流控的多材料立体光固化生物打印技术。该技术通过数字微镜设备的动态图案、移动平台和包含四个开/关气动阀的微流体设备来同步创建3D结构（图1）。该新型微流控设备能够在不同含有细胞的水凝胶生物墨水之间快速切换，从而实现逐层多材料生物打印。并且与传统的基于立体光刻的生物打印机相比，该系统在高空间分辨率下具有多材料制造能力的独特优势。

图1（a）基于微流控的多材料生物3D设备的平面示意图，包括紫外线灯、光学透镜和物镜、DMD芯片和微流体设备 （b）整个光学平台的示意图 （c）用于创建单材料打印输出的开放腔室微流控设备的示意图

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在证明了该生物3D打印设备具有二维和三维结构方面的制造能力后，研究人员进一步设计和生物打印了一组复杂的生物组织的结构，如肿瘤血管生成、肌肉条和肌肉-骨骼连接（图2）来验证该系统制造人体组织复杂结构的能力及其生物相容性。在大鼠模型中，进一步评估了PEGDA框架和三种不同浓度的GelMA的模式，其中所述GelMA装有血管内皮生长因子，具有潜在的新血管形成潜力。该团队提出的基于微流控的多材料立体光固化生物打印技术可以加工生物打印高保真复合材料微观结构，为组织工程，再生医学和生物传感提供了更为强大的技术支持。

图2（a）肿瘤血管生成模型 （b）骨骼肌模型 （c）肌腱-骨的嵌入模型

供稿人:李芝、贺健康 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室