高精度生物3D打印水凝胶，解锁生命健康多场景应用

来源：摩方精密

增材制造(AM)技术作为一种颠覆性的生产方式，经过多年发展，在航空航天、汽车、医疗、教育、建筑等行业有着广阔的应用空间。随着工业4.0时代对生产转型要求，对各领域加紧新品研发、技术迭代和工艺升级，也对增材制造技术提出了新的需求。

当前，可用于增材制造的材料范围相对狭窄，其适用性和兼容性也尤为局限。因此，拓宽材料科学的研究领域，提升材料适应性，是加快增材制造技术发展的关键所在。

摩方精密始终致力于自主创新技术和材料的研发，现面向市场最新推出合作款新材料：生物3D打印材料-SL系列水凝胶。通过与微纳级高精密3D打印技术的结合，新材料将为医药工业、医疗与健康服务产业等领域带来极具潜力的应用场景。

光固化生物3D打印技术（如：数字光处理，DLP）可精确控制细胞和生物材料在空间中的分布，以此构建复杂几何结构，被广泛应用于组织工程、药物筛选、外科植入物等生物医学研究领域。其中，常用打印材料——水凝胶通常是由水和交联聚合物构成的网络结构，在水中吸收大量的液体并保持其形状和结构，具有优异的保水性能和柔软弹性。

然而，在DLP打印过程中，光在固液两相界面会产生物理散射，细胞的混入会加剧此种散射效应，导致水凝胶在非目标区域固化，降低了打印精度，使众多生物性能优异且具有小尺度特征（如血管网络和薄壁结构等）的复杂结构难以成型，限制了DLP打印技术在生物医学领域的应用。

SL系列（甲基丙烯酰化明胶GelMA等）水凝胶材料，主要应用于生物3D打印。该材料具有生物相容性、生物可降解性、力学调控性能、组织相似性、细胞亲和性和多功能性等特点。SL系列水凝胶通过独创的光散射抑制技术，大幅提高了DLP的打印精度，结合微纳级超高精密3D打印技术，SL系列水凝胶呈现了优秀的成型效果，且适配摩方精密高精度微纳3D打印系统，为组织工程、器官再生、药物筛选等领域提供了新的研究方向，是一种极具潜力的生物材料。

应用优势

组织工程：可用于打印生物医学产品、人工组织等，可以为再生医学领域提供精准的解决方案。

药物递送系统：可用于制备药物释放载体，实现可控释放药物的功能。

细胞培养支架：可用作细胞培养的支架，提供细胞生长的支持和环境。

相较其他生物墨水材料优势

更接近生物组织：水凝胶材料的物理和化学性质更接近生物体的自体组织，有利于细胞的附着、增殖和分化。

生物相容性更好：水凝胶材料通常具有更好的生物相容性，更适合用于生物医学应用。

可调控性更强：水凝胶材料的性能可以通过调控分子量、取代度、含水量等参数来实现定制化的设计，满足不同应用的需求。

应用领域及典型样件案例

人工血管网络：利用水凝胶打印的人工血管，可用于生物科学研究和医学应用。（多尺度多分支血管网络（通过注射有色染料溶液进行灌流），拥有可灌流液体的通道(200~500 μm)和薄血管壁(~100 μm)）

脊髓支架：利用水凝胶和丝素蛋白混合打印的脊髓支架，有助于脊髓的损伤修复（根据Micro-CT扫描数据逆向设计的脊髓支架，拥有不规则的微通道和模仿脊髓内部结构的薄壁血管网络）。

三周期极小曲面结构（TPMS）支架：具有独特的拓扑结构特征(曲面、薄壁、高孔隙率和互联互通)，有助于氧气和营养物资的扩散和渗透，可应用于构建肝脏和心脏器官等软组织。

增材制造是一项快速发展的技术，具有从根本上彻底改变各个工业领域的巨大潜力。它具有多种优势，包括构建复杂结构的非凡能力、显着减少材料浪费以及提高小批量生产的成本效益。尽管如此，为了充分发挥增材制造的潜力，材料研发等多种问题仍然需要解决。

长期以来，摩方精密秉承“将技术开放共享”的理念，致力于与政府、高校、科研机构等探索多元的合作形式，已在多地建立了“产学研”创新融合平台。后续，也将联合多家科研院所共同攻关新一代精密制造材料、工艺以及应用难题，打破学术与产业的壁垒，寻找到技术赋能产业的方向，协同更多教育科研机构、上下游企业构建深度融合的新产业、新生态。