瑞士團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)了緊湊的低功率激光3D打印技術(shù)

瑞士研究人員最近取得了顯著的新突破，可以為三維生物打印領(lǐng)域帶來光明的未來。他們開發(fā)了一種新的內(nèi)窺鏡SLA技術(shù)，該技術(shù)利用超細(xì)光纖來聚焦激光束，以創(chuàng)建非常小規(guī)模的結(jié)構(gòu)。這種創(chuàng)新的方法有朝一日可以用來將生物兼容的結(jié)構(gòu)直接打印到人體內(nèi)的組織中，具有修復(fù)損傷的潛力以及一系列其他關(guān)鍵應(yīng)用。

已經(jīng)存在一系列基于激光的3D微制造技術(shù)，但是大多數(shù)目前的方法依賴于復(fù)雜的激光設(shè)備，這些設(shè)備可能過于昂貴而且體積過大。這些方法利用稱為雙光子聚合的光學(xué)現(xiàn)象，而新方法利用了不同的現(xiàn)象，其中特定化學(xué)物質(zhì)的凝固僅在光強(qiáng)度的某一閾值以上發(fā)生。

據(jù)瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研究小組負(fù)責(zé)人Paul Delrot介紹：“我們集團(tuán)擁有通過光纖操作和成形光的專業(yè)技術(shù)，使我們認(rèn)為微結(jié)構(gòu)可以用緊湊的系統(tǒng)打印，另外，使系統(tǒng)更實(shí)惠，我們利用了非線性劑量響應(yīng)的光聚合物，這可以用簡單的連續(xù)波激光器工作，所以不需要昂貴的脈沖激光器。"

團(tuán)隊(duì)使用的相對便宜的連續(xù)激光束發(fā)射波長為488納米的光。這是在可見光范圍內(nèi)，對人體細(xì)胞比其他類型的激光更安全。他們通過一根微小的光纖將光束聚焦，使光敏液體的液滴的特定區(qū)域有針對性地固化。這與立體平版打印3D打印方法類似，但規(guī)模要小得多。所用的光聚合物是由一種有機(jī)聚合物前體與一種光引發(fā)劑結(jié)合而成的，它是由化學(xué)品制成的，這種化學(xué)品價(jià)格適中，易于購得。

在微制造過程之前對激光設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，使得聚焦光線而不必移動(dòng)光纖。在光聚合物中高度精確地形成了空心和堅(jiān)實(shí)的微結(jié)構(gòu)，具有1微米的橫向（一側(cè)到另一側(cè)）打印分辨率和21.5微米的軸向（深度）打印分辨率。這種方法的成功意味著它可以很快用于研究細(xì)胞如何與動(dòng)物模型中的各種微結(jié)構(gòu)相互作用，最終為人體內(nèi)窺鏡3D打印鋪平了道路。

“隨著進(jìn)一步發(fā)展，我們的技術(shù)可以使內(nèi)鏡微細(xì)加工工具在手術(shù)過程中具有價(jià)值...這些工具可以用來打印微米或納米尺度的三維結(jié)構(gòu)，促進(jìn)細(xì)胞的粘附和生長，以創(chuàng)建恢復(fù)受損的工程組織?！盌elrot說，“與雙光子光聚合最先進(jìn)的系統(tǒng)相比，我們的設(shè)備具有較粗糙的打印分辨率，但是，研究細(xì)胞相互作用是潛在的足夠的...因?yàn)槲覀兊姆椒ú荒苄枰獜?fù)雜的光學(xué)元件，它可以適用于目前的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。“

研究結(jié)果發(fā)表在“Optics Express”期刊上，題為“通過多模光纖的單光子三維微細(xì)加工”。這個(gè)團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)階段是在他們開拓性技術(shù)的外科實(shí)施的過程中，開發(fā)一種新的生物兼容的光聚合物化學(xué)品。他們還需要為這種材料創(chuàng)建一個(gè)緊湊的交付系統(tǒng)。另一個(gè)要求是更快的掃描速度，但是這個(gè)限制可以通過使用商用內(nèi)窺鏡而不是超薄光纖來克服，因?yàn)閮x器的尺寸不一定與所有應(yīng)用相關(guān)。該團(tuán)隊(duì)還需要開發(fā)一種技術(shù)來完成和后處理體內(nèi)印刷的微觀結(jié)構(gòu)，使其適合生物醫(yī)學(xué)功能。

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