基于數(shù)字光處理的生物組織梯度打印

供稿人：王帥偉 連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

小到神經(jīng)纖維、大到骨的軟骨結(jié)構(gòu)，生物組織中的梯度結(jié)構(gòu)廣泛存在。結(jié)合生物墨水，使用噴墨打印或墨水直寫可以成功構(gòu)建出生物組織的梯度結(jié)構(gòu)。但噴墨打印有著打印分辨率的限制，墨水直寫技術(shù)有著打印速度慢的不足，使用數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)可以很好地解決當(dāng)前生物組織梯度存在的問題。哈佛醫(yī)學(xué)院的Mian Wang, Wanlu Li等人開發(fā)出使用DLP技術(shù)結(jié)合微流控混合技術(shù)的打印設(shè)備進(jìn)行生物組織的梯度打印，解決了當(dāng)前生物組織多梯度打印的難題。打印系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)示意圖如下圖 1所示。圖1a）是結(jié)合DLP打印系統(tǒng)和微流控混合芯片的梯度DLP 生物打印機(jī)原理圖。圖1b）是微流控混合薄板。從中可以看出，藍(lán)色和黃色生物墨水混合為綠色，通過一個(gè)混合微通道到達(dá)一個(gè)生物墨槽。圖1c)是帶有兩個(gè)入口和一個(gè)出口的微流控混合薄板的裝配示意圖。底部設(shè)計(jì)為包含斜肋和障礙的混合微通道。圖1d）是進(jìn)行梯度生物打印的流程示意圖。

圖 1 a)結(jié)合DLP打印系統(tǒng)和微流控混合芯片的梯度DLP生物打印機(jī)原理圖。b)微流控混合芯片。c)帶有兩個(gè)入口和一個(gè)出口的微流控混合芯片的裝配示意圖。d)梯度DLP(生物)打印過程[1]。

該打印機(jī)采用DMD芯片，可顯示出分辨率為1920*1080的掩膜圖像，投影面積的尺寸達(dá)到了72.96*41.04mm2，打印平面的分辨率可達(dá)到38μm。在研究者的微通道設(shè)計(jì)部分，通過優(yōu)化對(duì)混合效果影響最大的肋高度與微通道高度之比和肋角度確定出最優(yōu)的肋角為35.6°，混合器采用5次混合回旋，促使生物墨水的螺旋流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了生物墨水混合效果的最優(yōu)化。采用該生物組織梯度打印系統(tǒng)，打印出的樣件如下圖 2所示。

圖 2 可組合梯度DLP打印技術(shù)打印的2D和3D結(jié)構(gòu)

該團(tuán)隊(duì)基于DLP技術(shù)首次建立出可進(jìn)行梯度打印的生物打印系統(tǒng)，利用混合微通道進(jìn)行生物墨水的混合、面曝光技術(shù)成形，最終實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜二維和三維結(jié)構(gòu)的梯度打印。同時(shí)，該系統(tǒng)具有高的分辨率以及打印速度?？偟膩碚f，這個(gè)系統(tǒng)能夠打印出自然組織的梯度結(jié)構(gòu)，展示出該打印技術(shù)在進(jìn)行復(fù)雜生物組織梯度打印方面的潛力。

參考文獻(xiàn)：
Wang M, Li W, Mille L S, et al. Digital Light Processing Based Bioprinting with Composable Gradients [J]. Advanced Materials, 2021: 2107038.