用戶案例：基于微尺度3D打印技術(shù)制造適用于微重力環(huán)境的微孔板

來源：摩方精密

來自德國法蘭克福大學(xué)(Goethe University Frankfurt)布赫曼分子生命科學(xué)研究所(Buchmann Institute for Molecular Life Sciences)的研究人員使用摩方精密 (BMF)的微尺度3D打印機(jī)microArch® S140制造了一種微型培養(yǎng)皿——水凝膠微孔板(hydrowells)的模具，該微孔板可在微重力環(huán)境下用于培養(yǎng)3D多細(xì)胞球體。此項(xiàng)研究是太空多細(xì)胞球體聚集與生存實(shí)驗(yàn)(Spheroid Aggregation and Viability in Space, SHAPE)的一部分，該實(shí)驗(yàn)由德國航空航天中心(DLR)支持并將在近地軌道上的國際空間站(ISS)上進(jìn)行。

多細(xì)胞球體和培養(yǎng)細(xì)胞的水凝膠微孔板
這種定制的水凝膠微孔板(hydrowells)由瓊脂糖(一種多糖)制成，用于替代塑料或玻璃培養(yǎng)皿在微重力環(huán)境下培養(yǎng)多細(xì)胞球體。多細(xì)胞球體是三維的組織模型，特別適合再生醫(yī)學(xué)和癌癥等研究。微孔板的孔與孔之間互不連通，可助力簡單擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)物質(zhì)交換且可為細(xì)胞提供生物相容的環(huán)境。細(xì)胞懸浮在單獨(dú)的微孔中生長，逐層堆疊形成多細(xì)胞球體。微孔板則可很好地規(guī)避多細(xì)胞球體生長到不可控尺寸的風(fēng)險(xiǎn)。

布赫曼分子生命科學(xué)研究所參與的太空多細(xì)胞球體聚集與生存實(shí)驗(yàn)要求微孔板具有特殊的設(shè)計(jì)：漏斗形的入口、圓柱形的橫截面以及U形/錐形或截去頂部錐形的底部。這些底部的特殊形狀有利于多細(xì)胞球體的形成和長時(shí)間的細(xì)胞培養(yǎng)。微孔板是通過陽膜，即具有凸形的模具翻鑄而成。微尺度3D打印可以實(shí)現(xiàn)超高光學(xué)精度、生成光滑表面、可使用高性能材料以及支持快速研發(fā)，因此，此研究中被用來制備凸模。

△漏斗形頂部的微孔板模具


△圓柱形截面的微孔板模具

△U形底部的微孔板模具

微尺度3D打印設(shè)備和材料
摩方精密微尺度3D打印機(jī)microArch® S140具有10μm的超高光學(xué)精度，所制造的零件頂部表面光潔度Ra可以達(dá)到0.4~0.9μm，側(cè)面可以達(dá)到1.5~2.5μm。microArch® S140基于面投影微立體光刻技術(shù)(PμSL)，可以實(shí)現(xiàn)高的表面光潔度和精度，優(yōu)于光學(xué)精度約為25~50μm的SLA立體光固化3D打印機(jī)。microArch®  S140 支持多種高性能3D打印材料，同時(shí)也支持工程級的405nm波段光固化樹脂。

用于制造微孔板模具的材料是摩方精密的HT200樹脂材料，這種材料可承受溫度高達(dá)200°C，同時(shí)兼具高強(qiáng)度和耐用性。這些優(yōu)異的性能使模具可以進(jìn)行高溫高壓蒸汽滅菌，使微孔板免受細(xì)菌污染。經(jīng)過高壓蒸汽滅菌后，模具并未出現(xiàn)翹曲或分層。這種具有優(yōu)異熱學(xué)性能和機(jī)械性能的3D打印材料確保了最終產(chǎn)品出色的整體性。

△microArch®S140 微尺度3D打印機(jī)

△摩方精密HT200樹脂材料

△使用HT200材料制造的微孔板模具

△微孔板模具的特寫

模具的精度，表面光潔度和高壓蒸汽滅菌
法蘭克福大學(xué)布赫曼分子生命科學(xué)研究所的終身科學(xué)家、首席研究員——Francesco Pampaloni博士測試了用來生產(chǎn)微孔板的3D打印模具，他評價(jià)摩方精密微尺度3D打印的模具具有高的精度和表面光潔度，使用這種模具生產(chǎn)的微孔板可以培養(yǎng)出尺寸一致的多細(xì)胞球體。Pampaloni博士還補(bǔ)充道，用于制造模具的3D打印材料完全可以承受121℃和2.1bar的高壓蒸汽滅菌條件，確保了微孔板的無菌環(huán)境。

△水凝膠微孔板


△有多細(xì)胞球體和沒有多細(xì)胞球體的微孔板