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3D打印技术在生物高分子中的应用综述

2015-12-23 11:40
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  美国密歇根大学的Das等使用PCL 为原料,通过SLS 技术制备了3D 可降解多孔支架,支架该结果达到或接近了人松质骨力学性质范围。获得的3D 支架材料能与动物骨组织良好的结合,具有良好的生物相容性。按照猪的下颌髁突原型,制备了PCL 下颌髁突支架.使用NaCl 等致孔剂,可获得具有高孔隙率的3D支架材料。

  另外,由于SLS 技术操作过程中会产生高温,因此为了减少可降解高分子原料在加工过程中发生降解,或造成原料中的生物活性分子变性,开发了一种表面SLS 技术。该技术可以控制烧结过程中只融化颗粒的表层原料。

  4.3D 喷印

  3D 喷印( 3DP) 技术是在基底表面铺上薄层粉末原料,然后通过计算机CAD 模型控制喷头按照指定路径将液态粘结剂喷在粉末的设定区域,该层粉末粘结后上下移动操作台,并在粘结层表面铺上新的薄层粉末,通过逐层粘结,最后除去未粘结的粉末原料,获得三维原型材料。

  3DP 技术操作简便、产品具有高孔隙率、原料应用范围广,其缺点是产品力学强度较低,产品需进行后处理、只能使用粉末原料等。

  (二)直接携带细胞打印的生物打印技术

  远程医疗、个性化医疗是世界医疗的发展趋势。3D打印技术采用不同的"油墨"材料可以生产出各种人造器官和组织,能满足临床患者个体要求。金属、树脂、石膏、陶瓷、高分子、生物大分子等均被创造性地应用于3D打印以生产生物制品。

  直接通过3D 打印技术控制细胞在微观尺度的排列分布,对于调节细胞行为、细胞间的相互作用、细胞与材料间的相互作用,以及促进细胞最终形成功能组织具有十分重要的意义。另外,相比于在已成型的支架中种植细胞,直接携带细胞打印可以获得更高的细胞密度。因此,近年来通过直接携带细胞进行3D 打印的细胞或组织打印技术受到了广泛的关注。由于水凝胶与天然软组织细胞外基质在结构、组成和力学性质上的相似性,目前的细胞和组织打印技术主要是基于携带细胞的水凝胶的3D 沉积技术。

  对于3D 打印成型的携带细胞水凝胶支架的基本要求包括:

  ( 1 ) 水凝胶在工作台沉积后能快速原位成型,并维持初始沉积的形状;

  ( 2) 保持细胞活性和功能;

  ( 3 ) 打印成型的支架容易进行后处理。

  目前一种常用的细胞打印技术是以双键封端的PEG 水溶液与含有细胞的培养液混合,形成可光固化高分子/ 细胞混合溶液,然后通过立体印刷技术,打印成型包覆细胞的3D 水凝胶。

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