供稿人:武文澤、高琳 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2021-01-03
生物材料支架已經(jīng)成為組織工程和再生醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)。然而，支架系統(tǒng)通常難以在尺寸或形狀上按比例縮放以適應(yīng)具有特定缺陷的尺寸。近日，來(lái)自俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)基于光刻的3D打印方法，開發(fā)了新型微型模塊化微籠支架系統(tǒng)。
該系統(tǒng)可以輕松地手動(dòng)組裝和拆卸。此外，模塊化的中空微籠設(shè)計(jì)允許每個(gè)單元裝載不同成分的生物填充物，從而能夠以3D形式對(duì)材料內(nèi)的治療劑進(jìn)行控制和模式化。
圖1 A-D）支架單元的示意圖，E-J）支架的組裝與堆疊
為了驗(yàn)證3D打印的模塊化微型微籠的功能，研究團(tuán)隊(duì)使用常規(guī)的聯(lián)鎖積木玩具通用的設(shè)計(jì)配置來(lái)制作模塊。使用基于光刻的陶瓷制造方法對(duì)由高密度β-TCP陶瓷組成的載有水凝膠的微籠支架進(jìn)行3D打印。為此，團(tuán)隊(duì)重復(fù)使用體積為3.375mm3，尺寸為1.5×1.5×1.5mm的重復(fù)空心單元和230-560μm厚的薄壁，將它們制作為可垂直堆疊的塊，如圖1（A-D）所示。以不同的形式將支架單元組合和堆疊，如圖1（E-J）所示。
用不同成分的填充物裝載不同微籠的能力使得在將單個(gè)堆疊體組裝成3D之后，可以輕松地形成具有各種復(fù)雜性的多型構(gòu)建體。圖2A，B，E，F(xiàn)說(shuō)明了3D打印微籠的不同配置的設(shè)計(jì)和制造，該微籠裝載了用熒光微粒包裹的微凝膠，并以不同的排列方式分布。圖2A–H中顯示了水凝膠浸漬的支架。另一方面，利用所提出的微籠支架組裝，復(fù)雜異型構(gòu)建體的制造是直接的，并且可以在不需要任何專門設(shè)備或人員的情況下完成。此外，微籠中可以預(yù)裝有凍干生長(zhǎng)因子的水凝膠，并且可以基于簡(jiǎn)單地堆疊的直觀過(guò)程獲得異質(zhì)3D構(gòu)建體的組裝。
圖2 微凝膠空間控制的可視化
具有這種直接裝配、可擴(kuò)展以及可控制的裝載特性的微型微籠支架是一個(gè)靈活的平臺(tái)，可以適用于廣泛的材料以改善生物性能。這只是簡(jiǎn)單地利用了一個(gè)簡(jiǎn)單的樂高式設(shè)計(jì)，但是卻代表了再生支架性能的一個(gè)重大飛躍。