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科学家研发出创建3D打印支架组织的LDM新技术

更新时间  2022-02-23 23:24 阅读
本文摘要:随着生物3D打印机技术的发展,许多形式的3D打印机活的组织一般来说在生物3D打印机的一般类别下分组在一起,但是这些方法是变化的,实在太它们中的一些完全不相近。生物打印机的整个概念依然无法纸盒,但科学家们则大大明确提出该技术的新变化。 技术中的主要有所不同因素之一是如何创立支架。当印刷细胞发育和生长时,用作给印刷细胞以结构的支架是生物打印机过程的关键组成部分,并且如何产生支架关系到顺利或告终。

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随着生物3D打印机技术的发展,许多形式的3D打印机活的组织一般来说在生物3D打印机的一般类别下分组在一起,但是这些方法是变化的,实在太它们中的一些完全不相近。生物打印机的整个概念依然无法纸盒,但科学家们则大大明确提出该技术的新变化。

技术中的主要有所不同因素之一是如何创立支架。当印刷细胞发育和生长时,用作给印刷细胞以结构的支架是生物打印机过程的关键组成部分,并且如何产生支架关系到顺利或告终。

台湾的一组研究人员研发了一种用于称作冷藏形式的新方法(也称作低温沉积生产)来生产支架。在为题“DesignandDevelopmentofaNovelFrozen-FormAdditiveManufacturingSystemforTissueEngineeringApplications”的论文中,研究人员说明了为什么添加剂生产早已沦为生产支架的更加风行的方法,这是因为该技术容许科学家具备准确的掌控打印机支架的尺寸、形状和孔隙度,以构建特定患者的自定义化必须。然而,3D打印机的组织支架的最少见的方法是SLS、SLA和FDM,每个都有它们的缺点。

研究人员认为,SLS在可以用于的材料方面受到限制,而对于SLA,树脂材料中的光引起剂会留给残留物或副产物,其对映射支架中的细胞具备毒性起到。用FDM技术生产的支架具备出色的机械性能,但它们必须高温,并且当它们加热时渐趋膨胀和变形。“在我们以前的FDM研究中,PLA22和聚乳酸【乙醇酸共聚物(PLGA)】早已被用于建筑材料,”研究人员说道。

“我们找到,在FDM工艺之后,PLGA的平均值分子量减少到其完整值,大约22.4%。这是因为在熔融吸管过程中再次发生热水解,这偏向于减少支架的结构强度。与SLS一样,就生长因子而言,FDM的操作温度对于生物分子来说是过低的。

因此,将生物分子含有支架是艰难的。”为了回避这些问题,研究团队研发了称作“伪FDM”的技术,也称作低温沉积建模(LDM)。

“LDM的原理与FDM的原理相近,除了必须低温加热平台,并且材料挤出机用于的是注射器或螺杆,而不是传统的挤出机,”研究人员说道。“LDM将沉淀在溶剂中的聚合物沉积到低温加热平台中。

该平台的温度近高于溶剂的结晶温度(即凝固点)。因此,聚合物溶液较慢失效,并且再次发生热致相分离过程。在早已应用于并处置冷冻干燥后,萃取溶剂,并且聚合物维持支架形状。”LDM的优点是许多的,用于该技术制作的支架可以是大孔和微孔的,并且生物分子或生物活性化合物可以在建构过程中含有。

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聚合物的分子量完全不受该方法的影响,并且该技术限于于多种制备或天然大分子材料,例如壳聚糖、藻酸盐、PLA、凝乙醇酸(PGA),PCL、PLGA和聚氨酯。LDM方法牵涉到将液体改变为液体,这就是为什么它被称作冷藏形式方法(FFM),或者是冷藏形式的添加剂生产系统(FFAMS)。

对于FFM过程中创立低温环境有几种有所不同的方法,但是它们各自也有它们的缺点。因此,研究团队要求研发一种建构低温环境的新方法,这将产生一个灵活、简单的FFAM机器。为此,他们首先设计了一个用于四个加热板来构成的外壳或“加热区域”的均匀分布低温装置(UCD)。

设计成使其需要在加热区域内上下移动的工作板,同时也是摆放在内部作为可以在其上展开沉积材料的结构板。在每一层沉积之后,将板减少,使得下一层可以在与前一层完全相同的高度处沉积,从而保证完全一致的温度。UCD只是系统的一个模块。

材料分配器模块由气动流体分配器构成,其当作挤出机。研究人员将基于PCL的水性聚氨酯的混合物放进其中,然后他们通过用材料3D打印机支架,在每个层沉积时测量温度,以及确认用作有所不同支架形状的最佳燃烧室直径和层厚度来展开实验。而不是像大多数FFM方法那样用于笛卡尔系统,他们用于的是SCARA机器人的运动模块,这可以给他们更好的灵活性。

“在我们的研究中,低温加热区域被设计为合适在一个小空间内,以便充足的空间使SCARA用作各种类型的工作站,如一个细胞采收平台,”团队认为。“因此,FFAMS可以拓展为多功能系统或用作生产支架的倒数生产线,以构建商业化。

总体而言,研究人员的研究产生了具备低潜力的柔性支架,用作将来在的组织工程和软组织修缮中应用于。虽然研究集中于具备如管和正方形等非常简单形状的支架的生产,他们想在未来之后他们的研究,以研发简单的支架仿真生物系统,以及更大、更高的支架,用作创立软骨的组织,如鼻子、耳朵和气管。本研究的研究人员还包括中央大学机械工程系的Chau-YaugLiao、Wei-JenWu和Ching-ShiowTseng;国立台湾大学高分子科学与工程研究所Cheng-TienHsieh和Shan-huiHsu;和国防医学中心三部总医院外科学部塑料与修复外科司Niann-TzyyDai。


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