微流控氣泡發(fā)生器+DLP 3D打印用于構建3D多孔生物支架

近幾十年來，3D打印技術構建生物支架得到了進一步發(fā)展。與傳統(tǒng)的2D細胞培養(yǎng)相比，3D細胞培養(yǎng)支架能夠模擬天然組織結構而占據顯著優(yōu)勢。此外，已有研究證明3D多孔支架可以通過孔洞結構為細胞的增殖、擴散、遷移以及分化提供更高的擴散效率，從而在促進細胞的生長與代謝方面略勝一籌?，F有構建3D多孔結構的方法常采用構筑微球犧牲層。該方式雖然成功實現了孔結構的再現卻需要耗時的洗脫步驟以移除犧牲層。即使其與高效的3D打印工藝相結合，復雜的印后洗脫工藝降低了制造效率，同時也限制了孔尺寸的靈活可控性。相比較而言，微流控芯片可以高效且靈活地控制孔尺寸，在制備多孔支架方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。因而基于微流控芯片來構?D多孔支架是一項極具研究意義的工作。

已有研究嘗試將微流控氣泡發(fā)生器與擠出式3D打印相結合從而獲得一系列3D多孔結構。然而該策略在制造高度較高的復雜結構時效率往往較低?；诠饨宦摰臄底止馓幚泶蛴。―LP）技術因其快速光交聯的優(yōu)勢十分有利于構建高維度復雜多孔支架。因此，利用基于微流控芯片的氣泡發(fā)生器開發(fā)DLP打印的多孔結構是一種很有前途的研究策略。

近期，美國哈佛醫(yī)學院（Harvard Medical School）的一項研究創(chuàng)造性地將微流控氣泡發(fā)生器與自主研發(fā)的自下而上式3D打印機相匹配（圖1），首次實現了一步制造多孔尺寸靈活可控的，且可形成復雜幾何結構的3D多孔支架。該策略通過調節(jié)打印墨水的流速與進入微流控氣泡發(fā)生器的氣壓實現氣泡直徑從747 μm ~ 143 μm的自由調節(jié)。基于此調節(jié)機制，實現了不同復雜程度圖案的打印，如圖2所示。即使是構建高度較高的幾何結構（圖3）也可以輕松實現。

圖1 （A）微流控氣泡發(fā)生器示意圖；（B）自主研發(fā)的DLP自上而下式3D打印機的原理圖

圖2 （i）計算機設計的不同復雜程度的打印圖案；（ii）使用DLP打印出的結構；（iii）打印結構的放大細節(jié)圖

圖3 （i）用于DLP打印多孔支架的CAD結構設計圖；3D打印多孔支架的（ii）俯視圖與（iii）側視圖

總體而言，這項工作通過DLP打印技術結合微流控氣泡發(fā)生器，實現了氣泡尺寸大小靈活可控的多孔生物支架的構建。該策略的成功有望為組織工程、再生醫(yī)學等領域的組織支架構建提供新思路。

以上論文以“Microfluidic bubble-generator enables digital light processing 3D printing of porous structures”為題發(fā)表在Aggregate期刊上。美國哈佛醫(yī)學院聯合培養(yǎng)碩士生Philipp Weber與哈佛醫(yī)學院聯合培養(yǎng)博士生蔡玲為本文的共同第一作者。本文的主要通訊作者為哈佛醫(yī)學院Y. Shrike Zhang副教授，共同通訊作者為波蘭科學院Marco Costantini教授和華沙理工大學Wojciech ?wi?szkowski教授。





審核編輯：劉清