荷蘭研究人員提出了一種旋轉快速生物3D打印方法

供稿人:顧恒、連芩
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室　

通常，生物3D打印將“點”（噴墨打印）、“線”（擠出打印）、“面”（面曝光打印）作為基本打印單元，這種按照圖層方式構建三維對象的方法不僅限制了打印結構類型（如復雜的空心結構和懸垂結構），還限制了打印速度，而較長的打印過程大大提高了打印材料中細胞損害的風險。

為了解決上述問題，在計算機斷層掃描（CT）的啟發(fā)下，荷蘭的研究人員提出了一種旋轉打印的方法。如圖1（A）、（B）所示，該方法利用投影儀依次投射從不同角度觀察物體的圖像，在多重曝光作用下，通過旋轉含有光固化凝膠的料筒動態(tài)制造復雜的物體。

利用“軸向旋轉法”制造的模型的一個顯著優(yōu)勢是速度快，其制造時間受模型尺寸的影響較小。如圖1所示，打印一個4.14cm3的人耳廓模型僅耗時22.7s。與擠出打印相比，打印速度提高了250倍，與面曝光打印相比，速度提高了75倍。同時，利用“軸向旋轉法”制造的模型，其表面更加光滑柔順。

圖1 （A）打印旋轉平臺（B）斷層投影原理圖（C）人耳廓水凝膠模型

這項技術另一個優(yōu)勢是在不使用犧牲材料的情況下，可以制造自由浮動的結構。如圖2所示，研究人員打印了一個功能性的球籠心臟瓣膜模型，具有單向流動的功能。這種閥門結構無法利用擠出打印和面曝光打印技術直接制造。此外，研究人員還能夠利用相關細胞（如骨髓間充質干細胞和關節(jié)軟骨祖細胞）對幾種復雜結構（如半月板）進行生物打印，結果顯示可以保持高的細胞活力（>85%）。

圖 2 內部可自由浮動的心臟瓣膜模型

利用“軸向旋轉法”能夠以前所未有的速度制造結構復雜的大尺寸模型（直接打印內部具有血管網的組織模型），這將有利于擴大光固化水凝膠在組織工程和軟體機器人等領域的應用范圍；其超快的打印速度也有利于降低打印過長對細胞的損害。然而，這種方法仍有一定局限性，研究人員還在繼續(xù)探究利用該技術實現多細胞多材料打印。

參考文獻：
Paulina Nuñez Bernal, Delrot P , Loterie D , et al. Volumetric Bioprinting of Complex Living-tissue Constructs within Seconds[J]. Advanced Materials, 2019.