基于数字光处理的生物组织梯度打印

供稿人：王帅伟 连芩 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

小到神经纤维、大到骨的软骨结构，生物组织中的梯度结构广泛存在。结合生物墨水，使用喷墨打印或墨水直写可以成功构建出生物组织的梯度结构。但喷墨打印有着打印分辨率的限制，墨水直写技术有着打印速度慢的不足，使用数字光处理（DLP）技术可以很好地解决当前生物组织梯度存在的问题。哈佛医学院的Mian Wang, Wanlu Li等人开发出使用DLP技术结合微流控混合技术的打印设备进行生物组织的梯度打印，解决了当前生物组织多梯度打印的难题。打印系统的主要结构示意图如下图 1所示。图1a）是结合DLP打印系统和微流控混合芯片的梯度DLP 生物打印机原理图。图1b）是微流控混合薄板。从中可以看出，蓝色和黄色生物墨水混合为绿色，通过一个混合微通道到达一个生物墨槽。图1c)是带有两个入口和一个出口的微流控混合薄板的装配示意图。底部设计为包含斜肋和障碍的混合微通道。图1d）是进行梯度生物打印的流程示意图。

图 1 a)结合DLP打印系统和微流控混合芯片的梯度DLP生物打印机原理图。b)微流控混合芯片。c)带有两个入口和一个出口的微流控混合芯片的装配示意图。d)梯度DLP(生物)打印过程[1]。

该打印机采用DMD芯片，可显示出分辨率为1920*1080的掩膜图像，投影面积的尺寸达到了72.96*41.04mm2，打印平面的分辨率可达到38μm。在研究者的微通道设计部分，通过优化对混合效果影响最大的肋高度与微通道高度之比和肋角度确定出最优的肋角为35.6°，混合器采用5次混合回旋，促使生物墨水的螺旋流动，实现了生物墨水混合效果的最优化。采用该生物组织梯度打印系统，打印出的样件如下图 2所示。

图 2 可组合梯度DLP打印技术打印的2D和3D结构

该团队基于DLP技术首次建立出可进行梯度打印的生物打印系统，利用混合微通道进行生物墨水的混合、面曝光技术成形，最终实现了复杂二维和三维结构的梯度打印。同时，该系统具有高的分辨率以及打印速度。总的来说，这个系统能够打印出自然组织的梯度结构，展示出该打印技术在进行复杂生物组织梯度打印方面的潜力。

参考文献：
Wang M, Li W, Mille L S, et al. Digital Light Processing Based Bioprinting with Composable Gradients [J]. Advanced Materials, 2021: 2107038.