微尺度3D打印定制化支架在组织工程的应用

Monsur Islam是德国卡尔斯鲁厄理工学院的一名博士后，她计划用3D打印制备碳结构用于定制化的组织工程支架。Islam的研究重点是3D打印玻璃化碳材料，这种材料通常可通过3D打印前驱体材料然后进行碳化实现的。为了成功制备所需要的支架，Islam需要一台兼具高分辨率和大幅面制作能力的3D打印机以及适当的碳化前驱体材料。

寻找合适的3D打印机

Islam博士尝试用双光子聚合打印技术和台式立体光刻系统打印支架的前驱体结构。然而，这些系统被大幅面打印的分辨率和前驱体材料的可用性所限制，其效果都不太理想。组织工程应用需要复杂精密的细节，而这些细节只能通过高精密打印系统制备。

重庆摩方精密科技有限公司（BMF）的microArch S130打印系统，其光学精度为2μm，能够以超高的分辨率打印出具有复杂内部结构、高公差控制的精密零件。使用摩方精密的黄色耐高温树脂HTL和microArchS130，可3D打印碳化前驱体且无任何缝隙残留。此外，摩方精密的3D打印机能实现高分辨率和大尺寸的结构足以支持3D细胞繁殖。



△放大150倍的3D打印碳微点阵结构


△放大500倍的3D打印碳微点阵结构

使用microArch S130 3D打印设备，Islam博士能够用5μm打印层厚3D打印1.3 x 1.3 x 1.3 mm的立方体，在该立方体内排布着间隔100μm的100x100μm的通道。上图为一个碳化样品，其点阵厚度设计值为100 μm，相邻点阵之间的间隙为100 μm。打印的结构经过碳化之后得到的支架就可被用于细胞培养和组织工程的实验。

未来展望

目睹了碳化3D打印结构在组织工程中的应用，卡尔斯鲁厄理工学院在此基础上扩展更多用于这些支架的结构设计。

“碳是一种具有独特性能的材料，可应用于从能源材料到组织工程支架的多种领域。然而，复杂三维碳结构的制造仍颇具挑战。增材制造能制备各种聚合物材料的复杂三维结构。3D打印聚合物材料的碳化可以实现碳三维结构。基于这个策略，我们使用摩方精密（BMF）的高精密3D打印系统制造三维碳结构。研究以设计为导向的碳结构制备方法，以获得更好的结构和材料性能，从而拓展微结构材料的设计和可适用材料范围。”——Monsur Islam，卡尔斯鲁厄理工学院