基于生物3D打印技术的水凝胶器官芯片及其灌注平台

针对水凝胶组织支架细胞球培养过程中存在着缺乏相关设备和实验平台的问题,采用生物3D打印技术和动态灌注培养的方法,设计制作了一种双通道水凝胶器官芯片,并搭建了一套灌注培养平台。采用聚苯乙烯荧光微球模拟细胞球的灌注过程,通过有限元仿真分析了不同流速下(0.849、2.547、4.244 mm/s)微球灌注时,通道不同位置流速和剪切应力的变化。设计了聚苯乙烯荧光微球动态灌注实验,基于仿真结果分析了流速对微球流动状态与贴附的影响。实验结果表明:灌注液在通道截面中心位置的流速最大,在通道周围趋近于静止,有利于微球沉降。灌注液流速为2.547 mm/s时,微球受到的最大剪切应力约为0.17 Pa,可以大量堆积在通道分支内。该研究可以为胰岛等细胞球在水凝胶器官芯片内的灌注和培养提供技术参考。

气动挤出式双喷头生物3D打印机设计与研制

针对组织工程中异质组织器官的生物3D打印问题,根据不同生物材料打印工艺要求,提出一种气动挤出式双喷头生物3D打印机。首先介绍了生物3D打印机的系统组成,对多轴运动系统、集成定位器的打印平台、光固化打印头和控制系统进行了设计研究,并利用TracePro软件对光固化打印头的光环尺寸以及光辐照度进行了仿真验证;然后对生物3D打印机进行了双喷头交替打印测试和生物墨水打印测试,验证了设计的生物3D打印机能够满足多种生物材料交替打印的工艺需求,为组织工程中异质组织结构的生物3D打印提供了技术上的可能性。

基于干细胞与生物3D打印技术的皮肤组织工程研究与应用进展

皮肤是人体内非常复杂的器官,构建仿生的皮肤模型一直是是临床和研究中的热点与难点。3D生物打印技术的出现解决了皮肤构建物的问题,它可以通过定制皮肤形状,精确分配细胞和其他材料,实现快速可靠的仿生皮肤替代品生产,满足临床和工业要求。此外,它具有优异的性能、灵活性、高分辨率、重现性和高通量,可以用于药物筛选、化妆品测试以及皮肤移植等,并且可以为更多烧伤或糖尿病患者提供有效的皮肤替代物。结合干细胞的3D生物打印技术给研究和医疗专业人员带来更多解决皮肤疾病的方案。多能干细胞是有吸引力的候选细胞,因为,它们除了在伦理上被接受外,还可以根据患者的情况进行基因定制,实现具有预定结构的细胞载体,可以纳入血管网络、毛囊和汗腺等仿生层次的结构,以提高组织功能和美学植入。该文主要综述3D生物打印技术进行皮肤构建的研究现状,重点讨论了不同3D生物打印工艺构建皮肤的特点,并剖析了含有附属器的皮肤构建物下游应用需求,为本领域在体外生理或病理模型构建、再生医学和临床等研究提供参考。

基于电机挤出沉积的多喷头生物3D打印系统

3D打印载药组织工程骨支架正朝着多材质方向发展。针对多材质支架打印过程中出现的多喷头切换时产生的喷头干涉碰撞、共点打印以及流涎现象,对电机挤出式打印喷头的切换装置、多材质打印路径及多喷头打印控制进行研究,提出基于电机挤出沉积的多喷头打印系统及多喷头控制方法。使用花瓣形喷头切换机构实现多材质的切换,设计多喷头切换的路径规划方法及上位机控制程序,最后以羟基磷灰石和聚乙烯醇的混合材料在多喷头生物3D打印系统上进行打印测试。研究结果表明:该系统能实现多喷头的协调打印、共点打印,解决了打印过程中喷头切换时产生的干涉碰撞和流涎现象,为仿生载药组织工程骨支架的梯度打印提供了参考。

光固化生物3D打印技术在组织工程领域的应用与发展

基于光固化生物3D打印技术在打印速度和打印精度方面的显著优势,该技术在组织工程领域有着广泛的应用,特别是在骨、软骨、血管、皮肤和神经等组织的修复与再生领域。本文首先介绍两大类光固化3D打印技术的工作原理与技术特征。重点综述了光固化生物3D打印技术在组织工程领域的最新应用实例。然后,讨论了光固化生物3D打印技术作为组织工程与再生医学重要工具所存在的问题以及未来发展的前景,希望为光固化生物3D打印技术在组织工程和再生医学领域的应用与发展提供有利的理论参考。

生物3D打印技术及组织工程应用研究进展

生物3D打印技术基于增材制造思想,有望实现细胞、生物材料等生命物质的自由成形,构建具有仿生天然组织复杂性和异质性的三维组织结构。经过近20年发展,生物3D打印已成为组织工程的主流技术之一,应用于多种组织的构建。综述了生物3D打印的基本技术类型及其在不同组织上的应用现状。

生物3D打印技术及水凝胶生物墨水在医用材料中的应用分析

生物3D打印是将细胞、生物材料和生长因子等组分共同混合打印成设计结构的技术,因其精确控制细胞空间分布的能力,近年来被广泛应用于组织器官的再生修复。水凝胶具有与细胞外基质相似的含水量和拓扑结构,因此在生物3D打印领域具有广阔应用前景。文章综述了目前常见的生物3D打印方法,介绍了重要的水凝胶材料,同时对生物3D打印技术及水凝胶生物墨水存在的挑战和未来的前景进行了论述。

力学刺激提高生物3D打印软骨构建物基质的形成

背景:基质分泌不均匀、力学强度不足是影响组织工程构建物在体内形成效果的重要因素,力学刺激是促进细胞外基质分泌的有效手段。目的:探索3D生物打印复合支架在力学加压环境下的生物学表现。方法:采用3D生物打印技术制备软骨细胞-甲基丙烯酰胺基明胶复合支架,活死染色观察细胞存活情况。将复合支架置于力学加压生物反应器中进行加压培养,以6孔板中不加压培养的复合支架为对照,活死染色观察细胞存活情况,组织学染色观察复合支架体外软骨形成情况,qRT-PCR检测成软骨相关基因mRNA的相对表达量。将加压与不加压复合支架分别植入裸鼠皮下,5周后取材,组织学观察软骨形成情况。结果与结论:①复合支架外观呈现清晰的网格状结构,体外培养1,4,7 d时,支架形态稳定、结构清晰,细胞存活率均在90%以上;②培养2周后,加压组复合支架中的细胞存活率低于不加压组(P<0.05);苏木精-伊红染色显示两组复合支架均有明显的软骨陷窝结构,细胞在材料中分布较均匀,加压组复合支架的材料间空隙内有更多新生软骨组织形成;番红O染色显示两组均可见红色软骨基质形成,加压组细胞周基质染色更深;Ⅰ型胶原免疫组织化学染色显示,加压组着色更为明显;加压组弹性蛋白、Ⅱ型胶原的mRNA表达高于不加压组(P<0.05);③植入裸鼠皮下5周后,苏木精-伊红染色显示加压组软骨组织形成更为均一,软骨细胞大小均匀,陷窝结构明显;④结果表明,虽然体外加压刺激会引发3D生物打印软骨细胞-甲基丙烯酰胺基明胶复合支架中的细胞死亡,但同时会促进存活细胞向支架空隙间长入,提高其软骨基质相关基因的表达,促进成软骨能力。

生物3D打印——从形似到神似

系统回顾生物3D打印的提出背景,给出生物3D打印的研究范围,梳理生物3D打印的发展历程.重点聚焦于回顾操纵细胞的生物3D打印研究,并结合课题组近年来的研究及思考,对生物3D打印的发展进行展望.更好地结合临床需求,实现从组织结构的仿生制造过渡到功能化的再造是生物3D打印未来取得突破的关键.

结合生物3D打印和静电纺丝制备复合生物可吸收血管支架用于血管狭窄治疗（英文）

设计一种新型血管支架用于血管狭窄治疗.针对目前制备生物可吸收血管支架(BVS)在装备和技术上的不足,提出了结合生物3D打印和静电纺丝制备复合生物可吸收血管支架(CBVS)的新方法.首先,用PPDO材料通过3D打印制备支架内层;然后,配制壳聚糖和PVA混合溶液,通过静电纺丝制备支架外层.力学性能测试显示,结合3D打印和静电纺丝制备的支架要好于仅采用3D打印制备的支架.在支架上种植细胞试验表明,细胞在支架上有良好的粘附和增殖,因为外层含有天然生物材料壳聚糖.所提出的复合成形工艺和方法,为后续构建可控携载药物支架提供了很好的思路.该CBVS可用于血管狭窄治疗.

生物3D打印与器官再造

为了进一步阐述生物3D打印技术在器官再造方面的应用价值,本文介绍生物3D打印技术在器官再造方面的现状与进展,提出未来生物3D打印技术将从生物墨水、打印技术等方面寻求更多突破,以最终实现体外器官再造的临床应用.

生物3D打印蓖麻油基水性聚氨酯涂层固定化碳酸酐酶

以蓖麻油基阴离子水性聚氨酯为载体,采用生物3D打印技术制备含碳酸酐酶的生物活性聚氨酯涂层,并与传统涂覆法制备的含酶涂层进行对比。通过动态光散射、红外、扫描电镜-X射线能谱、热重、接触角等各种手段对涂层中酶与水性聚氨酯之间的相互作用进行了分析表征。结果表明,在形成生物活性涂层过程中,碳酸酐酶是通过与聚氨酯链段上阴离子基团的静电吸引被固定在聚氨酯涂层中。催化活性结果表明,与传统涂覆法相比,涂层的酶活回收率为50.51%,比传统涂覆法提高了4倍。这可能是由于生物3D打印技术制备的含酶涂层更薄、更均匀,表面更平滑。

生物3D打印的最新研究及应用

生物3D打印是生物制造的重要技术手段,是制造学从使用单一结构材料、功能材料,到使用生物材料和生命体材料的拓展延伸,也是工程、材料、信息和生命科学等多学科的交叉融合。介绍了生物3D打印技术的概念、特点及应用,对目前快速发展的细胞打印、器官打印技术进行重点阐述,同时介绍了生物3D打印技术的最新发展趋势。

数字光处理生物3D打印技术在医学上的应用发展

数字光处理生物3D打印技术由于其特殊的成型原理,可以制造十分复杂的结构,近年来受到诸多学者的关注与研究。在世界各地多个交叉学科团队的努力下,其在打印质量、精度以及效率方面都取得了较大的突破。与此同时,具有生物相容性、可降解性以及生物活性的光固化材料的开发和细胞学的进步,也为这种打印技术在生物医学领域的广泛应用奠定了基础。本文对生物3D打印基本概念及原理进行了介绍,并分析了数字光处理技术的优点与劣势,综述了数字光处理生物3D打印技术在医学和转化医学领域的应用及前景。

生物3D打印的研究进展

3D打印技术是基于计算机三维数字成像技术及多层次连续打印的一种新兴应用技术。生物3D打印技术则是基于3D打印的基础上,以活细胞为原料结合生物材料、生命体材料的拓展延伸,打印活体组织与器官的一种技术。生物3D打印技术已在再生医学及器官移植方面取得了一定的成果,被应用于骨骼、皮肤、人造血管、心脏组织等再生与重建领域。本文主要从生物3D打印技术的方式及特点,生物3D打印技术的研究现状与应用,生物3D打印的发展前景的展望等几个方面进行简要的综述。

生物3D打印在器官再造中的前沿热点和研究进展

生物3D打印是采用生物材料和生物活性成分制作人工组织器官的新兴制造技术,已在多个医学领域广泛应用,在器官再造领域也具有突出的优势。近年来,生物3D打印器官取得了一系列重要突破,但目前仍处在研发和探索阶段,存在较多瓶颈,尚还不能用于体内移植。本文主要就3D打印技术的医学应用,生物3D打印技术的特点,生物3D打印器官在仿生结构、功能重建、免疫反应等方面的研究热点和难点,以及生物3D打印的最新研究进展,阐述生物3D打印技术在器官再造领域的应用前景,为器官重建、人工器官构建的研究及其临床应用提供新思路,以推动器官移植和个性化医疗的发展。

生物3D打印用丝素蛋白基凝胶墨水的研究进展

丝素蛋白(SF)作为一种天然且古老的蛋白质材料,因其优异的特性成为了生物3D打印墨水材料绝佳的候选者,在生物医学领域受到了广泛的关注。为此,概述了SF在生物3D打印领域的发展,总结了SF材料的物理化学和生物学基本特性,探讨了其作为生物墨水应用于挤出式生物3D打印、光固化生物3D打印和喷墨生物3D打印的要求和可加工性。综述了近年来SF与人工合成聚合物、天然聚合物和无机功能材料复合形成SF基水凝胶墨水在生物3D打印领域中的研究进展,对其所面临的挑战进行了讨论。指出:随着生物3D打印技术的深入发展,通过生物3D打印形成的SF基水凝胶构建体在生物医学领域会有更广阔的应用前景。

皮肤修复生物3D打印的研究进展与挑战

皮肤作为人体最大的器官,有着屏障功能、免疫应答、防止水分流失和排泄废物等重要作用。大面积的严重皮肤损伤患者会由于缺乏充足的可移植皮肤而死亡。生物3D打印技术的发展为可移植皮肤的制造提供了解决办法。生物3D打印技术可以定制化制造功能性的皮肤替代品,有望解决移植皮肤短缺的困难。本文简述了皮肤创伤修复原理,比较了用于皮肤修复的生物材料墨水、细胞和主要的生物3D打印技术,分析了光电技术在3D打印皮肤上的应用潜力,并总结了生物3D打印技术在皮肤修复应用中所面临的挑战和未来的发展方向,提出了光电技术在生物3D打印中的应用需求。

生物3D打印装置及打印模型形貌检测

为了能够实时观测生物3D打印全过程,并对打印模型的形貌进行检测及重建,设计集成式生物3D打印机检测系统.通过开发具备视频监测功能的打印喷头,实现对打印模型的在线检测.采用色散共焦位移测量技术,通过对打印模型X、Y轴的位置信息及Z轴的高度信息进行扫描得到测量数据,并结合MountainsMap实现打印模型的形貌重建.使用LabVIEW完成上位机操作系统的设计,建立G-code与打印模型的映射关系,实现打印轨迹的可视化,确保在程序运行到当前代码段时打印模型的准确性.通过实验验证生物3D打印机的在线检测功能,对网格状及凸台模型的表面进行形貌检测,结果表明检测系统能够实现对打印模型的形貌检测.打印模型表面形貌特征的可视化数据为构建精准打印模型提供数据支持,计算机视觉技术为高精度生物3D打印提供有效的检测手段.

生物3D打印技术在精准医学领域研究应用现状的中英文文献分析

背景:生物3D打印技术已经广泛应用于生物医学的多个领域,但其成功转化为临床试验的案例并不多,且在精准医学领域仍处于发展阶段。该技术在实现个体化医疗、改变现有的治疗流程、帮助制药和医疗公司研发出更精准的药物方面展现出巨大的潜力,并有望实现从个体化信息采集和诊断到个性化医疗产品制备和精准治疗方案的闭环。目的:分析生物3D打印技术在精准医学领域研究现状及热点。方法:检索2015年1月至2020年8月Web of Science数据库核心合集和万方数据库中有关3D打印技术在精准医学领域的文献。利用大数据分析工具、数学统计、计算机语义分析、可视化软件以及数据库分析检索功能对检索结果进行科学计量分析。结果与结论:①3D打印技术在精准医学领域的研究在2015至2020年的发文量逐年增加;②美国的发文量最多,且其与其他国家的合作也处于核心地位;中国在此领域的研究也较活跃;③近5年全球发表论文最多的研究机构是美国加州大学体系,而中国科学院和上海交通大学是在国际和国内发文量最多的中国科研机构;④《Biofabrication》和《中国组织工程研究》则是国际和国内发文量最多的期刊;⑤全球范围生物3D打印技术在精准医学中的研究热点主要包括生物墨水、微流控、矫形外科、组织/器官再生、药物研发等;国内中文期刊发表的研究成果主要集中在骨科、组织工程、临床教学、医学模型等领域;⑥生物3D打印作为最具有革命性和影响力的先进工具之一,在再生医学及器官移植方面取得了一定成果,在组织工程、干细胞、癌症等领域也成为了优秀的科研工具,并且以数字化手段打造出一条从医学成像、术前规划到植入物设计和制造的精准医学通路。