3d打印与组织工程的结合.pdfVIP

3D 打印与组织工程的结合 一、3D 打印 1、什么是 3D 打印 所谓 3D 打印是可以真实打印三维物体的一种技术，其最早应用于工业制造 领域，目前上海已经有 3D 打印实体店开张了。其打印原理简单来说类似于激光 成型技术，采用分层加工、迭加成型的技术，即通过逐层增加材料来形成 3D 实 体。称其为“打印机”是因为参照了目前商用打印机的技术原理，因为分层加工 的过程与喷墨打印十分相似。3D 打印机与传统喷墨打印机最大的不通在于：3D 打印机的喷头不仅仅能在平面上移动，还能够垂直移动。它的打印过程类似于 CT 或者 MRI 扫描的逆过程，将一层层剖面图再重新叠加起来，从而构成三维结 构。 2、实现 3D 打印的过程 首先在电脑中利用计算机辅助设计等技术建立产品模型，根据需要调整各种 参数，如大小、各种生物分子的配比等，然后相关软件会走动将产品按照一定的 厚度进行虚拟的“切片”，并将相关数据传输到 3D 打印机，打印机就把这些极 薄的“切片”用塑料、树脂或金属粉末像打印彩绘图那样打印出来，然后通过可 自由转动的喷嘴喷出堆接材料、强力胶水或聚焦光束将其黏合成一个整体。 3、3D 打印过程设计到所谓的 “胶水”和 “粉末”，材料是关键。 在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散，然 后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍 保持松散状态。这样再一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成 型，打印完毕后扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可被循环利用。 因此，打印耗材由传统的墨水、纸张转变为“胶水”、“粉末”，当然，此处所指 的“胶水”、“粉末”都是经过处理的特殊材料，不仅对固化返佣速度有要求，对 于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。 二、组织工程 1、组织工程 人体的组织或器官内分布者结构复杂的由动脉、静脉、细动脉、小静脉和微 脉管系统（毛细管和窦状小管）等组织的血管树。目前，组织工程棉铃的挑战之 一就是如何将细胞组装成具有血管化的组织或器官，而三维细胞打印技术的出现， 使人们看到了解决该难题的可喜前景。传统组织工程的方法是将细胞种植在预先 成型的支架材料商：由于植入细胞技术的分辨率和支架材料的内部结构的限制， 不能精确控制形成血管的细胞的位置和分布情况。采用细胞打印技术，可由计算 机逐点控制含细胞液滴的位置，并层层叠加形成组织或器官，不仅可保证不同种 类细胞的位置和分布的准确性，且打印后细胞可由自组装形成组织。 目前，尽管利用细胞打印技术构建的组织尺寸较小、结构较简单，但现有研 究工作已经验证了细胞打印技术在组织工程中应用的可行性，如打印后的鸡心肌 细胞可形成环状或圆盘状结构，可用来组成血管或者内脏结构。细胞打印技术在 构造组织或器官的探索道路上还有很多问题亟待解决，如生物材料的降解性与组 织生长率之间的匹配问题，构建复杂组织（如肾脏和肝脏）时，细胞打印技术的 分辨率和速率还远不能满足要求，以及对所构建的组织后期培养问题。 2、组织工程学的三维构建 经典的组织工程构建需要种子细胞和支架材料。支架材料定义是：可以为种 子细胞提供适合其生长的场所和发挥生物学功能的一种生物学材料，具有能模仿 天然组织的构建性能。作为种子细胞的生物学载体，理想的支架材料应具如下特 征：①良好的生物相容性。②适中的生物降解性。③具有诱导或引导组织再生的 能力。④具有一定的生物力学强度与可塑形性。⑤无毒性与无免疫原性。⑥具有 合适的孔径，利于细胞黏附生长等特点。 早期的支架构建采用单纯的铸造技术，尽管可以形成多孔，但孔径的大小无 法与细胞相匹配，无法根据计算机辅助成型技术事先确定支架内部结构及细胞与 孔径间的连接。如今，最初用于制造业的模具开发和制造的快速成型技术解决了 这一难题。快速成型技术是多种三维构建技术的总称，又称为立体自由构建，其 方法主要是先利用计算机辅助成像技术虚拟构建出三维数字结构，再依此数字化 模型，以逐层加工的模式逐步构建出所需的三维组织实体结构。 三、3D 打印与组织工程的结合 1、3D 生物打印技术与组织工程的临床应用 （1 ）人造毛细血管 德国的 Gunter Tovar 博士已经利用 3D 打印技术制造出人工血管。虽然早 在 20 世纪 50 年代，人造血管就已经被研制成功，但仅限于大动脉血管，对于