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16 Jan 2019, 4:12

生物3D打印之装备

根据打印原理,生物3D打印机可以分为四类,分别是喷墨式、激光直写式、光固化式及挤出式生物3D 打印机,由于前三种打印技术对打印材料、打印工艺及成形设备的要求比较高,且应用范围相对较窄,目前基于这些技术的打印装备大都为自主搭建,尚处于实验室研究阶段,还未有成熟打印装备的报道,更多的是挤出式生物3D打印机。

商用生物打印机品牌

由于挤出式生物3D 打印可以打印离子、温度和光交联型水凝胶,材料适用范围较广,工艺可受调控,且可打印复杂结构,因此市面上成熟的生物3D 打印机大都是基于挤出式打印原理研发的,包括德国EnvsionTEC公司的3D Bioplotter、美国Organovo公司的NovoGen MMX 3D Bioprinter、瑞士RegenHU公司的BioFactory 和3D Discovery 系列生物打印机

挤出式生物3D打印机组成模块

典型的基于挤出方式的生物3D打印机一般包括4个模块:三维运动模块、喷头挤出模块、成形功能模块以及辅助功能模块。

三维运动模块

三维运动模块是形成三维结构的基础模块,通过控制器控制电机转动,通过丝杠导轨带动滑块水平运动。其中运动平台的行程决定打印结构的最大尺寸,定位精度影响成形结构的精度,移动速度影响打印效率。

喷头挤出模块

喷头挤出模块包括挤出装置和喷头,利用挤出装置将储料腔内的材料通过喷头挤出,这个过程要求挤出力足够大,可以打印不同黏度的材料。挤出形式包括气压式、活塞式和螺杆式,可适用不同材料的打印。

成形功能模块

功能模块是保证材料形成三维结构的核心,主要根据水凝胶的交联原理(温敏、光敏等)设置相应的喷头加热装置、平台制冷装置、光固化装置等,以保证水凝胶挤出后,可以快速交联定形,形成精度较高、稳定性较好的三维结构。

辅助功能模块

辅助功能模块一般有摄像装置、清洗装置、灭菌装置等,用于成形过程观察、喷头处理以及打印细胞时提供无菌环境等。如下图所示,除了外观设计不同,现有商业化的生物3D 打印机的配置基本相同,均配有多喷头,支持多材料打印。

多功能集成式的生物3D 打印机价格昂贵,操作复杂,大部分用户都是生物医学背景,缺乏数控设备操作经验,使用多功能生物3D 打印机有较大难度。之前浙江大学机械工程学院一个研究团队从用户的需求及实用性出发,研发了EFL-BP 系列的生物3D 打印机。

该设备为便携式可放入超净工作台的桌面型生物3D 打印机,轻便小巧,可搭载气动、挤出、近场直写、光固化等喷头,可打印水凝胶、磷酸盐、硅酸盐、聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)等材料,且可以直接打印细胞,细胞的存活率在90% 以上。其最大特点是模块化、功能简单易用,这也是生物3D 打印设备真正实用及普及的发展方向。

YuWang 还没写个人简介...

16 Jan 2019, 4:12