在這個(gè)系列中，我們將帶您深入探索生物打印技術(shù)
在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，
探討其所帶來的變革和革新。
LUMEN X Gen 3?是一種將光固化生物打印物技術(shù)，
通過利用高度精確的激光束
來控制細(xì)胞的生長(zhǎng)和形態(tài)，
實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維生物結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)打印。
我們將通過一系列案例，
向您展示這項(xiàng)技術(shù)在
組織工程、醫(yī)學(xué)研究、生命科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用，
為您呈現(xiàn)一個(gè)嶄新的、光構(gòu)筑的生命世界。
基于可見光的4D生物打印組織支架
我們深入了解一項(xiàng)成功的應(yīng)用案例，展示了通過結(jié)合光吸收劑引起的光衰減和差異交聯(lián)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的快速形狀變化，使其具備結(jié)構(gòu)各向異性的特性。
該研究利用了3D打印機(jī)?LUMEN X?3D生物打印技術(shù)在可見光下（405納米）進(jìn)行打印，開發(fā)一種用于4D生物打印的細(xì)胞相容性生物墨水配方，可制備用于組織工程的具有形狀變化能力和載有細(xì)胞的水凝膠結(jié)構(gòu)。
客戶應(yīng)用案例【四】
Visible Light-Based 4D-Bioprinted Tissue Scaffold
新興的四維（4D）打印策略為傳統(tǒng)的三維（3D）生物打印結(jié)構(gòu)提供了改進(jìn)的替代方案，以提高組織工程應(yīng)用的合規(guī)性和簡(jiǎn)單性。然而，關(guān)于通過數(shù)字光處理（DLP）制備的簡(jiǎn)單3D生物打印結(jié)構(gòu)的報(bào)道很少。
本研究開發(fā)了一種生物墨水配方，由明膠甲基丙烯酰（GelMA）和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDM）與光引發(fā)劑和光吸收劑的混合物組成，并通過基于DLP的3D生物打印在可見光下進(jìn)行打?。?05納米）。通過差異交聯(lián)效應(yīng)，結(jié)合光吸收劑引起的光衰減，這些3D生物打印結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)各向異性，并在水合后快速發(fā)生形狀變形（低至約30分鐘）。通過控制板材厚度和帶角度的股線的結(jié)合，對(duì)3D打印結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行了精確控制。此外，4D生物打印凝膠支持細(xì)胞的活力和增殖。綜上所述，本研究引入了一種細(xì)胞相容性的生物墨水配方，用于4D生物打印，以制備形狀變形的水凝膠，可用于組織工程應(yīng)用。
4D生物打印技術(shù)：
解鎖復(fù)雜組織模擬和功能性器官的未來
3D生物打印技術(shù)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)組織模擬結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)修復(fù)/再生的功能性組織/器官，并創(chuàng)建用于藥物發(fā)現(xiàn)和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的疾病模型。然而，目前的3D生物打印方法存在時(shí)間控制方面的限制，無法重建動(dòng)態(tài)組織的復(fù)雜性和功能性。為解決這一問題，新興的4D打印技術(shù)通過提供對(duì)打印支架變形的時(shí)間控制來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的平面外組織結(jié)構(gòu)。
4D打印利用溫度、溶劑、光、磁場(chǎng)等外部線索來調(diào)整3D打印支架的配置和屬性，適用于各種材料，并可在生物打印、藥物輸送等領(lǐng)域發(fā)揮作用。然而，一些展示的4D打印結(jié)構(gòu)通常使用細(xì)胞毒性材料或刺激物，以限制其在生物打印中的應(yīng)用。4D生物制造策略包括將細(xì)胞或組織結(jié)構(gòu)植入打印結(jié)構(gòu)中，然后通過細(xì)胞友好的刺激來實(shí)現(xiàn)后續(xù)轉(zhuǎn)化，其中幾何變化是重點(diǎn)研究的方向。
4D生物打印具有許多優(yōu)勢(shì)，包括能夠模擬組織動(dòng)力學(xué)、快速構(gòu)建多細(xì)胞層狀管狀幾何結(jié)構(gòu)（如血管移植物）、改善組織結(jié)構(gòu)的功能反應(yīng)以及開發(fā)微創(chuàng)外科手術(shù)。對(duì)于組織工程、軟機(jī)器人、執(zhí)行器、傳感、藥物輸送等應(yīng)用，變形水凝膠的生物相容性和溫和的印刷條件特別有吸引力。由天然生物材料制備的3D生物打印結(jié)構(gòu)采用水合基質(zhì)，其機(jī)械特性與細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)非常相似，可以提供細(xì)胞結(jié)合位點(diǎn)以增強(qiáng)活力、增殖、分化和組織特異性ECM沉積。然而，由天然生物材料制備的3D生物打印組織結(jié)構(gòu)無法響應(yīng)外部線索和靜態(tài)性質(zhì)，從而限制了它們?cè)诠こ虅?dòng)態(tài)組織中的應(yīng)用。此外，軟水凝膠不適合打印復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)，如懸垂和流明。為克服這些挑戰(zhàn)，4D生物打印可以通過提供對(duì)細(xì)胞友好的線索最終創(chuàng)建復(fù)雜的幾何形狀。
圖1：印刷結(jié)構(gòu)的生物墨水可印刷性、流變學(xué)和機(jī)械特性。a） 用于DLP 3D生物打印機(jī)的打印參數(shù)；b） STL模型的不同設(shè)計(jì)在優(yōu)化打印條件下的可打印性（比例尺=5mm）；c） 3D打印凝膠的振幅（i）和頻率掃描（ii）圖；d） 3D打印凝膠在5-25%應(yīng)變范圍內(nèi)的壓縮模量。
方案1:P2G12.5生物墨水在PBS或細(xì)胞培養(yǎng)基中的4D打印/生物打印方法。1.在DLP生物打印機(jī)中設(shè)置STL模型切片和打印參數(shù)；2.生物墨水成分；3.打印過程的放大視圖；4.水化后的印刷結(jié)構(gòu)和變形結(jié)構(gòu)。
圖2：水合作用對(duì)不同尺寸平板的影響。a（i）尺寸為20.20 X 16.20 X 1.20 mm3的STL銼刀平板的等距視圖；a（ii）平衡膨脹后的變形形狀；a（iii）穩(wěn)定的空心管，無泄漏。（比例尺=5 mm）；b（i）STL銼刀平板的等距視圖，尺寸為15 X 10 X 0.8 mm3；b（ii）平衡膨脹后的變形形狀；b（iii）穩(wěn)定的中空管，無泄漏，用藍(lán)色溶液染色（比例尺=1 mm）（長(zhǎng)度（L）X寬度（W）X高度（H））。
圖3：間隔線束對(duì)幾何構(gòu)型的影響。a（i）具有不同瓣葉厚度的STL星形的側(cè)視圖（#1:0.6mm；#2:0.8mm；#3:1.0mm；#4:1.2mm；#5:1.5mm）；a（ii）俯視圖；a（iii）每張傳單的尺寸；b（i）在DI水中平衡溶脹2小時(shí)后變形形狀的側(cè)視圖；b（ii）變形形狀的俯視圖；b（iii）從DI水中移除結(jié)構(gòu)后的變形形狀穩(wěn)定性（比例尺=10mm）。水化對(duì)0.5 mm平板基底上具有0.3 mm高度和0.2 mm股間間隙的縱向、45°、橫向成角度股線的影響；c（i，ii，iii）尺寸為15 X 10 X 0.8 mm3的線束縱向、橫向、45°排列的圖像；d（i，ii，iii）在DI中平衡后的變形形狀，用于15 X 10 X 0.8 mm3尺寸的絞線的縱向、橫向、45°排列。（比例尺=1 mm）。
本文研究提出了一種針對(duì)基于DLP的?LUMEN X?3D生物打印進(jìn)行4D生物打印優(yōu)化的新型生物墨水配方。4D生物打印凝膠具有細(xì)胞相容性，并通過良性提示介導(dǎo)的水合形式引發(fā)大而快速的形狀變化。由此制備的4D打印凝膠可以獲得復(fù)雜的幾何形狀，如管狀結(jié)構(gòu)，適用于再生和疾病模型等各種組織工程應(yīng)用。利用創(chuàng)新的設(shè)計(jì)策略進(jìn)一步優(yōu)化基于這種生物墨水的4D生物打印結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何形狀，如軟骨、腺體結(jié)構(gòu)和軟機(jī)器人的抓手等。簡(jiǎn)單的幾何形狀，如平板或基于數(shù)學(xué)模型的預(yù)編程設(shè)計(jì)，可以通過DLP快速打印，以在細(xì)胞友好的提示（如水合作用）刺激后實(shí)現(xiàn)充滿細(xì)胞的多層復(fù)雜幾何形狀。涉及載有細(xì)胞的多層結(jié)構(gòu)的4D生物打印可為制造血管移植物和懸垂結(jié)構(gòu)提供快速方法，避免其他3D生物打印方法中的打印時(shí)間增加和苛刻打印條件所帶來的細(xì)胞損傷和細(xì)胞毒性。
LUMEN X?是一款高端的光固化生物打印機(jī)，通過新型生物墨水配方實(shí)現(xiàn)基于DLP的4D生物打印優(yōu)化，創(chuàng)造復(fù)雜幾何形狀。適用于組織工程，如再生和疾病模型。優(yōu)化4D生物打印結(jié)構(gòu)，包括軟骨、腺體和軟機(jī)器人抓手。快速制造血管移植物和懸垂結(jié)構(gòu)，避免細(xì)胞損傷和毒性。
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