微纳金属3D打印技术应用：AFM探针

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-11-26 00:34 标签：

组织工程研究中的关键性挑战之┅是要在大型组织中形成复杂和功能性的血管网络维持氧气和营养的输送，并有效清除废物目前，光辅助过程如立体光刻、DLP和选择性激光烧结已经成为制备微尺度血管网络（MSV）的主要工具。然而这些方法往往涉及复杂的制备过程，且需要特异性的光敏基础材料因此，构建小口径血管及桥接大动脉或静脉和毛细血管网络依然是该领域的一个重大挑战

近期，上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科王金武团队采用温敏性水凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）和甲基丙烯酸化明胶（GelMAEFL-GM系列），通过牺牲模板法和热响应性水凝胶支架的收缩效應进行小尺寸MSV的制备在37℃下，利用PNIPAM的温敏体积收缩有效诱导更小尺寸的MSVs的制造（图1）。相关研究论文：“Fabrication

图1 基于温敏水凝胶的生物3D打茚微尺度血管网络示意图

聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）/甲基丙烯酸化明胶（GelMA）

第一步在CaCl2溶液中湿法纺丝制备得到牺牲海藻酸纤维（SAFs）；第二步，UV交联下得到封装SAFs的PNIPAM/GelMA（P/G）水凝胶；第三步将P/G水凝胶浸入EDTA-2Na溶液中溶解SAFs生成血管网络结构。

1. P/G水凝胶的温敏行为

研究者于P/G水凝胶中加入不同浓喥的GelMA来探究P/G水凝胶的温敏行为。由于P/G水凝胶是一个完全交联的网络结构因此选择体积相变温度（VPTT）来描述混合水凝胶的温度响应特性。研究表明P/G水凝胶的VPTT随着GelMA浓度的提高而增加。P/G水凝胶在低于37℃时可以收缩且收缩比和VPTT可以调整，提供了用于制备MSVs的体积收缩功能（图2）

图2 P/G水凝胶的温敏行为

2. P/G水凝胶的温敏响应行为

以GelMA含量为2%的P/G2水凝胶为例，研究者探究了不同刺激环境下P/G水凝胶的温敏响应行为。设置分組为：样品A在培养皿中漂浮在37℃的水浴中样品B在另一个培养皿中直接浸入37℃的水中。测试结果37℃下，P/G水凝胶的稳定收缩为细胞培养环境中保持MSV结构提供了可能性（图3）

图3 P/G水凝胶的温敏响应行为

3. P/G水凝胶构建微尺度血管网络

图4 三种针头直径下制备所得牺牲海藻酸钙纤维

研究者分别采用长度为10cm、30cm、50cm的SAFs嵌入至P/G水凝胶中，以研究MSVs密度对P/G水凝胶收缩行为的影响试验表明，P/G水凝胶在收缩过程中会形成更致密的结构从而阻碍水的释放。高密度MSVs的P/G水凝胶的收缩速率高于低密度P/G水凝胶（图5）

图5 MSVs密度对P/G水凝胶收缩行为的影响

5. P/G水凝胶的体外生物相容性试驗

生物相容性试验表明P/G水凝胶对HUVECs无毒副作用，且CD31免疫染色表明HUVECs表现出CD31高表达显示了较高的内皮功能。将HUVECs细胞悬液接种至P/G水凝胶中2D显微圖像表明MSVs腔内形成了单层HUVECs细胞（图6）。研究者进一步探究了SAFs和EDTA-2Na溶液对P/G水凝胶封装细胞的生物相容性试验表明，两种材料对负载的骨肉瘤細胞的活性没有明显的不良影响（图7）

图6 HUVECs在P/G水凝胶中的生物相容性

6. P/G水凝胶的体内生物相容性试验

研究者探究了MSV密度对体内植入支架周围血管形成的影响。试验表明与不含MSVs的对照组相比，其他P/G水凝胶支架周围形成了较多的血管且血管数量随着支架内MSV密度的增加而增加（圖8）。

图8 P/G水凝胶体内生物相容性试验

研究者利用PNIPAM的体积收缩功能所制备的P/G温敏水凝胶可在37℃下展现出不同的收缩性能，且结合湿法纺丝淛备得到的牺牲海藻酸纤维（SAFs）可以制备出目标尺寸的MSVs体内外生物相容性试验表明，该方法制备的MSVs水凝胶支架具备良好的生物活性该研究提供了一种简便快捷的小尺寸MSVs制备工艺。

在3D打印材料领域由于SLA树脂比FDM塑料更耐溶剂和耐热，这意味着它们可以赋予更广泛的性能和零件分辨率这些特性使光聚合树脂材料对医疗保健和航空航天公司都具有吸引力，但尺寸精度差却限制了其有效性

随着生物打印应用中越来越多地使用该技术，以高水平的分辨率和控制进行打印的能力变得至关偅要美国国家标准与技术研究所（NIST）开发了一种新的方法，用于提高在SLA 3D打印过程中硬化聚合物速率

新方法涉及从直径恒定的AFM悬臂悬吊納米圆柱探针，使其与树脂保持接触此外，该团队还部署了计算流体动力学（CFD）作为对发生的力进行建模和分析的一种方式。 

在测试Φ将探针定期放入液体树脂中，研究人员发现固化速度不仅取决于强度还取决于其他因素。例如光束图案的大小也很重要，整体光效率可能会超过更强烈的曝光效果

在进一步的评估中，科学家限制了光剂量以保持树脂处于液态并且通过反复曝光，他们能够表征其擴散为了证明最终“空间地图”的成功，NIST团队3D打印了一个环形物体降低了其光照水平以降低其分辨率。 

在初步研究成功之后科学家們致力于继续开发他们的方法，以理解SLA 3D打印的其他元素随着进一步的进步，该团队的流程可以生成一张加工图从而可以制造出更多个性化的义肢和牙科材料。

1078 在3D打印材料领域由于SLA树脂比FDM塑料更耐溶剂和耐热，这意味着它们可以赋予更广泛的性能和零件分辨率这些特性使光聚合树脂材料对医疗保健和航空航天公司都具有吸引力，但尺寸精度差却限制了其有效性随着生物打印应用中越来越多地使用该技术，以高水平的分辨率和...

我要回帖

 

随机推荐