微纳3d金属材质参数3D打印技术应用：AFM探针？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-11-25 11:45 标签： 3d金属材质参数

2023-04-03 16:28
来源:
摩方精密发布于：广东省
与活体器官、动物模型以及人体临床试验相比，具有仿生结构的三维组织器官模型在体外手术训练和生物医学设备测试等应用至关重要，因为它们不仅真实地反映了生物体的生物结构、形态和生理微环境，而且具有成本低、符合伦理道德、易于操作等优点。然而，迄今为止体外仿生组织器官模型的制造和应用仍面临许多未解决的挑战。一方面，传统注模技术所制造的器官模型缺乏精准仿制生物器官复杂结构特性的能力。另一方面，目前的器官模型无法精确模拟生物体的理化特性，例如柔韧性、粘弹性以及润湿性等。上述问题表明，目前的组织模拟材料和工程技术难以制造与人体软组织机械特性、理化微环境和仿生结构均匹配的器官模型，这对目前的仿生软组织器官模型仍然是一个很大的挑战。
基于此，中国科学院兰州化学物理研究所刘维民院士/王晓龙研究员团队在Advanced Functional Materials上发表文章Engineering Tridimensional Hydrogel Tissue and Organ Phantoms with Tunable Springiness，如图1所示，提出了一种基于共价交联网络和金属配位网络的双交联网络策略来制备刚度可调的弹性水凝胶，其弹性水凝胶的弹性模量（软硬度）可以通过调节水凝胶组分和金属配位键的密度，使其从几千帕到几百千帕之间灵活调控来匹配不同的生物软组织；同时借助数字光处理3D打印技术实现了各种结构复杂、保真度高、机械可调的湿滑水凝胶软组织器官三维结构的一体化成型，且这些水凝胶软组织器官模型具有复杂的内部通道和腔体结构、血管化的组织结构、逼真的解剖结构等。这些机械精确可调的仿生水凝胶软组织器官模型在外科手术训练、医疗设备测试和器官芯片等领域具有潜在的应用前景。
图1 弹性双网络水凝胶的设计及湿滑水凝胶软组织器官模型的制造 如图2所示，利用多种可调刚度的弹性水凝胶来匹配天然软组织的机械特性，并结合数字光处理3D打印技术制造了大脑、支气管、肺、肝脏、心脏、胃、肾脏以及肠等具有高保真度和三维复杂结构的水凝胶组织器官模型。此外，这些水凝胶软组织器官模型具有结构复杂的腔体、可灌注的微通道以及异质结构。 图2 刚度与天然软组织特性相匹配的湿滑水凝胶仿生组织器官模型 如图3所示，3D打印的水凝胶器官模型具有复杂的内部通道和腔体结构，以及更接近于天然心脏器官的外部逼真解剖结构。此外，这些类组织弹性水凝胶还具有可调控的粘弹性，且与各种活组织器官的粘弹性非常相似。 图3 湿滑水凝胶软组织器官模型的解剖细节及粘弹性能 人体组织器官含有许多复杂的血管网络拓扑结构。如图4所示，在弹性水凝胶基质内制造了许多具有可调管状拓扑结构的流体多通道网络结构。此外，在弹性水凝胶中设计和制造了具有曲折的仿生多支叉血管网络和不规则分叉和大小通道的仿生树突状血管网络。 图4 弹性水凝胶基质中制造的流体通道网络和仿生多血管网络结构 由于水凝胶基的湿滑组织器官模型可以重构与天然血管相似的微环境。如图5所示，设计的具有复杂曲折脑动脉和湿滑特性的3D打印水凝胶人脑模型可作为模拟血管内介入治疗的有效仿真平台，其为血管内介入治疗领域解决一些临床和技术挑战开辟创新新型道路。 图5 3D打印湿滑水凝胶仿生器官模型的体外导丝介入演示 相关研究工作目前以“Engineering Tridimensional Hydrogel Tissue and Organ Phantoms with Tunable Springiness”为题目发表在《Advanced Functional Materials》上，文章第一作者为中国科学院大学博士生刘德胜，通讯作者为中国科学院兰州化学物理研究所特别研究助理蒋盼博士、王晓龙研究员、刘维民院士。 该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中国科学院“西部之光”交叉创新团队项目、甘肃省科技计划项目等的支持。 原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202214885 摩方精密作为微纳3D打印的先行者和领导者，拥有全球领先的超高精度打印系统，其面投影微立体光刻（PμSL）技术可应用于精密电子器件、医疗器械、微流控、微机械等众多科研领域。在三维复杂结构微加工领域，摩方团队拥有超过二十年的科研及工程实践经验。针对客户在新产品开发中可能出现的工艺和材料难题，摩方将持续提供简易高效的技术支持方案。 来源：高分子科学前沿返回搜狐，查看更多
责任编辑：

3DScienceValley · 2018/10/18在光线下形成聚合物或长链分子的树脂或其他材料，对于从建筑模型到功能性人体器官部件的3D打印而言是十分有吸引力的。但是，在单个体素的固化过程中，材料的机械和流动特性会发生怎样变化，这一点很神秘。体素是体积的3D单位，相当于照片中的像素。图为聚合树脂单个体素的3D地形图像，被液体树脂包围。（NIST的研究人员使用样品耦合共振光流变学（SCRPR）技术来测量3D打印和固化过程中材料性质在小尺度上实时变化的方式和位置。）图片来源：NIST现在，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员已经展示了一种新型的基于光的原子力显微（AFM）技术——样品耦合共振光学流变学（SCRPR），它可以在材料固化过程中以最小的最小尺度测量材料性质在实际中的变化方式和位置。NIST材料研究工程师Jason Killgore说：“我们对工业方法产生了浓厚的兴趣，而这只是一些会议讨论的结果。”他和他的同事现在已经在“Small”杂志上发表了这项技术。三维印刷或增材制造受到称赞，可以十分灵活、高效地生产复杂零件，但其也有缺点，就是会在材料特性方面引入微观变化。由于软件将零件渲染为薄层，在打印前三维重建它们，因此材料的整体属性不再与打印零件的属性相匹配。相反，制造零件的性能取决于打印条件。NIST的新方法可以测量材料如何随亚微米空间分辨率和亚毫秒时间分辨率发展的——比批量测量技术小数千倍且更快。研究人员可以使用SCRPR来测量整个固化过程中的变化，收集关键数据，以优化从生物凝胶到硬质树脂的材料加工。这种新方法将AFM与立体光刻技术相结合，利用光线对光反应材料进行图案化，从水凝胶到增强丙烯酸树脂。由于光强度的变化或反应性分子的扩散，印刷的体素可能变得不均匀。AFM可以感知表面的快速微小变化。在NIST SCRPR方法中，AFM探针持续与样品接触。研究人员采用商业AFM，使用紫外激光在AFM探针与样品接触的位置或附近开始形成聚合物（“聚合”）。该方法在有限时间跨度内，在空间中的某一个位置处测量两个值。具体而言，它测量AFM探针的共振频率（最大振动的频率）和品质因数（能量耗散的指标），跟踪整个聚合过程中这些值的变化。然后可以使用数学模型分析这些数据，以确定材料属性，例如刚度和阻尼。用两种材料证明了该方法。一种是由橡胶光转化为玻璃的聚合物薄膜。研究人员发现，固化过程和性能取决于曝光功率和时间，并且在空间上很复杂，这证实了快速，高分辨率测量的必要性。第二种材料是商业3-D印刷树脂，在12毫秒内从液体变成固体。共振频率的升高似乎表明固化树脂的聚合和弹性增加。因此，研究人员使用AFM制作了单个聚合体素的地形图像。让研究人员感到惊讶的是，对NIST技术的兴趣远远超出了最初的3D打印应用。NIST的研究人员表示，涂料，光学和增材制造领域的公司已经开始感兴趣，有些正在寻求正式的合作。文章来源：新材料在线资料下载，请加入3D科学谷3D产业链QQ群：529965687更多信息或查找往期文章，请登陆www.51shape.com,在首页搜索关键词网站投稿请发送至2509957133@qq.com
分享:
你可能也喜欢...

我要回帖

更多关于 3d金属材质参数 的文章

 

随机推荐