生物3D打印的冰与火之歌 – 盘点温控式打印工艺

发布者:上普科技 发布时间:2019-04-20 浏览次数:650

熟悉《权力的游戏》的小朋友们都知道这部美剧是改编自马丁老爷子的小说《冰与火之歌》,也是讲述了在一个虚构的中世纪世界里,各大家族还有入侵者相互斗争的故事。里面出现了众多家族、种族、人物,代表着不同的信仰、使命和目标,共同“谱曲”一首冰与火之歌。

在生物3D打印领域,温度控制基本打下了这项工艺的江山。如今,我们也来盘点一下在温控领域的各大代表家族(工艺)



1. 生物3D打印领域的坦格利安家族


FDM熔融沉积打印

冰与火之歌中,龙母所在坦格利安家族(House Targaryen)曾是维斯特洛大陆的统领者,即使王位更迭,在大陆中还是拥有广大的支持者。而坦格利安家族最具代表性的龙,也是火炎焱的代表。



不必多言,最早的3D打印工艺之一——FDM技术就是温控3D打印工艺的王者,历时30余年经久不衰,也是目前普及最广的3D打印工艺,可谓是生物3D打印领域的坦格利安家族。据南极熊报道,仅深圳一家公司创想三维FDM 3D打印机年出货量已经大于10万台。

FDM工艺虽然原理简单,但也能在生物3D打印领域大展身手。主要的应用领域如下:

a.打印普通塑料

可应用于3D打印体外病例模型、手术导板、3D打印体外假肢或矫形辅具等领域,该层次的应用极大的发挥了3D打印在个性化定制方面的优势,帮助相关病人量身定做相关手术模型或治疗工具,可使病人得到更好的治疗。

b.打印不降解的骨科新王者材料——PEEK

PEEK打印温度在300度以上,热稳定性强,生物相容性好,且相比金属植入物更接近人体骨骼,目前正成为骨科不降解植入物的新王者。

c.也可打印PCL,PLGA及PLLA等可降解高分子材料

很多目前火爆了的三类医疗器械产品都是基于可降解高分子材料制成,例如最近很火的乐普刚刚获批的可降解心脏支架NeoVas,就是基于PLLA的。


PEEK3D打印 图片来源于 3D打印技术参考


2. 生物3D打印领域的兰尼斯特家族


金属3D打印


兰尼斯特家族的代表颜色是金色与红色,象征财富与血性。在生物3D打印领域,最能代表兰尼斯特家族的就是金属3D打印了。



无论是激光还是电子束金属3D打印工艺,其原理还是用能量束产生的热量来融化金属。堪称金色与红色交融的3D打印工艺。3D打印的生物相容性金属植入物也是一种生物3D打印应用。目前,3D打印金属植入物厂商爱康医疗已获得多个CFDA上市许可证书,产品已应用于临床。


3D打印金属植入体 图片来源于 3D打印技术参考


3. 生物3D打印领域的异鬼


低温沉积制造


随着第八季的开播,我们熟悉的白走人(White Walkers)叕叕来啦!所到之处可谓是“千里冰封,万里雪飘”,除了自带冰雪,白走人还有起死回生的超能力。其实,生物3D打印领域也有像白走人一样强大的工艺技术。



熔点很高的塑料可以用温控方式打印,熔点很低的水是否可以用温控方式打印成冰呢?


约20年前,清华大学生物制造与医疗器械前沿创新中心创新性的将“滴水成冰”的自然现象应用到了生物3D打印领域,独创了集成生物3D打印与冷冻干燥技术的低温沉积生物3D打印技术。

低温沉积3D打印技术集成了生物3D打印与冷冻干燥微观制孔技术的优势,可实现同时具有宏观可控空隙(百微米级)与微观微丝空隙(十微米级)的组织工程支架的3D打印,提高了支架内的细胞种植率,更有利于细胞在支架内部的生长和组织功能的实现;冷冻干燥法的使用,也扩张了适用此工艺的材料多元性(PLGA,PU,PLA等任何适用冷冻干燥法的材料);通过支架图案结构的设计,还可以控制支架的降解速度和力学性能,从各方面满足理想的骨组织工程支架材料要求。



4 生物3D打印领域的史塔克家族


细胞3D打印


史塔克家族的兴衰可谓是让人无尽唏嘘,如今,史塔克家族有幸活到现在的角色们,无论是英勇无畏的囧雪、聪明有城府的三傻、擅长暗杀和易容的啊呀,还是化身三眼乌鸦的布兰,可谓各个身怀绝技。


生物3D打印领域,目前最流行的是基于温敏生物材料的细胞3D打印工艺。相比其他类型的细胞3D打印工艺,温敏材料的优点明显,也应用越来越广。而温敏材料因为交联的原理不同,也是各有所长,可以看看下表的对比。


温敏材料对比表

3D打印肿瘤模型