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3D打印陶瓷微体系推动微流控芯片和人体器官芯片应用

芯片上的实验室-微流控芯片技能(Microfluidics)是把生物、化学、医学剖析进程的样品制备、反应、分离、检测等根本操作单元集成到一块微米标准的芯片上,主动完结剖析全进程。因为它在生物、化学、医学等范畴的巨大潜力,已经开展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科穿插的簇新研讨范畴。

  人体器官芯片(organs-on-a-chip)是近几年开展起来的一种新式前沿穿插学科技能,它以前所未有的方法见证机体的多种生物学行为,在新药发现、疾病机制和毒性猜测等范畴具有重要使用前景。

3D打印陶瓷微体系推动微流控芯片和人体器官芯片应用

马德里自治大学和陶瓷3D打印公司Lithoz联合开发了复杂的3D打印陶瓷微体系,能够推动芯片实验室和人体芯片器官的开发与使用。开发团队表明,其3D打印陶瓷器材标志着生物医学范畴的突破。 

运用LithozCeraFab7500机器(一种根据光刻的增材制作体系)将陶瓷资料与光敏树脂混合3D打印出来,这种八边形的芯片被打印出来后,经过烧结去除树脂,将陶瓷颗粒熔合在一起成为固体件。这一步很重要,由于它能够到达芯片所需求的密封资料生物医学性能要求(以避免活体资料的走漏)。

依据研究人员,这种3D打印的陶瓷芯片显示了将陶瓷材料用于生物医学使用的潜力,由于它们比玻璃或塑料具有更高的强度和更好的耐温性。

3D打印陶瓷微体系是一次性成型的,这意味着它不需求任何组件,也无需零部件保护。作为其结构的一部分,复合微体系整合了多孔膜,用来别离不同水平的细胞培养室,类似于transwell的功用。

在国内,根据3D科学谷的市场研讨,浙江大学、中科院大连化物所、大连理工大学等在微流控芯片范畴颇有建树。其间,大连化物所微流控芯片研讨团队利用工程学原理和多学科集成手法已构建了一系列功用化器官芯片体系,建立了肝、肾、肠、血脑屏障等缩微类器官模型以及多器官集成芯片体系,并开端用于生物学研讨、毒性测试和干细胞等范畴。

浙江大学贺永及其研讨团队提出了一种根据毛细驱动的3D打印微流控芯片(μ3DPADs),其无泵驱动的特色与现有的纸基微流控芯片(Paper-Based Microfluidic Analytical Devices,μPADs)类似。经过3D打印能够将2D的纸基微流控芯片扩展到3D标准。维数的增大带来的优势是可经过调控其流道深度来完成流速的可控(流场的可编程)。一系列的试验证明该芯片能够是目前2D纸基微流控芯片的有用弥补,该芯片适合于期望以无驱方法简化流体驱动的一起又期望能完成一些杂乱的活动操控。

 

在国外,Dolomite是一家世界级微流控立异公司。2016315日,Dolomite在西班牙马德里发布了一台立异型3D打印设备Fluidic Factory,它能够用于微流控和芯片试验室的3D打印。Fluidic Factory是全球第一台能够打印流体密封设备的商用3D打印机,能够供给快速、简洁、牢靠的打印服务,每片芯片的打印本钱仅需1美元。所用3D打印资料是经美国食品药品监督管理局(FDA)同意的一种巩固且半透明的资料,名为环烯烃共聚物(COC),对3D打印设备而言,这种资料容易获取而且价格便宜,几乎适用于一切使用。

 

此外,Optomec气溶胶喷射技能可3D打印微米级智能结构,该技能将使用于电子和生物医药行业,在开发本钱更低、尺度更小的下一代产品方面具有巨大的使用远景。

 

除了弗吉尼亚理工大学-维克森林大学,在微流控芯片范畴活泼的科研安排不在少数。美国康涅狄格大学等安排的科学家在Towards Single-Step Biofabrication of Organs on a Chip via 3D Printing(经过3D打印技能进行器官生物芯片的一步制作)一文中描述到,传统的微流控芯片制作技能是劳动密集型的工业,不利于试验室进行芯片规划的快速迭代和快速制作。将3D打印技能用于制作微流控生物芯片则能够在几个小时内完成微型流体通道的快速制作,有利于规划的快速迭代,提高了根据微流控研讨的跨学科性,并加快立异。

 

生物3D打印技能在制作杂乱3D人体安排结构方面具有潜力。微流控体系能够为3D 安排供给养分、氧气和生长因子。未来,先进的生物3D打印机不只能够打印微流控渠道,还能够一起在微流控渠道中直接打印出定制化的微观人体安排。

 

而关于细小器材的陶瓷打印方面,之前,德国Fraunhofer陶瓷技能研讨所和IKTS 体系研讨所研发了一项3D打印新技能,不只能够打印骨科植入物、假牙、手术工具等医疗产品,还能够打印微反应器这样非常杂乱、细小部件。Fraunhofer打印的陶瓷微反应器,包含了很多杂乱的微型通道以及两根液体连接收。微反应器中的杂乱结构以及反应器内部、外部的密封性对传统技能挑战极大,而经过陶瓷3D打印技能,能够制作出一个整体式的反应器。

 



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