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基于喷嘴的3D打印技术

更新时间: 2019-09-25 10:20:41  查看次数: 586    

       基于喷嘴的3D打印(快速成型)技术具有广泛的多样性:熔融沉积技术(FDM)、精密挤出沉积(PED)、精密挤出制造(PEM)以及多相喷射固化(MJS)。一般来说,这种熔融过程涉及到温度的要求,这对于保持支架的生物活性是非常不利的。因此,能够解决这一过程限制的技术的提出对水凝胶支架的加工成型创造了条件。喷嘴的设计主要包括:压力驱动喷嘴、电磁驱动喷嘴、压电式喷嘴、体积驱动喷嘴。


       PAM:由Vozzi提出,与FDM技术相类似,通过气体驱动,微量调节注射器挤出技术,但是这种技术不需要加热。这种装置由能够在XYZ三轴移动的平台以及能够挤出溶胶材料的玻璃毛细管组成。通过图像识别将物体的尺寸转化为数字程序代码,控制三轴平台的移动方向、移动速率,使毛细管内的材料能够均匀连续在基板上堆积从而得到水凝胶支架。这种方法能够实现任意结构的支架的制备,所制备的支架的尺寸与材料的黏度、堆积速度、注射针头的内径以及驱动注射器的压力有关。已有研究对这一方法做了介绍,并用这种技术成功制备了水凝胶支架。


       LDM:熊等分提出了低温沉积制造(LDM)这一应用于生物医学的快速成型技术。这种挤出最大的特点就是不用对其进行加热熔融,使用低温的堆积平台,能够在Z轴自由移动的挤出喷嘴将材料挤出,通过低温平台在XY平面内的移动,溶胶在低温平台上堆积固化。将不同类型的喷嘴与LDM技术相结合,这样就形成了多喷嘴低温沉积制造技术(MDM、M-LDM),这一技术同样用来制备具有非均相的水凝胶支架,甚至可以直接把生物分子组装为具有生物活性的组织工程支架。


       Khalil等开发了一种多喷嘴低温沉积系统,它具有四种不同的微型喷嘴:气动微阀,压电式喷嘴,电磁阀与精密挤出沉积喷嘴。该系统由空气控压。在制备三维支架时,通过同时控制多个气动阀门来执行非均匀沉积。利用这种技术,可以组装出包含细胞与凝胶的多层支架结构。水凝胶也可以通过PAM技术进行加工制备。在可用于组织工程的三维快速成型微组装方法中,PAM具有最高的横向分辨率。最近,发现这种方法的特性与激光光刻技术十分相似。然而,对于直径微小的毛细管,在操作时要特别小心以防止尖端断裂。此外,需要一定的压力来驱使原料从一个小口中流出。机械铸造依赖于浆液的流变性能及沉积层的部分干燥。这表明,这种技术不能对单纯的水凝胶组分进行加工,这是该技术最根本的缺陷。最新的喷嘴系统是挤出/吸入构图系统。这种系统的优点是此装置特别适用于制备细胞封装支架,且细胞模型可以被填充在另一个细胞基体中。然而,要求所用水凝胶有一个较小的温度滞后,所以导致其应用受限。


       关于喷嘴系统在水凝胶3D打印中的应用,有几个问题需要解决。对于有限的数种材料,要解决以下几点问题:最优支架设计,支架的生物活性。因此,未来的发展将会注重于新材料的工程化,支架的设计与细胞生物学的引入。目前,基于喷嘴的快速成型技术作为连接组织与工程之间的桥梁,仍然是一种行之有效的技术。