热门标签-网站地图-会员投稿- 手机版:m.3ddayin.net ca88亚洲城_ca88亚洲城官网_ca88亚洲城官网【首页】,中国3D打印第一门户网!
当前位置:ca88亚洲城 > ca88亚洲城 > 调研报告 > 正文

生物3D打印行业研究报告(一)

时间:2018-06-01 08:49 来源:南极熊 作者:ca88亚洲城_ca88亚洲城官网_ca88亚洲城官网【首页】 阅读:
极光尔沃
     3D打印是一种新型快速喷墨打印技术,基于离散-堆积原理利用高温、激光或挤压对原料进行塑形,逐层喷墨完成立体模型构。相较于传统减材建模技术,具有定制化、高精度、一次成型的特点。
 

3D打印技术的核心思想最早起源于19世纪末,1860年一项多照相机实体雕塑专利由法国人Francois Willem申请登记,到1986年第一台ca88亚洲城诞生于美国,由查尔斯.赫尔牵头成立了“3D系统”公司,利用UV光源实现液态光敏树脂固化(SLA)。1988年,来自美国的Scott Crump发明熔融沉积成型技术(FDM),第二年C.R.Dechard发明了选择性激光烧结技术(SLS)为3D打印技术带来了更丰富的可能,可以广泛适用于尼龙、金属、陶瓷等粉末状原材料。1991年Helisys发明LOM技术,1995年快速成型技术被美国麻省理工学院的两名学生命名为3D打印,通过利用胶水结合传统喷墨打印机成功打印出立体模型。2008年Objet Geometries公司推出第一台能够同时使用几种不同原料的ca88亚洲城。自此,3D打印技术逐渐引发人们的关注。

3D打印通过与生物材料和细胞生物学结合,生物3D打印为仿生及再生医学领域提供了广阔的发展前景。2000年左右生物3D打印开始被应用于医用手术导板,此后美国克莱门森大学的Thomas Boland教授提出了器官打印的概念,将细胞与3D打印技术结合。随后,生物3D打印技术被应用于临床,用于打印医用植入物。美国、Organova作为生物3D打印领域的领头羊,同时与多家公司及科研机构合作,先后提出了皮肤、肝脏及肾脏的3D打印技术,在2014年宣布生物3D打印肝脏进入临床试验阶段,2015年利用细胞打印实现 “肾单位”构建并表达一定功能。

未来,生物3D打印有望应用于定制化治疗,人们期望能够通过3D打印直接打印出组织器官,应对当下移植器官大量缺乏的困境,减少治疗成本,加速医疗水平进步。

1. 生物3D打印分类
生物3D打印主要利用电脑辅助累积技术,精确控制不同生物材料在3D结构中的位置,使之能够相互配合,实现生物活性,模拟天然组织器官功能,可以分为两类:生物材料打印和活性组织打印。



生物3D打印分类

1.1 生物材料打印
生物材料打印是利用钛合金、生物陶瓷、多聚物等高生物相容性材料,基于3D打印技术进行的生物模型构建。生物材料打印手段与传统3D打印手段较为接近,主要有:激光熔化技术(SLM)、电子束熔融技术(EBM)、光固化成型技术(SLA)、选择性激光烧结技术(SLS)及熔融沉积成型技术(FDM)。

SLM利用激光熔化原料粉末,快速成型,适用于复杂模型,常用于构建多空骨骼结构,但在材料表面及精度上还不完善。EBM基于高能电子束对原料粉末的熔融作用实现分层建造,精度高,可用于复杂成型,适用于金属材料。SLA利用UV光源对光敏树脂实现固化,操作性好,能够构建复杂模型适用于组织工程支架构建,但材料限制性较大。SLS是利用粉末材料在激光照射下高温烧结的原理,通过计算机控制光源定位装置实现精确定位,然后逐层烧结堆积成型,适用于多聚物和生物陶瓷建模。FDM利用热源实现丝状材料熔融建模,主要适用于熔点较低的多聚物材料。生物材料打印在环境控制上有别于传统3D打印技术,需要在无菌环境下操作并对产品进行二次灭菌,保证产品的安全性。

1.2 活性组织打印
活性组织打印整合了细胞、生长因子及生物材料支架,以细胞油墨为打印材料,构建组织样结构,重点在于选材、确认细胞种类、生长因子及分化诱导等关键因素的控制。活性组织打印技术手段主要有两种:喷墨生物打印和注射式生物打印。

喷墨生物打印是目前最常见的活性组织打印技术,成本较低,通过升降式打印平台控制生物墨水维度,目前高分辨率生物ca88亚洲城能够将含细胞液滴控制在1~300pl,喷射速度在1~10000滴/秒内可调,能够精确打印50μm级图案。其墨水挤出方式分为热驱动和声波驱动两种,热驱动喷头利用局部电阻加热产生气泡,挤压喷头内生物墨水获得液滴,打印速度较快,但在液滴控制能力上存在缺陷,且高温易造成细胞损伤和喷头堵塞等问题。声波驱动利用声波配合超声场喷射液滴,通过控制超声强度、脉冲、持续性和振幅控制液滴大小和喷射速度,精确度高,可进行RNA及DNA水平的操作,但其剪切力易造成细胞损伤。

注射式生物打印直接利用压缩空气推动活塞,连续挤出注射筒中材料,适用于粘度范围在30~6×107 mP·s的高粘度生物墨水,具有构建高细胞胞浓度组织器官潜力,一定程度上模仿胞外基质力学性能,在血管网络构建过程中极具优势。

理想型生物3D打印技术


2.生物3D打印技术流程
生物3D打印流程主要分为三个阶段:打印前建模,3D打印,打印后优化。打印前建模首先要进行生物组织活检,依托于医学扫描成像技术获取数据,通过分层数据处理获得2D信息并输入ca88亚洲城中。ca88亚洲城启动后,对非液态原材料进行液化,并对液态材料进行逐层打印。产品打印完成后,需要进一步通过理化手段进行稳定,植入生物体或进入孵化箱后续培养。


生物3D打印技术壁垒

1.原料
生物3D打印公司通常从原料公司购入初级原材料,生物墨水、PEEK粉末、磷酸钙粉末等,由于制备方法的差异,不同公司同种材料差异较大,生物3D打印公司需根据自身产品需求谨慎挑选原料供货商。同时,由于技术限制,材料存在批次间差异,在高精度生物3D打印过程中需要根据不同批次对打印参数进行微调,产生浪费。

2.研发&质量控制
生物材料打印目前面临的主要问题是缺乏标准化,虽然已有PEEK颅骨、3D打印关节应用于患者,但国际与国内社会对于3D生物材料打印还没有较为完善的监管体制,不同公司产品在材料及技术上有较大差异,在生物相容性、产品强度、密度、热导等方面缺乏具体的行业标准。

相较于生物材料打印,3D活性组织打印面临着更加困难的挑战。首先,生物3D打印需要有3D模型,人体组织通常是由细胞到微结构,多级结构分工合作构成完整的器官,目前这些器官还没有被人类研究透彻,因此在3D打印模型建造过程中,细微功能性结构刻画很难面面俱到,其终产物也很难达到天然器官替代品水平。且目前的活性组织3D打印多建立于支架结构与多元细胞组合的基础上,一旦这些组织应用于人体,支架结构将如何代谢出体外也是目前面临的一大技术难题。

其次,活性组织打印技术还不成熟,一是在打印特定的活性组织过程中,选择什么细胞、采用何种细胞浓度、生物墨水的成分及比例、如何塑形并固化生物墨水、如何做到不同种细胞在3D打印组织中的精确定位等仍存有较大的试验成分。二是,在生物3D打印过程中,由于不同品系原料细胞对于生长环境需求的差异,还需要调整细胞载体中生长因子等营养成分比例,同时保持生物墨水易于塑形的理化性质。

最后,组织在体内成活一个重要指标是供血,生物3D打印组织应用于人体的过程中,面对个体差异,将组织结构与受体组织血管精准对接并实现供血,到目前为止还没有实现,因此生物3D打印还停留在一个距离市场推广应用相对较远的阶段。
(责任编辑:ca88亚洲城_ca88亚洲城官网_ca88亚洲城官网【首页】)
weixin
ca88亚洲城