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清华大学颜永年教授说“3D打印”

2013-04-24 09:23
姚看江湖
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  第三个层次,我认为我们把含有生命的比如说细胞,把它跟材料混合之后,用3D打印出来,我们会得到什么结果呢?那是比组织工程还要更加辉煌的引人入胜的结果。大家要问,组织工程挺好了,你为什么还要用3D打印的细胞的三维打印,简单说一下细胞三维打印有什么工艺,怎么打印,第三个是我们现在取得了什么进展。组织工程它难以解决细胞的密度问题,我们要培养需要上亿个细胞放到支架上去,但是组织工程的支架难以让它均匀摊开,细胞的量不够。第二,多种细胞要有特性的黏附和沉积的可操作性,用现在的方法还是有困难的。第三,支架在表面上长是单方面进去,而细胞应该是在三维环境成长。第四,往往是表面的细胞可以得到更多的营养,内层细胞营养不良。国际上很早就做出来了,但是层数多了,里面的就死了。所以说,我们需要新技术,直接把细胞采用3D打印把它打出来。

  这是有一个人在2000年在Science上发表文章,他说由肾、肺等很多器官必须在一个合适的三维结构里面,要给它创造一个合适的三维结构,大量的细胞要进去,这就是我们追求的一个方向。这条技术路线,美国的萨克斯,他就是3D打印的犹太人,很早就做出来了。Clemson也是麻省理工的教授,他们也做了很多,还有Boland这个人,他的夫人是武汉人,他搞了3D组装细胞,搞得很好。还有,还有用喷墨打印技术来做细胞打印,还有德国的这家公司,它叫生物绘图。

  这些东西最后归纳出来就是要分级结构,我们必须要有层级的结构,才能使营养能交换,排泄物能代谢出来,细胞持续生存,如果没有这个层次就不可能。这个叫3D蜂窝结构,大概2、3毫米,这是网状结构,它有几十个上百个微米,这个点到几个微米,这个丝组成了上面的棍,网上的一点就是它。所以,大家想一想,从这样的结构,我们的传统的层级方法能做出来吗?做不出来。这就是蜂窝结构,这个就是网状结构,这个叫单元结构,这三个结构我就不详细讲了。我们这种分级结构用3D打印来做,发挥了3D打印的作用,又把各种矛盾统一起来。要做这种微细的结构,我们3D打印的技术也要做相应的改进,可以沿着这四个方向去改进,我们用雾化的方式,可以用气压雾化、高压雾化、超声波雾化,也可以用连续喷射的办法来做,还有按需分配,有很多办法来做,3D打印的微喷射和微挤压技术,都是很好的技术,这个是气体雾化的一些办法。这个是给它一个电脉冲,它去挤这个流体,这些点里面都能喷出东西来,当然这个流道是方的,不是圆的,这是液压体,给它一个脉冲。这是压电式喷头结构示意图,这是尖笔直写,我们这个实验室在这方面做了很多工作,它在微细加工上面还是很有用,这是我们的实验室实验装置,这是尖笔直写的实验平台,这是我们做的分级结构,这是丝的粗细程度,丝的直径是100微米,这是50微米,做出来的结果非常的精细,这是堆出来的东西,这也是尖笔直写的不同方案。微挤压的特点也可以用来做,FDM工艺也可以做,我们国家的泰尔公司也可以拿它来做,还有金属微粒发生装置,这个炉子进行震动,颗粒当有磁场的时候可以偏转,这也是一种技术,这个好像是斯坦福大学搞的。这个是BPM工艺,冰成形工艺很接近液体的成形,这是我们学校首创的工艺。分级温控也是对骨组织工程非常有用,这个是复合喷射的办法,就是刚才分级温控,这个是用多个细胞源,用多喷头的细胞打印,实际上最后的打印技术还是不同的微挤压技术,这是一个公司做的示意图,这是它的装置图,这是光绘图工艺。

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