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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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        这是细胞的低温凝胶化成形,这三种材料我们要把它融合起来,通过喷头、通过喷射、通过微挤压、通过各种办法,把它喷出一个结构出来,明胶在里面起了很重要的作用。这个是我们学校的多细胞组装机,我们国内第一台细胞组装机就是我的学生做的,我们现在已经做了好几种,最多可以是四种细胞同时组装。这是一种键,蘸水笔的技术,现在用来做纳米,很多纳米技术,很多微纳加工的技术,可以和我们3D打印结合起来,产生一些新的技术。这是双微滴喷射系统,这是Bioplotter工艺,在无菌环境里面,过滤压缩,这个材料里面是含有细胞的。细胞3D打印在这个概念下发展得很多,这个是我们学校的第一台细胞3D打印机,这是计算机系统,这是它的平台。细胞微囊技术,微囊创造了一个很好的细胞环境,这是高的电压,让它拉出来,这是在静电的作用下拉出来,还有一种叫做激光直写,大家看这个图,这个激光通过照到液体里去,通过力学分析可以算出来,这个直点沿着光束往前进,这个可以说是活的细胞,一颗一颗细胞进去排列起来,我们可以做一些医学上很重要的用处,我们叫细胞芯片。这也是做细胞芯片的一些手段。

          这是美国的克莱姆森大学做的试验,他是带有光固化的材料,带有明胶,细胞喷上去,铺一次明胶,再打一层细胞,最后固化,细胞就在明胶里形成结构。这个就是紫外光曝光的技术,对细胞的损伤可能会有,我认为并不是非常好的技术,但是它可以做出很精细的结构,这个都是它的示意图,这个是设备的图,这个是它做用机心的细胞来做的结构。这个是它的设备,这个是我们学校做的细胞微滴组装,这也是它的示意图,它可以做到好几个装细胞的东西,这是打出来含有不同梯度的细胞的网格,它可以进行物质交换。这个是一些成果,用肝细胞、明胶、海藻酸钠做出来的结构,这是用心肌细胞做的,我们把老鼠的心肌细胞堆积,这是心肌细胞体外培养的状态,这是肝细胞,做的是3D打印培养的情况,具有肝功能的,我们拿到校医院去检测,它有肝功能。这是心肌细胞体外培养的情况,这个大家可以看它在动,我们学校培养出了这个心肌补片,它的厚度超过了国外的厚度,为什么?因为我们用了一个很好的三维结构,所以说把这个贴到心脏衰竭的病人身上去,可以帮助心脏的跳动,延长他的生命。

  干细胞的三维组装用处很大,我们用不同地方的干细胞都做过实验,这是第二代细胞受控组装机。这是多喷头,两个喷头里面放了两种细胞,在混合器里面混合喷射出来。这个是单种材料的很复杂的三维结构,这个是模拟细胞的梯度结构,怎么让它按照我们要求的梯度去成形。

  最后,我再谈谈一点感想。生物制造从生物质制造发展到仿生制造到生命体的制造,包括组织器官这种广义的生物制造,是学科交叉、融合和发展,以及健康产业在国民经济中比重增加的直接结果。上世纪80年代出现的组织工程由于和3D打印的结合,拓宽延伸到不同的领域里去,它是细胞生物学、材料科学和制造科学的最新交叉融合。基于3D打印技术的细胞三维受控组装工艺,是生物制造中最为核心的技术,其目标为具有新陈代谢特征的生命体的成形和制造。细胞直接三维受控组装,是其中最新的发展,使人类可以按照器官解剖学的数字模型,通过控制单个细胞和细胞团簇的3D组装,最终实现可整合于人体新陈代谢系统,用于修复和替代病损组织和器官的人造器官。生物制造的出现克服了传统组织工程的许多技术困难,使得人体组织和器官的再生手段大大丰富和加强。美国这个获得诺贝尔奖的Gilbert预言,用不了50年,人类将能培育人体的所有器官。这个产业现在在美国已经兴起,我这个PPT是三年以前的,它已经达到了40亿美元的规模,很快超过了现在RP的规模。

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