3D生物打印技术一一让器官涅架重生 16300680178雷然冉 技术原理 3D打印技术属于“增材制造技术”“快速成型技术”“实体自由制造”范 畴,目前主流技术种类繁多,包括有:立体光刻法(SLA)、熔融沉积技术(FDM)、 选择性激光烧结(SLS)、三维打印成型(3DP)、电子束自由成形制(EBF)、直接金 属激光烧结DMLS)、电子束熔化成型(EBM)、选择性激光熔化成型(SLM)、选择 性热烧结(SHS)等。根据不同打印技术的原理和方法,每种3打印机的打印适材 有所区别。 FDM head IPCL filament Computer-controlled OO) Movable platform Resin reservoir oated glass plat LCD graymask I-ya\e> Digital mirror device(DMD) PCL extrudate Mommseaffold Platform Fig. 1 Schematic illustrations of typieal 3D printing technologies: al stereolithography Reprinted from Ref. [4 ]: Copyright (2010), with permission from Elsevier) and b) fused deposition modeling( Reprinted from Ref. [5 ]: Copyright( 2002),with 图13D生物打印机及其内部结构 3D生物打印的基本原理是以生物材料(如各种水凝胶)或活细胞作为“生物 墨水”,首先利用计算机辅助设计(CAD)进行三维模型构建,打印机按照计算机 输出的图层文件进行层层叠加后打印出完整三维结构的产品,再经后期体外培 养处理,最终形成具有生理功能的组织或器官。3D生物打印技术的最终目标是 贺超良,汤朝晖,田华雨,陈学思3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展[高分子学报, 2013,(06):722-732[2017-09-23]
3D 生物打印技术——让器官涅槃重生 16300680178 雷然冉 一、 技术原理 3D打印技术属于“增材制造技术”“快速成型技术”“实体自由制造”范 畴，目前主流技术种类繁多，包括有:立体光刻法(SLA)、熔融沉积技术(FDM)、 选择性激光烧结(SLS)、三维打印成型(3DP)、电子束自由成形制(EBF)、直接金 属激光烧结(DMLS)、电子束熔化成型(EBM)、选择性激光熔化成型(SLM)、选择 性热烧结(SHS)等。根据不同打印技术的原理和方法，每种3D打印机的打印适材 有所区别。 图 13D 生物打印机及其内部结构1 3D生物打印的基本原理是以生物材料(如各种水凝胶)或活细胞作为“生物 墨水”，首先利用计算机辅助设计(CAD)进行三维模型构建，打印机按照计算机 输出的图层文件进行层层叠加后打印出完整三维结构的产品，再经后期体外培 养处理，最终形成具有生理功能的组织或器官。3D生物打印技术的最终目标是 1贺超良，汤朝晖，田华雨，陈学思.3D 打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展[J].高分子学报， 2013，(06):722-732.[2017-09-23]
实现打印出的组织和器官血管化,以构建出具备完整生物学功能的组织和器 官,来精确修复或替代人体病变或衰老的组织和器官。2 A B C 图23D打印步骤 水凝胶是由高聚物的三维交联网络结构和介质共同组成的多元体系,作为 新型的生物医用材料引起了研究者们的广泛关注。医用水凝胶具有良好的生物 相容性,其性质组成与细胞外基质相类似,表面粘附蛋白质和细胞的能力弱, 基本不影响细胞的正常代谢过程。水凝胶的存在可以进行细胞的保护、细胞间 的黏合扩展及器官的构型。因此,水凝胶成为包裹细胞的首选。医用水凝胶、 生物交联剂(法)、活细胞共同组成生物3D打印所需的“生物墨水”。3 二、技术应用 2.1人造骨骼 廖俊琳,王少华,陈佳,谢红炬,周建大3D生物打印在组织工程软骨再生与重建应用中的研究进展[中 南大学学报(医学版),2017,42(02)221-2252017-09-22 罗文峰,杨雪香,敖宁建生物医用材料的3D打印技术与发展[]材料导报,2016.3013):81-86,201
实现打印出的组织和器官血管化，以构建出具备完整生物学功能的组织和器 官，来精确修复或替代人体病变或衰老的组织和器官。2 图 23D 打印步骤 水凝胶是由高聚物的三维交联网络结构和介质共同组成的多元体系，作为 新型的生物医用材料引起了研究者们的广泛关注。医用水凝胶具有良好的生物 相容性，其性质组成与细胞外基质相类似，表面粘附蛋白质和细胞的能力弱， 基本不影响细胞的正常代谢过程。水凝胶的存在可以进行细胞的保护、细胞间 的黏合扩展及器官的构型。因此，水凝胶成为包裹细胞的首选。医用水凝胶、 生物交联剂(法)、活细胞共同组成生物3D打印所需的“生物墨水”。 3 二、技术应用 2.1人造骨骼 2廖俊琳，王少华，陈佳，谢红炬，周建大.3D 生物打印在组织工程软骨再生与重建应用中的研究进展[J].中 南大学学报(医学版)，2017，42(02):221-225.[2017-09-22] 3罗文峰，杨雪香，敖宁建.生物医用材料的 3D 打印技术与发展[J].材料导报，2016，30(13):81-86.[2017- 09-23]
由于人体骨骼形态不规则,个体形态差异较大,因此,个性化定制人工骨 骼在临床应用中有广泛的需求。南方医科大学黄华军等,3D打印出骨折复位模 型以及钢板模型,在3D模型上按照数字化设计内固定方案进行模拟手术,结果 显示3D打印技术结合数字化设计能有效的提高复杂胫骨平台骨折内固定植入效 果 图33D打印骨骼 2.2人造血管 德国的 Gunter Tovar博士利用3D打印双光子聚合和生物功能化修饰制作出毛 细血管,具有良好的弹性与人体相容性,不但可以用于替换坏死的血管还能与
由于人体骨骼形态不规则，个体形态差异较大，因此，个性化定制人工骨 骼在临床应用中有广泛的需求。南方医科大学黄华军等，3D 打印出骨折复位模 型以及钢板模型，在 3D 模型上按照数字化设计内固定方案进行模拟手术，结果 显示 3D 打印技术结合数字化设计能有效的提高复杂胫骨平台骨折内固定植入效 果。 图 33D 打印骨骼 2.2人造血管 德国的 Gunter Tovar 博士利用3D打印双光子聚合和生物功能化修饰制作出毛 细血管，具有良好的弹性与人体相容性，不但可以用于替换坏死的血管还能与
人造器官结合,还可能使构造的组织与器官实现再生血管。 图43D打印人造毛细血管 图53D打印人造心脏血管 2.3人造器官 来自杭州电子科技大学徐铭恩团队自主研发出一台生物材料3D打印机,目 前已在这台打印机上成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织、肝单元等。20l 年美国 Wake Forest University的 Anthony Atala在TED大会上展示了3D打
人造器官结合，还可能使构造的组织与器官实现再生血管。 图 43D 打印人造毛细血管 图 5 3D 打印人造心脏血管 2.3人造器官 来自杭州电子科技大学徐铭恩团队自主研发出一台生物材料 3D 打印机，目 前已在这台打印机上成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织、肝单元等。2011 年美国 Wake Forest University 的 Anthony Atala 在 TED 大会上展示了 3D 打
印肾脏的技术,至此,3D打印人造器官技术取得了长足的发展。 图63D打印肾脏 2.4皮肤修复 研究者探索将不同细胞外基质应用于皮肤3D打印技术中,最大限度提升皮 肤的活性及其他天然属性,从而有效促地进移植后受损皮肤的修复及打印皮肤与 正常皮肤创缘的融合
印肾脏的技术，至此，3D 打印人造器官技术取得了长足的发展。 图 6 3D 打印肾脏 2.4 皮肤修复 研究者探索将不同细胞外基质应用于皮肤 3D 打印技术中，最大限度提升皮 肤的活性及其他天然属性，从而有效促地进移植后受损皮肤的修复及打印皮肤与 正常皮肤创缘的融合