熔融靜電打印的三維生物支架

來源：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

熔融靜電打印工藝是指熔融的聚合物在電場力的作用下噴射出細(xì)絲，通過接收平臺的移動來實(shí)現(xiàn)打印過程，通過熔融靜電打印工藝可實(shí)現(xiàn)微納米級（800 nm ~ 50 μm）聚合物纖維的三維打印。熔融靜電打印的典型應(yīng)用是模擬生物組織細(xì)胞外基質(zhì)的三維微納纖維結(jié)構(gòu)，構(gòu)建組織工程支架，培養(yǎng)再生組織，為組織的體外構(gòu)建提供支撐。

2018年5月，Hrynevich等人將熔融靜電打印的最新研究進(jìn)展刊登在了Small期刊[1]，他們在不改變電壓幅值的情況下，通過調(diào)節(jié)接受速度、流量等參數(shù)，打印出了一系列不同尺度的聚己內(nèi)酯（PCL）纖維（如圖1），來更好的調(diào)控細(xì)胞在三維支架中的生長。

圖1. 熔融靜電打印不同線寬的PCL纖維

利用這種方法，他們打印了一種三維夾層纖維結(jié)構(gòu)，如圖2所示，上下兩層為較粗的PCL纖維，中間層為較密的細(xì)纖維層。利用人體間充質(zhì)干細(xì)胞驗(yàn)證了纖維支架的生物相容性，在細(xì)胞種植過程中，細(xì)纖維層可以捕捉到更多的細(xì)胞，經(jīng)過一段時間培養(yǎng)后，細(xì)胞可以增殖并滲透充滿整個纖維支架中。

圖2. 三維夾層纖維結(jié)構(gòu)與細(xì)胞培養(yǎng)

他們還打印了另外一種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，在每個網(wǎng)格底部嵌有兩根較細(xì)的纖維，這種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以用來培養(yǎng)球形的細(xì)胞水凝膠單元，他們稱這種結(jié)構(gòu)可以方便操作和轉(zhuǎn)移細(xì)胞。

圖3. 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與細(xì)胞團(tuán)培養(yǎng)

綜上所述，利用熔融靜電打印工藝可實(shí)現(xiàn)微納尺度生物纖維打印，通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，使用單一噴頭可打印出2 μm – 50 μm不同尺寸的纖維，利用這一手段構(gòu)建的纖維結(jié)構(gòu)可以滿足不同情況細(xì)胞的培養(yǎng)，為組織的體外構(gòu)建提供了支撐。

來源：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室