3D打印陶瓷微體系推動微流控芯片和人體器官芯片應用
芯片上的實驗室-微流控芯片技能(Microfluidics)是把生物、化學、醫學剖析進程的樣品制備、反應、分離、檢測等根本操作單元集成到一塊微米標準的芯片上,主動完結剖析全進程。因為它在生物、化學、醫學等范疇的巨大潛力,已經開展成為一個生物、化學、醫學、流體、電子、材料、機械等學科穿插的簇新研討范疇。
人體器官芯片(organs-on-a-chip)是近幾年開展起來的一種新式前沿穿插學科技能,它以前所未有的方法見證機體的多種生物學行為,在新藥發現、疾病機制和毒性猜測等范疇具有重要使用前景。
馬德里自治大學和陶瓷3D打印公司Lithoz聯合開發了復雜的3D打印陶瓷微體系,能夠推動芯片實驗室和人體芯片器官的開發與使用。開發團隊表明,其3D打印陶瓷器材標志著生物醫學范疇的突破。
運用Lithoz的CeraFab7500機器(一種根據光刻的增材制作體系)將陶瓷資料與光敏樹脂混合3D打印出來,這種八邊形的芯片被打印出來后,經過燒結去除樹脂,將陶瓷顆粒熔合在一起成為固體件。這一步很重要,由于它能夠到達芯片所需求的密封資料生物醫學性能要求(以避免活體資料的走漏)。
依據研究人員,這種3D打印的陶瓷芯片顯示了將陶瓷材料用于生物醫學使用的潛力,由于它們比玻璃或塑料具有更高的強度和更好的耐溫性。
3D打印陶瓷微體系是一次性成型的,這意味著它不需求任何組件,也無需零部件保護。作為其結構的一部分,復合微體系整合了多孔膜,用來別離不同水平的細胞培養室,類似于transwell的功用。
在國內,根據3D科學谷的市場研討,浙江大學、中科院大連化物所、大連理工大學等在微流控芯片范疇頗有建樹。其間,大連化物所微流控芯片研討團隊利用工程學原理和多學科集成手法已構建了一系列功用化器官芯片體系,建立了肝、腎、腸、血腦屏障等縮微類器官模型以及多器官集成芯片體系,并開端用于生物學研討、毒性測試和干細胞等范疇。
浙江大學賀永及其研討團隊提出了一種根據毛細驅動的3D打印微流控芯片(μ3DPADs),其無泵驅動的特色與現有的紙基微流控芯片(Paper-Based Microfluidic Analytical Devices,μPADs)類似。經過3D打印能夠將2D的紙基微流控芯片擴展到3D標準。維數的增大帶來的優勢是可經過調控其流道深度來完成流速的可控(流場的可編程)。一系列的試驗證明該芯片能夠是目前2D紙基微流控芯片的有用彌補,該芯片適合于期望以無驅方法簡化流體驅動的一起又期望能完成一些雜亂的活動操控。
在國外,Dolomite是一家世界級微流控立異公司。2016年3月15日,Dolomite在西班牙馬德里發布了一臺立異型3D打印設備Fluidic Factory,它能夠用于微流控和芯片試驗室的3D打印。Fluidic Factory是全球第一臺能夠打印流體密封設備的商用3D打印機,能夠供給快速、簡潔、牢靠的打印服務,每片芯片的打印本錢僅需1美元。所用3D打印資料是經美國食品藥品監督管理局(FDA)同意的一種鞏固且半透明的資料,名為環烯烴共聚物(COC),對3D打印設備而言,這種資料容易獲取而且價格便宜,幾乎適用于一切使用。
此外,Optomec氣溶膠噴射技能可3D打印微米級智能結構,該技能將使用于電子和生物醫藥行業,在開發本錢更低、尺度更小的下一代產品方面具有巨大的使用遠景。
除了弗吉尼亞理工大學-維克森林大學,在微流控芯片范疇活潑的科研安排不在少數。美國康涅狄格大學等安排的科學家在Towards Single-Step Biofabrication of Organs on a Chip via 3D Printing(經過3D打印技能進行器官生物芯片的一步制作)一文中描述到,傳統的微流控芯片制作技能是勞動密集型的工業,不利于試驗室進行芯片規劃的快速迭代和快速制作。將3D打印技能用于制作微流控生物芯片則能夠在幾個小時內完成微型流體通道的快速制作,有利于規劃的快速迭代,提高了根據微流控研討的跨學科性,并加快立異。
生物3D打印技能在制作雜亂3D人體安排結構方面具有潛力。微流控體系能夠為3D 安排供給養分、氧氣和生長因子。未來,先進的生物3D打印機不只能夠打印微流控渠道,還能夠一起在微流控渠道中直接打印出定制化的微觀人體安排。
而關于細小器材的陶瓷打印方面,之前,德國Fraunhofer陶瓷技能研討所和IKTS 體系研討所研發了一項3D打印新技能,不只能夠打印骨科植入物、假牙、手術工具等醫療產品,還能夠打印微反應器這樣非常雜亂、細小部件。Fraunhofer打印的陶瓷微反應器,包含了很多雜亂的微型通道以及兩根液體連接收。微反應器中的雜亂結構以及反應器內部、外部的密封性對傳統技能挑戰極大,而經過陶瓷3D打印技能,能夠制作出一個整體式的反應器。
標簽:   微流控芯片 3D打印 人體器官芯片