未来时代——生物医学领域中不一样的3D打印机技术

2021-04-21 15:10:33 0点赞 0收藏 0评论

导读:几十年来,二维细胞培养一直是临床前药物研发和生物医学研究的标准。但是,越来越多的证据表明,这些模型无法很好地表示生命系统中3D级别细胞的相互作用,导致浪费了大量的研发资金。如今,Xpect INK和UpNano两家公司开发了合适的材料和打印系统,使高精度嵌入式活细胞3D构建成为了可能。

南极熊获悉,2 Photon 3D打印机的制造商UpNano已于2021年4月13日推出新的NanoOne Bio 3D生物打印系统。新产品的系统基于公司旗舰产品NanoOne3D打印机,能够打印从中等尺寸到纳米级别的活细胞3D组织结构。公司还与生物材料开发商Xpect INX(根特大学的孵化公司)合作,创建了一种基于水凝胶的生物墨水,用于新系统。据报道,X Hydrobio INX U200能够让研究人员从培养皿将活细胞直接嵌入其中的市售树脂。

未来时代——生物医学领域中不一样的3D打印机技术△NanoOne Bio高分辨率3D打印系统

3D生物打印的新维度

NanoOne Bio允许以前所未有的精度对生物细胞进行3D打印,模仿自然组织形态和细胞支架无菌制造细胞模型,致力于开启生物医学研究的新纪元。机器具有:

高分辨率生物打印:可直接打印活细胞 。在X Hydrobio INX基质中嵌入的细胞可用于三维体外细胞测试。基板的选择几乎没有限制。可以在通用支架的帮助下将细胞培养板、培养皿或带玻璃底的微流控芯片插入机器。结合台式孵化系统,在打印过程中可以控制自然温度、湿度和CO2条件。

未来时代——生物医学领域中不一样的3D打印机技术△高分辨率生物打印

生物相容性结构:模拟细胞微环境的结构和表面纹理。这在临床前研究中变得越来越重要,并将为未来的治疗策略提供开创性的方法。

未来时代——生物医学领域中不一样的3D打印机技术△生物相容性结构

微流体应用:直接在微流控芯片中制造高分辨率结构。诸如隔板、通道或膜之类的内部元件可以直接在市售或定制的微流控芯片中制造。打印过程在无菌条件下进行,然后后处理。

未来时代——生物医学领域中不一样的3D打印机技术△微流体应用

UpNano Bio单元是创新型NanoOne打印系统的bio变体的核心,基于通用的ibidi阶段顶部孵育系统,并经过改装并整合到NanoOne Bio系统中。带有专门设计的孵化系统,可以通过门上的互换开口管理必要的管道和电缆。孵化系统的温度控制单元可以调节湿度和CO2含量,确保在打印过程中保持自然环境,保持细胞活力。

未来时代——生物医学领域中不一样的3D打印机技术△生物相容性水凝胶X Hydrobio INX©U200

X HYDROBIO INX©U 200是专门为UpNano开发的基于明胶的水凝胶,具有常规明胶基材料的所有生物学优势,结合了双光子聚合可加工性,材料有着较高的反应性和快速的固化速度。这种材料是可以在细胞存活的情况下进行快速写入生物墨水,能够保持细胞的高度活性。它基于源自天然胶原蛋白的明胶B型,经过加入可光加工的官能团的修饰,在很大程度上模拟了天然细胞外基质,提高了细胞活力。另外,由于形成的水凝胶是可生物降解的,因此随着时间的推移,它可使细胞重塑环境并用新形成的ECM进行替代。

未来时代——生物医学领域中不一样的3D打印机技术△X Hydrobio INX U200与成骨细胞兼容。图片来自UpNano。

随着NanoOne Bio的推出,UpNano期待学术界和行业的客户可以3D打印更加逼真的生物组织结构,从而实现细胞与环境之间的自然相互作用。使制药公司和研究机构能够设计出更加符合人体条件的细胞模型,从而使药物开发和其他生物医学研究更安全、更可靠。

未来时代——生物医学领域中不一样的3D打印机技术△X Hydrobio INX U200与角膜内皮细胞一起使用。图片来自UpNano。

双光子3D打印技术原理

根据双光子吸收(2PA)的空间选择性,2PA的概率在焦点之外显著降低,因此也降低了荧光体积,实现了更高的空间分辨率。通过荧光显微镜中单光子束路径和多光子束路径的直接比较显示,2PA仅出现在光束的焦点处。因此,单体交联仅在焦平面上发生。因为聚合反应取决于非线性吸收,而在1光子吸收的情况下,发射光会沿整个光束吸收。这解释了为什么逐层生产采用基于单束光子的工艺(例如立体光刻)生产的零件,而双光子零件却可以3D打印小于100 nm分辨率的物体。

未来时代——生物医学领域中不一样的3D打印机技术△双光子3D打印技术原理

专利技术:自适应分辨率

使用获得专利的UpNano自适应分辨率技术,可以显著提高生产制造效率。软件在高分辨率和低分辨率区域对选定的几何图形进行分类,并相应地调整激光体素大小。

高生产率。为了提高生产效率,在保持打印部件的机械性能的同时,扩大了激光焦点,以提高产量。

高分辨率。激光器紧紧聚焦,在表面以达到最高的分辨率。

激光的焦点可以扩大,或者精确地聚焦在外壳和精细的细节上。因此,可以显著提高生产率,同时更快地打印内部区域。

未来时代——生物医学领域中不一样的3D打印机技术△活细胞存在下的生物相容性3D打印

关于UpNano

UpNano成立于2018年9月,是维也纳工业大学的孵化公司,总部位于维也纳,致力于基于双光子聚合的高分辨率3D打印系统开发、制造和商业化。公司的第一个商业产品,3D打印系统NanoOne,可以打印结构细节≥170nm的微零件。由于打印过程非常快,因此还可以实现高度高达几厘米的中尺度零件。

未来时代——生物医学领域中不一样的3D打印机技术△从纳米到厘米的大跨度3D打印

关于Xpect INX

Xpect INX是根特大学的孵化公司,致力于3D生物打印应用的生物材料开发。基于多年在生物墨水开发方面的经验,Xpect INX提供并开发了适用于不同3D打印技术的全系列即用型(生物)墨水,包括2PP、DLP和基于沉积的3D打印技术。

参考阅读:

1. The new dimension in 3D bioprinting
2. Co-innovation of Bioink and Powerful 2Photon Bio-PrinterAllows 3D-Printing of Living Cells for Bioapplications with UnprecedentedPrecision
3. UPNANO MAKES BIOPRINTING DEBUT WITH NEW NANOONE BIO 3DPRINTER AND NOVEL BIOINK
4. 双光子3D打印突破:奥地利UpNano纳米分辨率,高速打印厘米“大”尺寸

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