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世联博研公司提供专业的细胞组织支架3D打印技术讲解，详情请致电：400-650-8506

一、英国3Dynamic软组织3D生物打印机

日前，英国斯旺西大学下属的生命科学技术公司3Dynamic Systems（以下简称3DS）开发出两款新型的3D生物打印系统：Alpha 骨组织制造平台和双重挤出的Omega型号的生物打印平台。

这两款3D打印机的新奇之处在于他们可以使用生物活性和生物相容性材料用于3D打印，而且，3DS正在按需制造可移植的3D打印骨骼和复杂的组织结构，这些将有可能用于治疗严重受伤的病人。

开发的初个系统是Alpha 骨组织制造平台系统，这是一个单一挤出式骨组织制造平台。该机器产生的lin酸钙类骨可用于再生严重非稳定性骨折。通过以3D的形式沉积一种特殊的骨复合材料，可根据需要生成正确的骨骼形状。这种材料通过种入血小板源生长因子，可以形成适宜干细胞生成再生组织的正确环境，从而能够生成骨骼，以及相应的支持结构，包括血管。

正在试验图
第二个系统是双重挤出的3Dynamic Omega生物打印机，可以用来制造3D的软组织结构。这种设备能够制造出复杂的多细胞混合组织以用于药物测试。该公司也正在探索使用该机器打印出不同的生物组织的方法，比如像肌肉、脂肪和皮肤这类组织。这一技术的发展方向是按需制造移植用的复合组织。
3DS的这两款3D生物打印设备使用起来都很方便，在生物技术研究领域有很大的应用前景，3DS的3D生物打印技术研究也正朝着按需直接生物制造人体组织以用于移植的目标迈进。虽然现在有的还在试验阶段，但是我们不得不承认3D打印骨组织以及软体组织正一步步地向我们走进，而这一切的发生将带给医学界一大贡献。
3Dynamic Systems Working on 3D-Bioprinting Human Bone, Skin & Muscle
3Dynamic生物打印机是一个与细胞相容性高的多功能三维模型创建平台。该打印机可以同时打印多种细胞及复合基质，细胞成活率达到90%以上。该3Dynamic组织工程工作站可以在骨骼制造、不同的软组织的打印方面进行重建，也可以按照实验要求和需要进行多种组织的打印成型，满足个性化医疗过程中修复材料的需要。打印的组织具有排斥反应低、安全性高的优点。该生物打印系统提供的多喷头、多材料的生物打印系统，以及基于生物打印系统制备组织工程器官的方法，通过无菌恒温装置控制打印环境的温度，在支架材料固化的前提下，又能baozheng细胞的成活率，使每一层细胞都能得到成长需要的营养，细胞在三维环境中生长。

图1 3Dynamic生物打印机正面

图2 3Dynamic生物打印机侧面

主要优点

1. 系统包括由机器手控制的打印头和计算机控制激光校准系统，能够根据需要打印三维人体组织，有助于进行生物组织结构重组和器官移植。

2. 高精度：系统分辨率高，采用常规的笛卡尔坐标系统，可以向各个方向移，该设备有很高的分辨率（在x、y、z轴方向误差为±10微米）。它的喷嘴将会根据软件设计的形状逐层堆积组织球状体（tissue spheroids.）、水凝胶和生物凝胶。系统可以控制“墨水”喷射位置和喷射量，有利于建立生物显微结构，利于局部供给痕量生物活性因子及营养，从而有利于控制组织的局部生长发育。

3. 稳定性高：系统采用直线丝杆步进电机，传动机构简单，减少了插补滞后的问题，定位精度、重现精度容易实现。直线丝杆步进电机速度达到300m/min，加速度达到10g；寿命方面：直线丝杆步进电机因运动部件和固定部件间有安装间隙，无接触，不会因动子的高速往复运动而磨损，长间使用对运动定位精度无变化，适合高精度的场合。

4. 兼容性强：可以同时打印种子细胞和支架材料，更利于整体三维结构的构建。其可以使用多材料的“墨盒”的原理，使用不同的细胞、细胞外基质和生物活性因子，并且使用配比，从而实现利用不同组分同时打印组织支架和器官

5. 构建速度快：能够快速的制造生物组织/器官，生物材料的存活率，从而显著有利于再生医药、器官移植等未来医学领域。

主要型号：
α—3Dynamic系统，它是一个单一的挤压式骨组织制造平台。可以建立lin酸钙类骨再生的模型，通过在三维系统中准确地沉积特殊成骨复合材料，产生骨形成支撑结构，其中还可以通过血小板衍生的生长因子的注入建立包括血管组织生成的合适的环境。

图3 α—3Dynamic系列
ω—3Dynamic系统，该工作站是一个双挤出三维生物打印机，使用生物活性凝胶用于生成多相组织，此3D-生物印刷技术的工作原理通过淀积含有每毫升2000万干细胞的生物活性凝胶、藻酸盐、透明质酸、转化生长因子β1 ，抗生素和明胶等。该系统紧凑且坚固耐用，性能可靠。
α—3Dynamic系统和3D打印机主控板使用一个定制的Sanguinololu的电子模块解决方案，具有强大的ATMEGA1284微处理器控制。Sanguinololu是一种供Reprap等数控设备使用的低成本ALL-IN-ONE主控板解决方案。它设有一个的板载Sanguino（与arduino类似的mix系统，使用ATMEGA644P芯片同时兼容ATMEGA1284）。它的四个轴均采用Pololu引脚兼容的步进驱动程序。 开发板提供了一个友好的扩展端口，支持I2C，SPI，UART，以及ADC引脚。全部14个扩展GPIO引脚可被用来作为为好。用户可以选择使用任何7V-30V的ATX电源电源板。系统采用无声的Nema 17的步进电机来控制打印头的运动轨迹。这两相电机是无刷电机，运行过程中免维护。

图4 可进行高精度三维打印的ω—3Dynamic

图5 ω—3Dynamic的四轴步进驱动器

4、适用范围
适用于α—3Dynamic系列的成骨材料可分为两大种类：一类是天然生物衍生材料，如脱钙骨基质、壳聚糖、藻酸盐凝胶等；另一类是人工合成生物高分子材料，主要有羟基磷灰石、lin酸三钙、生物活性玻璃等无机材料和以聚乳酸及其共聚物等为代表的有机材料。也可以采用聚己酸内酯，lin酸钙和水凝胶基体来形成生物相容性良好的骨骼。
适用于ω—3Dynamic系统组织工程的打印材料可以是多种水凝胶材料，或者相关材料的混合物。包括：聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、聚乙二醇衍生物（PEG）、纤维蛋白、弹性蛋白（韧带及zhen皮中）、胶原蛋白、海藻酸钠、琼脂糖等。这些预构建的组织随后在三个星期的时间里成长为一个组织了。这使组织工程领域的研究人员可以研究各种组织成熟的过程。
三维结构的制造数据可以取自CT扫描和/或三维激光扫描数据。该应用程序被设计来制造人类特有的三维干细胞的组织结构中，与未来研究这个过程是能够同时制造组织中的下列类型：血管和动脉、气管结构、神经细丝、角膜构造、组织结构、心脏组织。

图6 打印的生物支架材料（牙槽骨、软骨、血管）

图7 打印的牙槽骨支架材料

图8 打印的骨骼组织扫描电镜照片

图9 牙齿3D支架
多孔的表面可促使牙洞里的血液流通，支架会被人体所吸收

5、主要参数
功率：在10安培240V电源为50Hz运行。
精度：在x，y和z轴方向± 10微米
速度： 1 mm /秒至50mm /秒
步进电机：NEMA17两相混合式步进电机马达，NEMA17
构建外形max尺寸： 310毫米（X ）× 210毫米（Y ）× 120毫米（Z ）
原料挤出系统：双丝杆步进技术
供暖系统的材料：电阻加热25 - 50℃
开发工具包：有
安全性：紧急停止

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