研究人员开发了新型按需滴印生物打印技术

研究人员开发了新型按需滴印生物打印技术

2020-10-29 13:31:32 35

医学科学家在生物打印方面取得了巨大的进步。他们已经取得了足够长的发展,可以在实验室中维持组织以及将其植入人体进行成功治疗的事实,真是令人惊讶。随着研究人员突破局限性和壁垒,3D打印和生物打印的世界正在不断升级。现在,一个研究团队开发了一种新颖的按需滴注方法,用于通过低能纳秒激光进行生物打印细胞,其研究结果发表在《通过激光诱导的侧转移(LIST)进行按需滴注细胞生物打印》中。

至少可以说,要使细胞生长并使它们存活是困难的,这需要适当的材料配方和印刷技术。实际上,当今大多数技术都缺乏使用生物墨水进行制造的综合能力。粘度是一个主要问题,因为大多数生物打印都是通过喷嘴进行的。如果要使脆弱的细胞在挤压过程中存活下来,这种技术需要较低的粘度。

在这项研究中,研究人员介绍了LIST技术,该技术在玻璃微毛细管的末端产生微气泡。该作用导致沿垂直于照射轴的方向喷射充满细胞的微喷射流。

LIST概述(a)LIST生物打印的示意性侧视图表示(左)和生物墨水喷射的指示性高速成像(右)。毛细管的远端和基材已用数字标识。(b)LIST生物打印设置的详细示意图。

快照序列显示了不同激光能量的微射流演化和液滴形成。激光脉冲聚焦在毛细管的中点并在毛细管的远端上方500μm处。

在完善这一过程的同时,研究人员指出了生物打印人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的最佳条件,其重复频率为30Hz且成功率极低。自动LIST设置包括:

激光束传输系统

随需应变单位

微型喷射可视化系统

通过图形用户界面(GUI)进行MATLAB自动化和控制

为了优化打印,研究人员对激光能量进行了实验,将其能量从90μJ(即喷射阈值)更改为130μJ。在此特定过程中,生物喷墨被认为“能量较低”,无法穿透基材。在某些情况下,液滴以降低的能量反弹,表现出较高的能量“飞溅”行为,并且在不同的接触角下会出现不同程度的松弛。在LIFT微型喷气机中也发现了这种行为。

(a)生物喷墨头位置对激光能量的依赖性。灰色符号表示数据点,黑色线表示最佳曲线。N = 10(每能量)。(b)液滴体积(虚线)和液滴直径(实线)与激光能量的相关性。N = 10(每能量)。

(a)LIST打印的HUVEC的各种激光能量的光学显微镜图像。(b)各种激光能量下每个液滴的细胞数。

这项研究使用了激光焦点位置和毛细管远端之间的连续500μm距离,但研究人员建议,通过参数的“微调”可以更好地优化LIST性能。虽然细胞在打印后仍具有很高的活力,液滴尺寸为165μm,但研究人员建议使用更薄的微毛细管或改变粘度进行进一步的实验。LIST是一种适应性技术,但是粘度范围和问题尚待进一步研究。

研究人员总结道:“ LIST在技术上并不复杂,可以促进3D打印应用程序的发展。” “它可以潜在地弥补生物打印技术在喷墨打印和LIFT之间的技术空白,因为它不仅可以打印高粘度的生物墨水,还可以支持具有临床相关尺寸的结构的3D打印。”

(a,b)LIST打印细胞在90μJ下的荧光显微镜图像。(c)组合成像通道,包括算法生成的细胞标记。绿色叉表示活细胞,红色叉表示死细胞。(d)在打印后0、1和3天,HUVEC细胞活力对激光能量的依赖性。

Nd表示液滴数。


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标签: 生物打印
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