供稿人:武文泽、高琳 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2021-01-03
生物材料支架已经成为组织工程和再生医学的基础。然而，支架系统通常难以在尺寸或形状上按比例缩放以适应具有特定缺陷的尺寸。近日，来自俄勒冈健康与科学大学的研究团队基于光刻的3D打印方法，开发了新型微型模块化微笼支架系统。
该系统可以轻松地手动组装和拆卸。此外，模块化的中空微笼设计允许每个单元装载不同成分的生物填充物，从而能够以3D形式对材料内的治疗剂进行控制和模式化。
图1 A-D）支架单元的示意图，E-J）支架的组装与堆叠
为了验证3D打印的模块化微型微笼的功能，研究团队使用常规的联锁积木玩具通用的设计配置来制作模块。使用基于光刻的陶瓷制造方法对由高密度β-TCP陶瓷组成的载有水凝胶的微笼支架进行3D打印。为此，团队重复使用体积为3.375mm3，尺寸为1.5×1.5×1.5mm的重复空心单元和230-560μm厚的薄壁，将它们制作为可垂直堆叠的块，如图1（A-D）所示。以不同的形式将支架单元组合和堆叠，如图1（E-J）所示。
用不同成分的填充物装载不同微笼的能力使得在将单个堆叠体组装成3D之后，可以轻松地形成具有各种复杂性的多型构建体。图2A，B，E，F说明了3D打印微笼的不同配置的设计和制造，该微笼装载了用荧光微粒包裹的微凝胶，并以不同的排列方式分布。图2A–H中显示了水凝胶浸渍的支架。另一方面，利用所提出的微笼支架组装，复杂异型构建体的制造是直接的，并且可以在不需要任何专门设备或人员的情况下完成。此外，微笼中可以预装有冻干生长因子的水凝胶，并且可以基于简单地堆叠的直观过程获得异质3D构建体的组装。
图2 微凝胶空间控制的可视化
具有这种直接装配、可扩展以及可控制的装载特性的微型微笼支架是一个灵活的平台，可以适用于广泛的材料以改善生物性能。这只是简单地利用了一个简单的乐高式设计，但是却代表了再生支架性能的一个重大飞跃。