供稿人：张博文、李涤尘 供稿单位：西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室 发布日期：2024-10-04
眼角膜是人体视觉系统的重要组织结构，全世界已有约两百万人因角膜病变而致盲，但仅有1/70的患者能移植匹配的捐赠角膜。人工角膜将有希望缓解角膜的供需不平衡。经过几十年的研究和发展，生物3D打印被认为是最有前途的角膜制造工艺，其中，挤出式3D打印和数字面曝光（DLP）打印角膜得到了广泛研究。然而，挤出式3D打印工艺制造精度不足，无法满足生物角膜对高精度形状的需求；DLP打印工艺会使角膜表面产生阶梯纹路，影响人工角膜的表面质量和透明度。3D打印人工角膜的成形精度和表面质量无法满足临床应用需求。
图1 数字面曝光-挤出打印人工角膜工艺示意图
浙江大学的张斌团队提出了一种结合DLP和挤出打印的角膜制造工艺，使用DLP工艺打印曲面支撑，并使用挤出打印工艺在曲面支撑上打印人工角膜。制备完成的角膜经过液相后处理步骤，利用液体的表面张力填充人工角膜表面阶梯，形成光滑的曲面。DLP和挤出打印装备采用共坐标系统，保证了角膜结构的定位和尺寸精度。集成打印系统结合了DLP的高精度和挤出成形的材料兼容性优势，可精确控制厚度和曲率。依赖于表面张力的后处理产生了更高的表面质量和良好的重复性，有助于提高角膜移植后的性能。
基于该方法，可以将3D打印人工角膜的表面质量从 ±20.0 μm 提高到 ±0.2 μm，并将厚度特征尺寸从 ±500 μm 减小到 ±150 μm，与人体天然角膜的特征尺寸更为接近，可以匹配人体角膜的曲率和厚度，实现~85%的可见光透过率和良好的生物相容性。制备的人工角膜被植入兔眼部，经过两个月的监测，实验组动物均存活，无明显血管增生、退化和角膜排斥反应。与注模成形的对照组相比，注模角膜内部出现了明显的水肿、浑浊。这证明成形精度和表面质量的提高有助于提高人工角膜的生物相容性，DLP与挤出打印工艺结合制备的人工角膜可能成为人类捐献角膜的有效替代。[1]
图2 3D打印人工角膜动物实验结果