隨著器官芯片在藥物研發(fā)和精準醫(yī)療領域的快速發(fā)展,其對高還原度和多樣化的制造需求也日益提高。數(shù)字光投影式三維打印具有精度高、效率高和材料選擇性廣等特點,可用于器官芯片的個性化定制和批量生產,如打印仿生血管和軟骨構件。然而,現(xiàn)有的數(shù)字光投影式三維打印系統(tǒng)普遍存光路復雜且功能單一的問題,同時投影光的非均布特征會降低打印精度并減小有效打印尺度,另外尚缺乏針對打印工藝的系統(tǒng)性研究。在打印跨尺度仿生血管時多采用分形設計,對天然血管的還原程度較低;當前調節(jié)軟骨構件力學性能的方法主要有材料改性和尺度改變,但上述方法會造成軟骨構件的界面連接性差異和幾何特征偏差。因此,需要設計精度高且適用性廣的數(shù)字光投影式三維打印系統(tǒng),同時采用數(shù)值建模與實驗相結合的方法對打印工藝進行研究,并針對非均布投影光造成的打印缺陷提出優(yōu)化方法,最終實現(xiàn)跨尺度仿生血管和梯度軟骨構件的設計與打印。為此,本文在國家自然科學基金項目“智能假肢手物體抓握過程中的滑移產生機理及其檢測技術研究”（項目編號:51575485）的資助下,采用數(shù)值建模與實驗研究相結合的方式,開展了器官芯片的數(shù)字光投影式三維打印系統(tǒng)設計,工藝研究與優(yōu)化,以及應用的研究... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：160 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?ＷＨＯ統(tǒng)計的２０１６年十大死亡原因Ｈ??器官芯片是？類基于微流控系統(tǒng)的細胞培養(yǎng)裝置，其包括若干組織模型與連接組織模??

的循環(huán)系統(tǒng)，以實現(xiàn)對組織模型的營養(yǎng)供給及物理刺激的施加器官芯片對人體器官??的微觀結構和細胞組成具有高程度還原，因此將其用于藥物研發(fā)可降低人體與受試動物之??間藥物代謝動力學差異的影響，進而提高研發(fā)成功率，其工作原理如圖１．２（ｂ）所示［１５］。器??官芯片在未來可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的動物實驗，并可針對患者定制疾病治療模型，從而實現(xiàn)精準??醫(yī)療。目前，國內外眾多學者在器官芯片方面已開展了廣泛的研究，制造了如圖１．２（ｃ）中??所示的肝臟、腎臟、肺和多器官芯片［１６—１８】。??—?Ｉｍｍｕｎ？?ｒ６ｓｐｏｎｓ８??『■一—；?ｍ?Ｃｏｎｔｒａｃｔｉｌｉｔｙ?ａｎｄ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ??１??呈?ｌｉ??ｉ?ｔ＞＾ｔ＝?＊ｉｌ??５�。�?Ｉ１??＿?Ｏｒａｌ?ｄｒｕｇ＊?？??（ａ）?（ｂ）??Ｌｉｖｅｒ?Ｃｈｉｐ?Ｋｉｄｎｅｙ?Ｃｈｉｐ?Ｌｕｎｇ?Ｃｈｉｐ?Ｂｏｄｙ?Ｃｈｉｐ??．■國＿??．．?［?Ｐｌ？￥ｔｋ?ｃｏｙｅｒ??：ｉ?＿?１??Ｋ?ｊ?：??（Ｃ）??圖１．２?００人體循環(huán)系統(tǒng)示意圖；（ｂ）器官芯片的藥物研發(fā)原理；（ｃ）器官芯片研宄進展ｌ｜３Ｗｉ??傳統(tǒng)的微納加工方法可用于器官芯片的制造，其流程包括光刻、倒模和微壓印等［１３，１９］。??在制造時，首先在硅片上制備光刻膠模具，該過程包括旋涂、掩膜光刻和顯影，如圖１．３（ａ）??所示；然后，利用上述模具，通過倒模法制造聚二甲基硅氧烷（ＰＤＭＳ）凸模，并采用微壓??印法制備蛋白質或細胞結構，如圖１．３（ｂ）所示。通過上述步驟，可完成對組織模型部分的??制造。圖１．３?（ｃ）為器官芯片中仿生血管流道的制造方法

三維打印具有制造效率高、精度高，和材料選擇性廣等優(yōu)點，已被廣泛用于微電子器??件、組織工程構件和其它關鍵零部件的制造［２４＿２叱當采用水凝膠、明膠等生物相容性材料??時，三維打印可以滿足器官芯片的制造需求［２７力。圖１．４為采用三維打印制造器官芯片的??工藝流程，具體包括模型獲取、結構設計、村料配置、細胞選擇、模型打印和實驗測試。??由于可通過計算機斷層掃描（ＣＴ）和核磁共振（ＭＲ［）取模型，并進行數(shù)字化設計，因此??器官芯片的三維打印具備動態(tài)設計與結構定制的優(yōu)勢三維打印根據(jù)原現(xiàn)不同，可分??為擠出式和光固化式兩種。在擠出式三維打印過程中，噴頭釋放材料并進行三維運動，器??官芯片將按照“點－線－面－體”的順序被逐步制造。擠出式三維打印系統(tǒng)具有成本低和生物??相容性好等優(yōu)點，但是受到打印原理的限制，且在打印不同尺度結構時需要更換噴頭，其??制造效率較低；此外，在打印軟材料時需要額外的犧牲或支撐材料根據(jù)光源的作用規(guī)??淨差異，司將光固化三維打印分為立體光刻（Ｌａｓｅｒ?Ｓｔｅｒｅｏｌｉｇｈｏｇｒａｐｈｙ）和數(shù)字光投影（Ｄｉｇｉｔａｌ??Ｌｉｇｈｔ?Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）兩類。立體光刻式三維打印精度可達納米級另ｌｊ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]中國老年疾病臨床多中心報告[J]. 曹豐,王亞斌,薛萬國,劉宏斌,林欣,李天志,曾志羽,張磊,楊云梅,陳蕊,王小寧,劉淼,孟文文,范利.  中華老年多器官疾病雜志. 2018(11)



本文編號：3523343