3Dynamic軟組織3D生物打印機 

日前，英國斯旺西大學下屬的生命科學技術公司3Dynamic Systems（以下簡稱3DS）開發出兩款新型的3D生物打印系統：Alpha 骨組織制造平臺和雙重擠出的Omega型號的生物打印平臺。 
 
這兩款3D打印機的新奇之處在于他們可以使用生物活性和生物相容性材料用于3D打印，而且目前，3DS正在按需制造可移植的3D打印骨骼和復雜的組織結構，這些將有可能用于**嚴重受傷的病人。

開發的**個系統是Alpha 骨組織制造平臺系統，這是一個單一擠出式骨組織制造平臺。該機器產生的磷酸鈣類骨可用于再生嚴重非穩定性骨折。通過以3D的形式**沉積一種特殊的骨復合材料，可根據需要生成正確的骨骼形狀。這種材料通過種入血小板源生長因子，可以形成適宜干細胞生成再生組織的正確環境，從而能夠生成骨骼，以及相應的支持結構，包括血管。 

正在試驗圖 
**個系統是雙重擠出的3Dynamic Omega生物打印機，可以用來制造3D的軟組織結構。目前這種設備能夠制造出復雜的多細胞混合組織以用于**測試。該公司也正在探索使用該機器打印出不同的生物組織的方法，比如像肌肉、脂肪和皮膚這類組織。這一技術的發展方向是按需制造移植用的復合組織。 
3DS的這兩款3D生物打印設備使用起來都很方便，在生物技術研究領域有很大的應用前景，3DS的3D生物打印技術研究也正朝著按需直接生物制造人體組織以用于移植的目標邁進。雖然現在有的還在試驗階段，但是我們不得不承認3D打印骨組織以及軟體組織正一步步地向我們走進，而這一切的發生將帶給醫學界一大貢獻。 
3Dynamic Systems Working on 3D-Bioprinting Human Bone, Skin & Muscle
3Dynamic生物打印機是一個與細胞相容性高的多功能三維模型創建平臺。該打印機可以同時打印多種細胞及復合基質，細胞成活率達到90%以上。該3Dynamic組織工程工作站可以在骨骼制造、不同的軟組織的打印方面進行重建，也可以有效地按照實驗要求和需要進行多種組織的打印成型，滿足個性化醫療過程中修復材料的需要。打印的組織具有排斥反應低、**性高的優勢。該生物打印系統提供的多噴頭、多材料的生物打印系統，以及基于生物打印系統制備組織工程器官的方法，通過無菌恒溫裝置控制打印環境的溫度，在保證支架材料固化的前提下，又能保證細胞的成活率，使每一層細胞都能得到成長需要的營養，保證細胞在三維環境中生長。

 
圖1 3Dynamic生物打印機正面 

圖2 3Dynamic生物打印機側面 
2、主要優勢

1. 系統包括由機器手控制的精準打印頭和計算機控制激光校準系統，能夠根據需要打印三維人體組織，有助于進行生物組織結構重組和器官移植。
2. 高精度：系統分辨率高，采用常規的笛卡爾坐標系統，可以向各個方向移，該設備有很高的分辨率（在x、y、z軸方向誤差為±10微米）。它的噴嘴將會根據軟件設計的形狀逐層堆積組織球狀體（tissue spheroids.）、水凝膠和生物凝膠。系統可以**控制“墨水”噴射位置和噴射量，有利于建立**的生物顯微結構，利于局部供給痕量生物活性因子及營養，從而有利于控制組織的局部生長發育。
3. 穩定性高：系統采用直線絲桿步進電機，傳動機構簡單，減少了插補滯后的問題，定位精度、重現精度、**精度，容易實現。直線絲桿步進電機速度達到300m/min，加速度達到10g；壽命方面：直線絲桿步進電機因運動部件和固定部件間有安裝間隙，無接觸，不會因動子的高速往復運動而磨損，長間使用對運動定位精度無變化，適合高精度的場合。
4. 兼容性強：可以同時打印種子細胞和支架材料，更利于整體三維結構的構建。其可以使用多材料的“墨盒”的原理，使用不同的細胞、細胞外基質和生物活性因子，并且使用**的配比，從而實現利用不同組分同時打印組織支架和器官
5. 構建速度快：能夠快速的制造生物組織/器官，保證了生物材料的存活率，從而顯著有利于再生醫藥、器官移植等未來醫學領域。

主要型號： 
α—3Dynamic系統，它是一個單一的擠壓式骨組織制造平臺。可以建立磷酸鈣類骨再生的模型，通過在三維系統中準確地沉積特殊成骨復合材料，產生骨形成支撐結構，其中還可以通過血小板衍生的生長因子的注入建立包括血管組織生成的合適的環境。 
 
圖3 α—3Dynamic系列 
ω—3Dynamic系統，該工作站是一個雙擠出三維生物打印機，使用生物活性凝膠用于生成多相組織，此3D-生物印刷技術的工作原理通過淀積含有每毫升2000萬干細胞的生物活性凝膠、藻酸鹽、透明質酸、轉化生長因子β1 ，***和明膠等。該系統緊湊且堅固耐用，性能可靠。 
α—3Dynamic系統和3D打印機主控板使用一個定制的Sanguinololu的電子模塊解決方案，具有強大的ATMEGA1284微處理器控制。Sanguinololu是一種供Reprap等數控設備使用的低成本ALL-IN-ONE主控板解決方案。它設有一個的板載Sanguino（與arduino類似的*小系統，使用ATMEGA644P芯片同時兼容ATMEGA1284）。它的四個軸均采用Pololu引腳兼容的步進驅動程序。 開發板提供了一個友好的擴展端口，支持I2C，SPI，UART，以及ADC引腳。全部14個擴展GPIO引腳可被用來作為為好。用戶可以選擇使用任何7V-30V的ATX電源電源板。系統采用無聲的Nema 17的步進電機來**控制打印頭的運動軌跡。這兩相電機是無刷電機，運行過程中免維護。 

圖4 可進行高精度三維打印的ω—3Dynamic

 
圖5 ω—3Dynamic的四軸步進驅動器

4、適用范圍 
適用于α—3Dynamic系列的成骨材料可分為兩大種類：一類是天然生物衍生材料，如脫鈣骨基質、殼聚糖、藻酸鹽凝膠等；另一類是人工合成生物高分子材料，主要有羥基磷灰石、磷酸三鈣、生物活性玻璃等無機材料和以聚乳酸及其共聚物等為代表的有機材料。也可以采用聚己酸內酯，磷酸鈣和水凝膠基體來形成生物相容性良好的骨骼。 
適用于ω—3Dynamic系統組織工程的打印材料可以是多種水凝膠材料，或者相關材料的混合物。包括：聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、聚乙二醇衍生物（PEG）、纖維蛋白、彈性蛋白（韌帶及真皮中）、膠原蛋白、海藻酸鈉、瓊脂糖等。這些預構建的組織隨后在三個星期的時間里成長為一個組織了。這使組織工程領域的研究人員可以研究各種組織成熟的過程。 
三維結構的制造數據可以取自CT掃描和/或三維激光掃描數據。該應用程序被設計來制造人類特有的三維干細胞的組織結構中，與未來研究這個過程是能夠同時制造組織中的下列類型：血管和動脈、氣管結構、神經細絲、角膜構造、組織結構、心臟組織。

圖6 打印的生物支架材料（牙槽骨、軟骨、血管）

圖7 打印的牙槽骨支架材料

 
圖8 打印的骨骼組織掃描電鏡照片

圖9 牙齒3D支架 
多孔的表面可促使牙洞里的血液流通，支架*后會被人體所吸收

5、主要參數 
功率：在10安培240V電源為50Hz運行。 
精度：在x，y和z軸方向± 10微米 
速度： 1 mm /秒至50mm /秒 
步進電機：NEMA17兩相混合式步進電機馬達，NEMA17 
構建外形*大尺寸： 310毫米（X ）× 210毫米（Y ）× 120毫米（Z ） 
原料擠出系統：雙絲桿步進技術 
供暖系統的材料：電阻加熱25 - 50℃ 
開發工具包：有 
**性：緊急停止

我公司（世聯博研）還**代理

1. 瑞士regenhu品牌3D Discovery細胞組織生物打印系統:

—建立三維的擬有機組織工程 
3DDiscovery®是一個符合成本效益的3D生物印 刷平臺，以通過生物打印方法發掘具有潛力 的三維組織工程。 此儀器藉由**的建構方式建構軟硬組織的 體外模型來控制細胞之間的間隙及其形態。 
以三維結構模型模擬活體生物 內發生的事 3DDiscovery®是一個與細胞相容性高的多 功能三維模型創建平臺。此平臺可使細 胞培養在適合的生物分子軟硬度復合材 料內。其功能大大優于二維細胞的培養。 
規格概要 
1)外形尺寸：580/540/570mm 
2)機械手臂精度：±10μm 
3)制作范圍：130x90x60mm 
4)4個打印頭粘度范圍可達10'000mPaS 
5)射出精度達 nl 
6)打印頭具加熱功能（*高至250℃） 
7)專用繪制軟體 BioCAD 
8)制作盤溫可溫控（80 ℃） 
關鍵技術 
1)在單一模型中同時結合細胞校號分子生物材料 
2)**技術提供細胞及生物分子良好的空間控制 
3)組件可升級 
4)使用 BioCAD可輕松繪制模型 
5)于生理環境下制作 
6)可選擇專用實驗室工作臺或無菌罩 
可選用的材料 
1)生物大分子 
2)鈣 
3)細胞 
4)信號分子（蛋白質） 
5)水凝膠 
6)膠原蛋白 
7)聚己內酯 
8)聚酯

1. 瑞士regenhu品牌BioFactory生物組織打印制造系統:

建立一個具有復雜類活體內型態的組織結構 BioFactory®是一個與細胞相容性高且多功能的三維制造儀器，使 科學家可以設定細胞、生物分子與軟硬材料來建構一個與自然相仿 的3D結構材料。 使組織工程可模擬原生環境的強大工具 根據以往普遍研究發現in vitro、in vivo、人體 試驗間的實驗數據相關性較差。 BioFactory®即 是一個強而有力的工具使組織工程可在一個類 似in vivo的環境進行，這可以更忠實的反映細 胞的行為、交互作用及分化過程。 以3D 結構研究并判別生物演進的： 細胞間訊息傳遞、分化、**代謝、基 因及蛋白質的表現、對刺激的反應、環 境、與細胞外基質的接觸、與體內實驗 的相關性、型態、增殖與存活能力 以BIOFACTORY®制造與活體 表皮相似的模型 

將BIOFACTORY®制造的表皮模型培養七天后做組織切片并染色 
主要優勢 
于生理條件下制作 
光固化系統 
模組化:可選擇不同點膠技術 
可在無菌環境下制作 
具再現性的微米級流程 
以BIOCAD軟體快速繪制模型 
客制化組件

1. 瑞士regenhu品牌BioLink生物組織打印制造材料膠

人類組織大致上分為四大類 (結締,上皮,肌肉,神經)，現今大多數的 細胞培養都是以2D為主，較無法重現細 胞在人體內的交互作用及生長，而呈現 出的研究也與實際上有段差距。 使用此材料所所制成之3D網絡搭配現有 之技術及材料(生物聚合物 水膠)可期望 有效重現細胞于體內生長之情形。
此產品之優勢便是使用layer-upon-layer來制作，而其中的孔 隙便做為在蛋白質的***絡或 訊號轉 
移途徑上的研究，此材料 若是搭配其研發之水膠 BioInk® 便可有效模擬細胞間質來完全發 揮此材料與 
技術之優勢。 


上圖為使用纖維母細胞于此材料中培養六天 上圖使用真皮細胞培養七天后染色 可見到使用此材料 
圖中黑點便證明細胞可以生長 于預先規劃之 所培養之細胞型 成近似于組織的型態 
孔隙

1. 德國envisiontec品牌3D-Bioplotter生物支架3D打印機系統

 
3D Bioplotter ™ 系統是一種可采用多種生物材料的快速成型設備，適用于從三維 CAD 模型和患者的CT掃描數據到實體3D生物支架轉變的這一計算機輔助生物工程，其制作的生物支架具有符合設計要求的外在形式和開放的內在結構。
3D Bioplotter ™系統適合在生物材料要求的無菌環境下工作進行生物組織制造，例如，使用海藻懸浮細胞打印生物支架。相較于其他快速成型技術，3D Bioplotter™系統使用一種非常簡單和直接的三維打印技術——3DF技術（Three-dimensionalfiber deposition，三維纖維沉積技術），由德國的材料研究中心發明和開發。 
特性 
1、三軸定位系統
2、自動工具轉換系統
3、線性滾珠軸承
4、含真空固定系統的加熱底板
5、同一工作下，可使用五個打印頭
6、耐高溫打印頭，可達250°
7、耐低溫打印頭，8°-50°
可打印的材料 
生物工程和**控釋都要求3D生物支架具備良好的外在和內在結構。目前在3D打印機中，3D-Bioplotter ™系統它制作生物支架所運用的材料范圍*廣，從聚合物熔體、軟凝膠到硬陶瓷、 
金屬。 
1、骨骼再生：羥磷灰石（Hydroxyapatite）、鈦（Titanium）、磷酸三鈣碳（Tricalciumphosphate）2、**控釋：聚已酸內酯（PCL）、聚乳酸（PLLA）、乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）3、軟組織生物結構/器官打印：瓊脂（Agar）、聚氨基葡萄糖（Chitosan）、藻朊酸鹽（Alginate）、白明膠（Gelatine）、骨膠原（Collagen）、纖維素（Fibrin） 
4、概念模型：聚氨基甲酸乙酯（Polyurethane）、硅酮（Silicone） 

樣品圖片

sample pictures

	規格			specifications
產品型號			3D-Bioplotter™
打印精度（XYZ軸）			0.001mm
打印速度			0.1-150mm/秒
*大成型尺寸			150*150*140mm
針傳感器分辨率（Z軸）			0.001mm
分辨率（XY軸）			每個像素0.009mm
*小層厚			0.1mm（隨材料不同而變化）
設備尺寸			976x623x773mm
設備重量			80KG
所需氣壓			6–8bar，每分鐘30升
電源			100–240VAC,10A,50/60Hz
	系統數據處理

3D-Bioplotter™ 需與個人電腦工作站配合使用，來操作和監控系統。以發揮系統操作和監控功能。將CAD數據上傳至電腦，通過Bioplotter™ 軟件處理數據，然后將處理后的數據通過集成接口卡傳輸至3D-Bioplotter™，Bioplotter™ 軟件將持續監控整個工作過程，直到整個工作流程完滿結束為止。

世聯博研公司提供專業的細胞組織支架3D打印技術講解。