LumenX Gen 3 3D打印在多血管網(wǎng)絡(luò)和功能構(gòu)建中的應(yīng)用

LumenX Gen 3是由Cellink公司推出的DLP（數(shù)字光處理）光生物打印機，專為高度精密的生物結(jié)構(gòu)打印設(shè)計，尤其適用于微流控系統(tǒng)和復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。這款設(shè)備的核心技術(shù)依賴于405納米波長的可見光，利用光聚合反應(yīng)將光敏性水凝膠材料逐層固化，構(gòu)建出復(fù)雜的3D生物結(jié)構(gòu)。

一 、主要特點

1. 高精度分辨率：LumenX Gen 3的像素分辨率高達35微米，確保打印的每一層結(jié)構(gòu)都能夠精確細致。這一精度使得它能夠打印出極為復(fù)雜的微流控結(jié)構(gòu)和血管網(wǎng)絡(luò)。
2. 灰度打印技術(shù)：該設(shè)備配備了灰度打印功能，可以根據(jù)需求調(diào)整材料的硬度，創(chuàng)建不同的生物機械梯度。這種能力在再生醫(yī)學、組織工程中，尤其在模擬體內(nèi)組織力學環(huán)境時非常重要。
3. 溫控和穩(wěn)定性：LumenX Gen 3的溫度控制范圍為室溫至60°C，并且能夠通過均勻的光強分布確保每一層的光聚合材料一致交聯(lián)，這意味著無論模型位置如何，都能保持打印質(zhì)量的一致性。
4. 模塊化構(gòu)建平臺：該設(shè)備允許使用不同尺寸和材料的打印平臺，適合打印各種模型大小，優(yōu)化了材料的使用效率。
5. 微流控系統(tǒng)的復(fù)雜構(gòu)建：LumenX Gen 3特別適合微流控芯片和器官芯片的制造，能夠快速構(gòu)建具有復(fù)雜幾何形狀的微流控系統(tǒng)，省去傳統(tǒng)鑄造工藝的繁瑣步驟，同時提高了時間和成本效率。
6. 適用于活細胞打印：通過緊密的溫度控制和滅菌工藝，LumenX Gen 3能夠大大提升細胞在打印過程中的存活率，適合用于活細胞打印。

二 、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 組織工程：LumenX Gen 3憑借其精細打印和灰度控制功能，能夠解決生物醫(yī)學領(lǐng)域中復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建難題。在打印多血管結(jié)構(gòu)時，能夠生成類似體內(nèi)的生物環(huán)境，使打印的組織結(jié)構(gòu)更接近自然。
2. 藥物開發(fā)：通過創(chuàng)建生物力學特性可控的組織結(jié)構(gòu)，研究人員能夠在早期階段評估藥物的效果，從而降低開發(fā)成本。
3. 微流控系統(tǒng)：該設(shè)備能夠快速打印用于控制流體流動的復(fù)雜微流控芯片，并且可以直接在芯片中工作或后期進行細胞接種。

三、 使用該技術(shù)打印的微流控文章速遞
文章名稱：《Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels》
發(fā)表雜志：《Science》
影響因子：47.728（2020年）
發(fā)表日期：2019年5月3日
文章背景：研究目的是通過3D打印技術(shù)制造與生物系統(tǒng)類似的多血管網(wǎng)絡(luò)，用于解決厚組織中細胞供氧和養(yǎng)分輸送的問題。這些人工血管網(wǎng)絡(luò)有助于增強3D打印組織和器官芯片的功能性，推動組織替代物的發(fā)展。

1 、交織血管網(wǎng)絡(luò)（Entangled Vascular Networks ）

研究人員設(shè)計了一個由兩個網(wǎng)絡(luò)交織組成的模型，一個為蛇形通道，另一個為圍繞蛇形通道的螺旋通道。這種設(shè)計用于模擬氣體交換。在實驗中，氧氣通過螺旋網(wǎng)絡(luò)，去氧紅細胞（RBCs）通過蛇形網(wǎng)絡(luò)。研究表明，隨著流速降低，去氧紅細胞的氧飽和度和氧分壓顯著增加。

2、 血管化肺泡模型拓撲（Vascularized Alveolar Model Topology）

Vascularized Alveolar Model Topology結(jié)構(gòu)是一種由多面體填充空間的泡沫結(jié)構(gòu)模型，該模型用于創(chuàng)建血管和氣道的模擬。研究人員使用了由兩種幾何體組成的單位元（十二面體和十四面體），去除了所有面、內(nèi)部邊緣和頂點，生成了血管骨架。通過將血管結(jié)構(gòu)縮小，并將其嵌套到氣道中，研究者得到了一個最終的三維模型。該模型用于模擬氣道膨脹和收縮對周圍血管的影響。

3、 血管內(nèi)靜態(tài)混合器（Intravascular Static Mixer）

通過單片水凝膠3D打印的復(fù)雜血管內(nèi)靜態(tài)混合器，其核心由厚度為150微米的3D扭曲鰭片構(gòu)成，鰭片在1毫米的圓柱形通道內(nèi)交替旋向排列。當層流流體通過時，鰭片產(chǎn)生復(fù)雜的流體混合效果。隨著鰭片數(shù)量的增加，流體混合速率明顯提高。這種設(shè)計適用于微流控系統(tǒng)，能夠快速、有效地混合流體，為血管網(wǎng)絡(luò)或生物打印中的流體控制提供了精準解決方案。

4 、血管化肝水凝膠載體（Vascularized Hepatic Hydrogel Carrier）

（血管化肝水凝膠載體）是一種用于肝細胞移植的生物材料載體，具有內(nèi)置的血管結(jié)構(gòu)，能夠模擬體內(nèi)的血管環(huán)境。通過將肝細胞聚集體嵌入水凝膠中并在其中添加內(nèi)皮細胞，形成預(yù)血管化的網(wǎng)絡(luò)，從而提高移植后的細胞存活率和功能性。這種載體有助于肝細胞與宿主組織及血液系統(tǒng)的整合，在組織工程和再生醫(yī)學中提供了新的治療途徑，特別是在肝臟修復(fù)和再生領(lǐng)域。

5、 氧化血液灌流功能性水凝膠模型(Oxidized Blood Perfused Functional Hydrogel Model)