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基于微尺度3D打印技术制造适用于微重力环境的微孔板

发布时间:2022-07-04      点击次数:137



来自德国法兰克福大学(Goethe University Frankfurt)布赫曼分子生命科学研究所(Buchmann Institute for Molecular Life Sciences)的研究人员使用摩方精密 (BMF)的微尺度3D打印机microArch® S140制造了一种微型培养皿——水凝胶微孔板(hydrowells)的模具,该微孔板可在微重力环境下用于培养3D多细胞球体。此项研究是太空多细胞球体聚集与生存实验(Spheroid Aggregation and Viability in Space, SHAPE)的一部分,该实验由德国航空航天中心(DLR)支持并将在近地轨道上的国际空间站(ISS)上进行。


多细胞球体和培养细胞的水凝胶微孔板


这种定制的水凝胶微孔板(hydrowells)由琼脂糖(一种多糖)制成,用于替代塑料或玻璃培养皿在微重力环境下培养多细胞球体。多细胞球体是三维的组织模型,特别适合再生医学和癌症等研究。微孔板的孔与孔之间互不连通,可助力简单扩散实现物质交换且可为细胞提供生物相容的环境。细胞悬浮在单独的微孔中生长,逐层堆叠形成多细胞球体。微孔板则可很好地规避多细胞球体生长到不可控尺寸的风险。


布赫曼分子生命科学研究所参与的太空多细胞球体聚集与生存实验要求微孔板具有特殊的设计:漏斗形的入口、圆柱形的横截面以及U形/锥形或截去顶部锥形的底部。这些底部的特殊形状有利于多细胞球体的形成和长时间的细胞培养。微孔板是通过阳膜,即具有凸形的模具翻铸而成。微尺度3D打印可以实现超高光学精度、生成光滑表面、可使用高性能材料以及支持快速研发,因此,此研究中被用来制备凸模。


漏斗形顶部的微孔板模具


圆柱形截面的微孔板模具

U形底部的微孔板模具


微尺度3D打印设备和材料


摩方精密微尺度3D打印机microArch® S140具有10μm的超高光学精度,所制造的零件顶部表面光洁度Ra可以达到0.4~0.9μm,侧面可以达到1.5~2.5μm。microArch® S140基于面投影微立体光刻技术(PμSL),可以实现高的表面光洁度和精度,优于光学精度约为25~50μm的SLA立体光固化3D打印机。microArch®  S140 支持多种高性能3D打印材料,同时也支持工程级的405nm波段光固化树脂。


用于制造微孔板模具的材料是摩方精密的HT200树脂材料,这种材料可承受温度高达200°C,同时兼具高强度和耐用性。这些优异的性能使模具可以进行高温高压蒸汽灭菌,使微孔板免受细菌污染。经过高压蒸汽灭菌后,模具并未出现翘曲或分层。这种具有优异热学性能和机械性能的3D打印材料确保了最终产品出色的整体性。



microArch®S140 微尺度3D打印机





摩方精密HT200树脂材料



使用HT200材料制造的微孔板模具



微孔板模具的特写




模具的精度,表面光洁度和高压蒸汽灭菌


法兰克福大学布赫曼分子生命科学研究所的终身科学家、首.席研究员——Francesco Pampaloni博士测试了用来生产微孔板的3D打印模具,他评价摩方精密微尺度3D打印的模具具有高的精度和表面光洁度,使用这种模具生产的微孔板可以培养出尺寸一致的多细胞球体。Pampaloni博士还补充道,用于制造模具的3D打印材料完全可以承受121℃和2.1bar的高压蒸汽灭菌条件,确保了微孔板的无菌环境。


水凝胶微孔板


有多细胞球体和没有多细胞球体的微孔板


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有关microArch® S140和PμSL(面投影微立体光刻技术)