LumenX Gen 3 3D打印多血管網絡和功能構建：突破組織工程的新技術

2025-03-28 10:14:58 87閱讀次數

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LumenX Gen 3是由Cellink公司推出的DLP（數字光處理）光生物打印機，專為高度精密的生物結構打印設計，尤其適用于微流控系統和復雜的血管網絡構建。這款設備的核心技術依賴于405納米波長的可見光，利用光聚合反應將光敏性水凝膠材料逐層固化，構建出復雜的3D生物結構。

一、主要特點

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構都能夠精確細致。這一精度使得它能夠打印出極為復雜的微流控結構和血管網絡。
灰度打印技術：該設備配備了灰度打印功能，可以根據需求調整材料的硬度，創建不同的生物機械梯度。這種能力在再生醫學、組織工程中，尤其在模擬體內組織力學環境時非常重要。
溫控和穩定性：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，這意味著無論模型位置如何，都能保持打印質量的一致性。
模塊化構建平臺：該設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，優化了材料的使用效率。
微流控系統的復雜構建：LumenX Gen 3特別適合微流控芯片和器官芯片的制造，能夠快速構建具有復雜幾何形狀的微流控系統，省去傳統鑄造工藝的繁瑣步驟，同時提高了時間和成本效率。
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、應用領域

組織工程：LumenX Gen 3憑借其精細打印和灰度控制功能，能夠解決生物醫學領域中復雜的血管網絡構建難題。在打印多血管結構時，能夠生成類似體內的生物環境，使打印的組織結構更接近自然。
藥物開發：通過創建生物力學特性可控的組織結構，研究人員能夠在早期階段評估藥物的效果，從而降低開發成本。
微流控系統：該設備能夠快速打印用于控制流體流動的復雜微流控芯片，并且可以直接在芯片中工作或后期進行細胞接種。

三、使用該技術打印的微流控文章速遞

文章名稱：《Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels》

發表雜志：《Science》

影響因子：47.728（2020年）

發表日期：2019年5月3日

文章背景：研究目的是通過3D打印技術制造與生物系統類似的多血管網絡，用于解決厚組織中細胞供氧和養分輸送的問題。這些人工血管網絡有助于增強3D打印組織和器官芯片的功能性，推動組織替代物的發展。

1 、交織血管網絡（Entangled Vascular Networks ）

研究人員設計了一個由兩個網絡交織組成的模型，一個為蛇形通道，另一個為圍繞蛇形通道的螺旋通道。這種設計用于模擬氣體交換。在實驗中，氧氣通過螺旋網絡，去氧紅細胞（RBCs）通過蛇形網絡。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）

構是一種由多面體填充空間的泡沫結構模型，該模型用于創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、內部邊緣和頂點，生成了血管骨架。通過將血管結構縮小，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、血管內靜態混合器（Intravascular Static Mixer）

通過單片水凝膠3D打印的復雜血管內靜態混合器，其核心由厚度為150微米的3D扭曲鰭片構成，鰭片在1毫米的圓柱形通道內交替旋向排列。當層流流體通過時，鰭片產生復雜的流體混合效果。隨著鰭片數量的增加，流體混合速率明顯提高。這種設計適用于微流控系統，能夠快速、有效地混合流體，為血管網絡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，具有內置的血管結構，能夠模擬體內的血管環境。通過將肝細胞聚集體嵌入水凝膠中并在其中添加內皮細胞，形成預血管化的網絡，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的整合，在組織工程和再生醫學中提供了新的治療途徑，特別是在肝臟修復和再生領域。

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

該模型用于評估水凝膠組織中細胞活性。該模型通過解凍冷凍保存的哺乳動物細胞，將其快速整合到具有血管結構的可灌流水凝膠中。模型的特點是利用氧化紅細胞進行灌流，這顯著增強了表達螢火蟲熒光素酶的細胞功能，表現為細胞發出的光信號增加。這一過程依賴于細胞中ATP和氧氣的供應，使得該模型特別適合研究氧氣對細胞活性的影響，同時也為組織工程和再生醫學中的非侵入性細胞功能檢測提供了理想的平臺。