凝胶流道网络3d打印制造研究

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1、万方数据浙江大学硕士学位论文绪论1绪论1．13D打印技术概述3D打印技术又称之为——“快速成型、增量制造、叠层制造”，起始于20世纪90年代中期，是一种利用堆积原理的快速制造技术，是未来制造业发展的一个重要方向⋯。快速成形技术可以准确良好地控制打印体的形状和结构，利用计算机事先建立三维模型结构，结合数控和传动技术，通过叠层制造的方法构建出复杂的三维结构体。这一技术的使得打印具备复杂结构的组织或器官成为可能，因此在组织工程和器官打印中具有很大的发展潜力。3D打印技术的基本原理是：根据计算机辅助设计的三维模型或者有扫描机扫描所得的数据，复杂的三维实体被“切”

2、成一定厚度的系列片层，从而将三维结构转变成二维图形。在电脑程序控制下，打印机通过读取STL文件中的横截面信息，基于离散、堆积成型的原理，通过“层层打印、逐层叠加”的方式，利用液体或者粉状的材料将所有截面逐层堆积粘贴起来，最终形成实体三维结构。3D打印技术可以精确控制液体或者粉末堆积的数量和位置，从而可以设计打印出具有任意形状的复杂空间结构。3D打印技术经过不断地发展，已经广泛应用到医学研究，模具制造，材料工程，汽车制造和建筑工程等领域，具有广阔应用前景【2】。3D打印技术最突出的优点是不需要任何的加工模具，可以通过扫描或者建立三维模型直接打印出需要的零件

3、，从成本上可以减少模具的费用，从时间上可以缩短零件制造的时间，提高了产品研发的效率。在传统机械加工中，零件的形状越复杂，加工模具或技术越繁杂，其生产制造的成本也就越高，利用3D打印复杂零件可以明显降低成本，尤其是在加工特殊材料或稀有材料是时，可以大大地减少原材料的浪费。在组织工程中，3D打印技术具有精度高，构建速度快和无排异反应等优势。针对不同的病人，不同的组织或器官，3D打印可以实现“个性化”定制。与传统组织工程技术相比，3D打印可以同时打印细胞支架材料，实现细胞在支架材料内的均匀分布和准确定位，打印的种子细胞来自患者自己身体的细胞，可以从根源上避免排

4、异反应，有助于患者的恢复【31。利用多喷头可以同时打印多种细胞，有利于组织血管化和不同器官的形成。3D打印技术被广泛应用在在骨科、口腔科等方面。在骨外科中，人体内一共含有两百多块骨头，每块骨头都具有完全不同的形状和性质，因此，在治疗中个性化定制适合患者的人工骨骼对患者的恢复具有重要的作用。在口腔医学中，人体中牙齿的结构也比较复杂，1万方数据浙江大学硕士学位论文绪论不同的牙槽结构导致牙齿生长的大小，形状和结构也非常不同。利用3D打印的可以解决传统组织工程技术难以解决的牙再生问题。北京大学口腔医学院薛世华等【4】已经成功地进行了人牙髓细胞共混物的三维生物打印

5、。该组的实验方案采用酶联合消化法原代培养人牙髓细胞作为种子细胞，海藻酸钠／明胶水溶液作为支架材料，进行三维打印。在打印后，将所得的生物打印结构进行后续培养加工培养后，检测支架中细胞的存活情况。结果表明，打印后的细胞体存活率可以达到87％。由此可知3D生物打印技术在人工牙齿组织工程中具有可行性。在血管组织工程技术上，3D打印技术在细胞打印、构建直接和器官打印等方面取得了很大进步。在心血管疾病的治疗中，单纯的药物不能从根本上解决问题，严重时需要向患者进行血管移植或者血管搭桥的手术。由于很难利用患者自身的血管进行移植，因此血管的来源成为血管移植中最重要的难题。

6、目前，研究者们通过3D打印技术成功打印出人工血管，有望解决血管来源不足的问题。德国的GunterTovar博士利用3D打印技术制造出人工血管。德国科学家利用3D打印双光子聚合和生物功能化修饰技术制作出的毛细血管【51，具有良好的弹性和生物相容性，既可以移植入人体代替坏死的血管，利于构造的组织或器官再次血管化。由此可见，利用3D打印技术打印人工血管用于血管移植或构建血管骨架，解决血管来源匮乏问题，具有广阔的前景【61。1987年，“组织工程”这一概念由美国国家科学基金会正式提出。组织工程技术核心是利用细胞学和组织工程学原理，选择具有良好生物相容性和降解性的

7、支架材料，在支架材料上种植培养好的种子细胞，形成细胞支架混合物，经过一段时间的体外培养后移植到患者的受损部位，完成对组织或器官的修复。和传统组织工程技术相比，基于堆积原理的3D打印技术在精度、打印速度、排异反应和个性化定制方面具有明显的优势。但就目前的技术而言，3D打印技术还存在一些问题，比如支架材料的选择较少，打印出的结构力学强度不足，如何保证打印出的细胞按照需求的方向进行增殖分化等【71。因此，3D打印技术还需要研究者们进行不懈的研究，目前还未能广泛到工程化生产当中，但其具有广泛的应用前景。如果3D打印技术发展成熟，可以实现人体组织或器官的再生，器官

8、来源缺失的问题将被解决，从而延长人类的生命周期【8】。2万方数据浙江大学硕士学位