3D生物打印机

3DDiscovery是一个多功能和使用友好的三维生物细胞制造仪器设备。 
3DDiscovery 3D生物打印机创建与生物体内相似的环境，它结合regenhu的BioInk?支持细胞生长的生物材料，可迅速生成3D细胞、蛋白质和细胞外基质组建、组织、器官模型。 
3D Discovery 3D生物打印机为临床诊断、药物发现、药物毒性和复杂人类疾病的体外模型创建复杂组织器官模型自动化组织体外实验得力设备。可“按需打印”所需的细胞、组织、器官等机器设备。 
此仪器藉由创新的建构方式建构软硬组织的体外模型来控制细胞之间的间隙及其形态。 
以三维结构模型模拟活体生物内发生的事3DDiscovery?是一个与细胞相容性高的多功能三维模型创建平台。此平台可使细胞培养在适合的生物分子软硬度复合材料内。其功能大大优于二维细胞的培养。 

·主要优势 

1.可在体外极限模拟内体条件，打印三维细胞和复杂组织、器官。
2.激光聚合/生物分子制动
3.模块化、可选的多次分配技术
4.无菌层流罩内生物制造
5.微米级进程重复定位精度
6.通过BioCAD软件快速和容易组织建模
7.操作简便、功能强大
·定制选项
·3D模型来研究并确定生物学工序：
          细胞与细胞之间通信
          1.细胞分化
          2.药物代谢
          3.表达（基因，蛋白质）
          4.对刺激的反应
          5.在体外模拟体内环境
          6.细胞外基质
          7.对刺激的反应
          8.细胞、组织形态
          9.细胞、组织扩散
          10.细胞、组织自生能力
 

1、3DDiscovery三维运动及定位系统 

3DDiscovery打印机采用的是基座作为Y轴，喷头作为X、Z轴的双驱动运动模式，运动精度更高。机械手臂精度控制在±10um之内，保证射出材料定位的高精度。对于生物打印来说，由于支架材料的微结构（microstructure）的空隙度需要控制在30-100um之间，输入文件的单层切片厚度一般在50--100um之间，所以±10um的控制精度足以满足所有的生物打印材料的需求。 

图-1 3DDiscovery三维运动及定位系统

2、3DDiscovery打印机喷头 

3DDiscovery打印机喷头与“生物墨水”（bioink）之间具有良好的相容性，针对不同粘度的材料提供了不同挤出速率、针头孔径的喷头，喷头的设计符合流体力学的要求，包括黏滞性、密度、表面张力等重要参数。在3DDiscovery打印机的喷头设计中，喷头的孔径为150um—2mm之间，该设计可保证打印过程中所打印的细胞或分子保持液态，打印后又可以立即凝固，以维持黏弹性状态。这种液态到固态的变化保证不引起细胞、生物活性因子以及其他微粒的损伤，保证细胞的存活，从而有利于体外的培养。 
采用气体压力来控制打印机的材料的挤出，控制精度是所有打印机中zui高的一种。采用气压来作为动力的优势还在于满足保证细胞的存活率、无污染等生物方面的要求，三维打印喷头适应性强，操作简单，可以根据材料粘度调节适合的气体压力，进行不同粘度的成形材料的三维打印成形；另外喷头采用水平的排布方法，喷头间不易发生干扰。

图-2 3DDiscovery打印机的气压接入系统

3DDiscovery打印机喷头相关参数
喷头原理：电磁射流技术+微控阀门
喷嘴直径150um—2mm
喷射压强：2060 kPa（ Dispensing pressure ）
微控阀门喷射时间4001200 us（valve opening time ）
喷射点距：0.050.07 mm（dosing distance）

图-3 3DDiscovery打印机的水平的排布方式 
目前3DDiscovery打印机提供适用的四种不同喷头，分别为CF-300N，CF-300H，HM-300H，DD-135N.相关参数如下表所示。这四种不同的喷头适应于不同粘度的高分子材料。

 3DDiscovery打印机的适用的四种不同喷头 

3DDiscovery打印机喷头的优势

1. 高精度：即分辨率高,可以精确控制水凝胶喷射位置和墨水的量，有利于生物显微结构的建立，有利于局部痕量供给生物活性因子及药物，从而有利于控制组织的局部生长发育。

2. 可以同时打印种子细胞和支架材料，更利于整体三维结构的构建。其可以使用多达4种材料，从而实现同时打印组织/器官内的不同组分，使用不同的细胞、细胞外基质和生物活性因子，并且使用精确的配比。

3. 构建速度快：能够快速的制造生物组织/器官，保证了生物材料的存活率，从而显著有利于再生医药、器官移植等未来医学领域。

3、3DDiscovery打印机适合于不同的生物材料
3DDiscovery打印机可以使用聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、聚乙二醇衍生物（PEG）、纤维蛋白、弹性蛋白（韧带及真皮中）、胶原蛋白、海藻酸钠、琼脂糖等。 
也可以使用天然生物衍生材料，如脱钙骨基质、壳聚糖、藻酸盐凝胶等；另一类是人工合成生物高分子材料，主要有羟基磷灰石、磷酸三钙、生物活性玻璃等无机材料和以聚乳酸及其共聚物等为代表的有机材料。
也可以采用聚己酸内酯，磷酸钙和水凝胶基体来形成生物相容性良好的骨骼。

图-4 3DDiscovery打印机打印的相关组织工程支架

Cited from: Kajsa Markstedt, et al. Biomacromolecules,2015, Accepted.

4、完善的中控平台 

可以控制温度、湿度、光照、氧气/二氧化碳浓度。
制作盘温可温控：-5-80℃，便于打印温敏性材料以及低温成型材料。

图-5 专业稳固的*控制平台

应用范围：
        1.细胞组织再生
        2.药物开发
        3.药物发现（3D药物和药物筛选）
        4.药物毒性分析
        5.组织工程坚实的支架
        6.体外组织检查分析
        7.复杂人类疾病体外分析模型
        8.临床诊断体外组织自动化检测
        9.模块化组织装配
        10.硬组织工程骨模型
        11.肤模型（软组织工程）

规格概要 
     1)外形尺寸：580/540/570mm
     2)机械手臂精度：±10um
     3)制作范围：130x90x60mm
     4)四4个打印头粘度范围可达10'000mPaS
     5)射出精度达 nl
     6)打印头具加热功能（zui高至250℃）
     7)绘制软体 BioCAD
     8)制作盘温可温控（80° C）
关键技术 
     1)在单一模型中同时结合细胞校号分子生物材料
     2)*技术提供细胞及生物分子良好的空间控制
     3)组件可升级
     4)使用 BioCAD可轻松绘制模型于环境下制作
     5)可选择实验室工作台或无菌罩 
可选用的材料 
     1)生物大分子 
     2)钙 
     3)细胞 
     4)信号分子（蛋白质） 
     5)水凝胶 
     6)胶原蛋白 
     7)聚己内酯 
     8)聚酯