3D打印多血管网络和功能构建：突破组织工程的新技术

LumenX Gen 3是由Cellink公司推出的DLP（数字光处理）光生物打印机，专为高度精密的生物结构打印设计，尤其适用于微流控系统和复杂的血管网络构建。这款设备的核心技术依赖于405纳米波长的可见光，利用光聚合反应将光敏性水凝胶材料逐层固化，构建出复杂的3D生物结构。

一 主要特点

1. 高精度分辨率：LumenX Gen 3的像素分辨率高达35微米，确保打印的每一层结构都能够精确细致。这一精度使得它能够打印出极为复杂的微流控结构和血管网络。

2. 灰度打印技术：该设备配备了灰度打印功能，可以根据需求调整材料的硬度，创建不同的生物机械梯度。这种能力在再生医学、组织工程中，尤其在模拟体内组织力学环境时非常重要。

3. 温控和稳定性：LumenX Gen 3的温度控制范围为室温至60°C，并且能够通过均匀的光强分布确保每一层的光聚合材料一致交联，这意味着无论模型位置如何，都能保持打印质量的一致性。

4. 模块化构建平台：该设备允许使用不同尺寸和材料的打印平台，适合打印各种模型大小，优化了材料的使用效率。

5. 微流控系统的复杂构建：LumenX Gen 3特别适合微流控芯片和器官芯片的制造，能够快速构建具有复杂几何形状的微流控系统，省去传统铸造工艺的繁琐步骤，同时提高了时间和成本效率。

6. 适用于活细胞打印：通过紧密的温度控制和灭菌工艺，LumenX Gen 3能够大大提升细胞在打印过程中的存活率，适合用于活细胞打印。

二 应用领域

1. 组织工程：LumenX Gen 3凭借其精细打印和灰度控制功能，能够解决生物医学领域中复杂的血管网络构建难题。在打印多血管结构时，能够生成类似体内的生物环境，使打印的组织结构更接近自然。

2. 药物开发：通过创建生物力学特性可控的组织结构，研究人员能够在早期阶段评估药物的效果，从而降低开发成本。

3. 微流控系统：该设备能够快速打印用于控制流体流动的复杂微流控芯片，并且可以直接在芯片中工作或后期进行细胞接种。

三 使用该技术打印的微流控文章速递

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

发表杂志：《Science》

影响因子：47.728（2020年）

发表日期：2019年5月3日

文章背景：研究目的是通过3D打印技术制造与生物系统类似的多血管网络，用于解决厚组织中细胞供氧和养分输送的问题。这些人工血管网络有助于增强3D打印组织和器官芯片的功能性，推动组织替代物的发展。

1 交织血管网络（Entangled Vascular Networks ）

研究人员设计了一个由两个网络交织组成的模型，一个为蛇形通道，另一个为围绕蛇形通道的螺旋通道。这种设计用于模拟气体交换。在实验中，氧气通过螺旋网络，去氧红细胞（RBCs）通过蛇形网络。研究表明，随着流速降低，去氧红细胞的氧饱和度和氧分压显著增加。

2 血管化肺泡模型拓扑（Vascularized Alveolar Model Topology）
Vascularized Alveolar Model Topology结构是一种由多面体填充空间的泡沫结构模型，该模型用于创建血管和气道的模拟。研究人员使用了由两种几何体组成的单位元（十二面体和十四面体），去除了所有面、内部边缘和顶点，生成了血管骨架。通过将血管结构缩小，并将其嵌套到气道中，研究者得到了一个最终的三维模型。该模型用于模拟气道膨胀和收缩对周围血管的影响。
 

3 血管内静态混合器（Intravascular Static Mixer）

通过单片水凝胶3D打印的复杂血管内静态混合器，其核心由厚度为150微米的3D扭曲鳍片构成，鳍片在1毫米的圆柱形通道内交替旋向排列。当层流流体通过时，鳍片产生复杂的流体混合效果。随着鳍片数量的增加，流体混合速率明显提高。这种设计适用于微流控系统，能够快速、有效地混合流体，为血管网络或生物打印中的流体控制提供了精准解决方案。
 

4 血管化肝水凝胶载体（Vascularized Hepatic Hydrogel Carrier）
Vascularized Hepatic Hydrogel Carrier（血管化肝水凝胶载体）是一种用于肝细胞移植的生物材料载体，具有内置的血管结构，能够模拟体内的血管环境。通过将肝细胞聚集体嵌入水凝胶中并在其中添加内皮细胞，形成预血管化的网络，从而提高移植后的细胞存活率和功能性。这种载体有助于肝细胞与宿主组织及血液系统的整合，在组织工程和再生医学中提供了新的治疗途径，特别是在肝脏修复和再生领域。
 

5 氧化血液灌流功能性水凝胶模型(Oxidized Blood Perfused Functional Hydrogel Model)
该模型用于评估水凝胶组织中细胞活性。该模型通过解冻冷冻保存的哺乳动物细胞，将其快速整合到具有血管结构的可灌流水凝胶中。模型的特点是利用氧化红细胞进行灌流，这显著增强了表达萤火虫荧光素酶的细胞功能，表现为细胞发出的光信号增加。这一过程依赖于细胞中ATP和氧气的供应，使得该模型特别适合研究氧气对细胞活性的影响，同时也为组织工程和再生医学中的非侵入性细胞功能检测提供了理想的平台。