ATA-7015高壓放大器在基于微流控制備殼結構微凝膠的3D打印骨再生結構中的應用
本文將與大家分享，ATA-7015高壓放大器在基于微流控制備殼結構微凝膠的3D打印骨再生結構中的應用，希望能對各位工程師有所幫助與啟發。
利用3D生物打印技術制備載細胞組織結構時，打印過程中的剪切應力顯著降低了生物活性。已有研究證明，具有獨立控制隔室的微凝膠可以在打印過程中保護細胞。
近期，東華大學化學化工與生物工程學院和材料科學與工程學院的何創龍教授團隊和周小軍老師聯合復旦大學附屬浦東醫院骨科的何家文醫生提出利用基于微流控技術制備的核-殼結構的微凝膠封裝細胞，以減少擠出生物3D打印過程中剪切應力對細胞的損傷，并在骨組織修復領域具有良好的應用前景。相關論文“Construction of 3D printed constructs based on microfluidic microgel forbone regeneration”發表于雜志Composites Part B上。
圖1載細胞微凝膠和3D打印載細胞微凝膠的制造過程示意圖
1.微流控制備核-殼結構的載細胞微凝膠
參數
油相：含有1v/v%司班80、0.01v/v%乙酸和0.8w/v%CaCl2-NP的液體石蠟
殼：2%w/v的海藻酸鈉和50mMCa-EDTA混合溶液
核：含有GFP-BMSCscells/mL的I型膠原溶液
流速：水相Qaqu/油相Qoil=1/3，核相Q1/殼相Q2=2
微凝膠制備過程（圖1）
將核心溶液和殼溶液分別裝入無菌微流控注射器的中間和兩側的注射器中，流速由注射泵獨立控制，在微流體平臺上制備載有細胞的微凝膠；然后，在收集過程中，使用PBS溶液（pH=7.4）中和油相中的乙酸溶液；最后，將載有細胞的微凝膠重新懸浮在細胞培養基中進行體外培養。
表征
乙酸和CaCl2-NP濃度與微凝膠形態的關系：當CaCl2-NP的濃度為0.8wt%時，0.01v/v%的乙酸溶液即可形成粒徑均勻的微凝膠（圖2）。
流速與微凝膠的粒徑分散性和殼核結構的關系：粒徑分散性隨著流速比Qaqu/Qoil的減小而減小，尺寸也相應減小（圖2）；I型膠原相(Q1)流速增加，核層厚度增加，殼層厚度相應減小（圖3）。
醋酸濃度和Qaqu/Qoil的流速比對載細胞微凝膠細胞活力的影響（圖4）：隨著乙酸濃度的降低和流速比的增加，細胞活力相應增加；使用這些參數制備的微凝膠具有良好的生物相容性。
圖2乙酸、CaCl2-NP濃度和流速對微凝膠形態的關系圖
圖3流速與微凝膠殼-核的關系圖
圖4載細胞微凝膠中細胞活力圖
2.3D載微凝膠結構的生物打印
打印參數
噴嘴內徑為500μm；
層高0.55mm，網格填充寬度1mm，軸速度3mm/s，氣壓值0.25MPa；
墨水預處理溫度4℃。
打印過程
將生物3D打印機放置在無菌室中，以確保打印過程的無菌性。2mL載細胞微凝膠（5×10^5個細胞）與SilMA/GelMA復合材料混合作為3D生物打印的生物墨水。為確保細胞數的一致性，將2mL培養基（5×10^5個細胞）加入到不含微凝膠的bioink中作為對照組進行生物打印。3D打印體在UV照下（365nm，10秒）進行光交聯，并轉移到細胞培養板培養。
表征：
微凝膠結構對細胞活力的影響：3D打印的載細胞微凝膠結構的細胞活力高于載細胞3D打印結構，微凝膠在打印過程中對細胞的保護作用。
圖53D打印結構體的細胞增殖圖
3.3D打印結構促進骨組織再生
炎癥反應：將Microgel-15%SilMA/GelMA和15%SilMA/GelMA構建體置于SD大鼠的皮下，材料與組織界面周圍未觀察到明顯的炎癥反應，適合體內植入。
骨缺損修復效果：將載有細胞的構建體置SD大鼠的顱骨缺損處，micro-CT、BMD及H&E染色結果表明Microgel-15%SilMA/GelMA比15%SilMA/GelMA相比，可明顯促進BMSCs的增殖和體內骨再生。
圖6皮下植入3D打印結構體1周和2周后的H&E和Masson染色
圖7評估體內骨再生圖
帶寬：（-3dB）DC~80kHz
電壓：3kVp-p（±1.5kVp）
電流：40mAp
功率：60Wp
壓擺率：≥534V/μs
可程控
總之，研究者證明了使用微凝膠封裝細胞減少打印過程中的細胞損傷、增強細胞活力策略的可行性。同時表明，嵌入微凝膠的SilMA/GelMA具有良好的生物相容性，具有成為用于3D生物打印的多功能生物墨水的潛力。
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