什么是生物3D打印技术?

 

     3D打印技术是基于计算机三维数字成像技术及多层次连续打印的一种新兴应用技术。生物3D打印技术则是基于3D打印的基础上, 将生物材料或细胞按仿生形态、生物体功能、细胞特定微环境等要求,用增材制造法打印出同时具有复杂结构与功能的生物三维结构、体外三维生物功能体、再生医学模型等生物医学产品的3D打印技术,该技术在生命科学领域的应用日益广泛,现已成为21世纪最具发展潜力的前沿技术之一。

 

     生物3D打印按打印方式可以大概分为以下三种方式:喷墨生物打印,微挤压成型生物打印激光辅助生物打印

 

     喷墨生物打印

     喷墨式打印的原理是依靠声波或热使得生物材料形成液滴滴落而成型。声波喷墨打印机用声辐射力量与超声波场把液滴从气液界面喷射出,通过控制超声参数以控制液滴的大小与滴出速率,其优点是避免了热与压力对生物材料的影响,同时可控制液滴的大小、并避免了喷口的堵塞,缺点是对打印的材料黏度有一定的限制;热喷墨打印机运行依靠电加热打印头,产生压力脉冲而使液滴离开喷嘴,其优点为打印速度快、成本低、应用广泛,但在打印过程中会使细胞与生物材料承受热与机械应力,并且其喷头易被堵塞、液滴方向性不明显、液滴大小不均匀等。总体来说,喷墨生物打印的优点是精度高,操作简单,其局限性是生物材料必须以液态形式存在,才能形成液滴,对材料粘度的限制比较大。

 

     微挤压成型生物打印

     微挤压成型生物打印的工作原来是,将热熔性材料通过加热器熔化,材料先抽成丝状,通过送丝机送进热熔喷头,在喷头内被加热融化,喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将半流动状态的材料按CAD分层数据控制的路径,挤出并沉积在指定的位置凝固成形,并与周围的材料粘接,层层堆积成型。该技术的缺点是,打印出的细胞存活率低,限制了其在再生医学组织构建方面的应用。

 

     激光辅助生物打印

     激光辅助生物打印机(LAB)的工作原理是,在玻璃板吸收层上用激光聚焦产生一个高压液泡,将带有细胞的材料推到接受基体上,其优点是喷头为开放式,不存在喷头堵塞的问题,同时对细胞伤害小,细胞存活率高达95%以上,缺点为价格较高,限制了其临床应用,而且不易与其他打印方式协同工作。

 

      

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          GESIM的BioScaffolder系列生物3D打印机是一款先进的生物3D打印快速制造平台,集微型挤压成型打印和喷墨打印两种技术于一体。仪器采用模块化设计,可以灵活使用多达14种不同的打印头,配合不同的挤出动力,可以实现组织工程支架、电纺丝成型、细胞直接打印、细胞点喷与图案化打印、粉末打印等多种功能,是目前世界上功能最为强大的生物3D打印机之一。GESIM使用专利的压电无阀门喷射打印技术,用于细胞悬浮液的独立打印,打印喷嘴无物理阀门,对细胞不产生物理损伤,细胞存活率高,最小喷射液滴体积可达50皮升,打印精度高,能够精确的在生物支架中打印多种活细胞。我们的生物3D打印机客户遍布全球众多知名院校和研究所,发表了众多代表生物3D打印领域最新进展的科研成果。

      BioScaffolder系列生物3D打印机共分三个系列,面向不同的终端客户。BioScaffolder Prime是一款入门级的生物3D打印机,性价比高,可以满足大部分生物材料打印的需求,适合刚刚进入生物3D打印领域的用户,使其快速拥有一台具有领先打印技术的生物3D打印平台。得益于其较高的后期可扩展性,还能在后期升级至我们更高等级的生物3D打印机。BioScaffolder 3.x是一款进阶级的生物3D打印机,支持更多的打印技术,具有更先进的细胞打印技术,是实现复杂器官组织打印的有力工具,适合已经在生物3D打印领域有一定经验的用户,能帮助他们实现更多复杂的结构设计,向实现复杂器官组织打印进发。BioScaffolder 5.x是一款专业级的生物3D打印系统,采用工业级别的磁悬浮线性电机自动化平台,效率更高,性能更可靠,技术更全面。除了支持众多的打印技术外,还引入了实时生物培养的概念,可以在打印的同时对打印的细胞进行动态培养,以及引入了实时表面活化和除菌的概念,是一款面向工业化的生物3D打印机。

             

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自动化平台
打印技术

微挤压成型打印技术(气压,活塞,螺杆,FDM,液压,同轴,共混)

喷射打印技术(无阀门,电磁微阀,压电微阀,粉末)

打印头数目 最多同时装配7个打印头
机械平台 步进电机驱动,皮带传动 步进电机驱动,皮带传动          磁悬浮直线电机   
       
打印工具
气压微型挤压成型打印头 + + +
同轴微型挤压成型打印头 + + +
FDM微型挤压成型打印头 + + +
螺杆微型挤压成型打印头 - + +
活塞微型挤压成型打印头 - + +
共混微型挤压成型打印头 - + +
注射泵微型挤压成型打印头 + + +
压电无阀门喷射打印喷嘴 + + +
压电微阀喷射打印喷嘴 - + +
电磁微阀喷射打印喷嘴 + + +
粉末喷射打印喷嘴 - + +
TWIN双喷射打印头 - + +
熔融静电纺丝书写打印(MES) - + +
等离子表面处理工具 - - +
实时动态三维循环培养 - - +
双层实验室规格 - - +
       
光固化
高功率紫外光源(320 - 500nm) + + +

LED紫外光源(365nm,385nm,

405nm,420nm,455nm,470nm,490nm

505nm,530nm,565nm,590nm,617nm

625nm,660nm任意1-4种组合)

+ + +
       
打印质量控制
   喷嘴位置校准(XYZ) + + +
打印基底高度校准 + + +
打印参数校准 + + +
打印进程实时监控 + + +
       
加热控制
料筒加热 + + +
喷嘴加热 + + +
接收平台加热 + + +
       
制冷控制
料筒制冷 + + +
喷嘴制冷 + + +
接收平台制冷 + + +
       
软件
建模软件 + + +
材料设计及切片软件 + + +
G-Code接口 + + +
       
洁净空间 选配二级生物安全柜 选配二级生物安全柜 标配二级生物安全柜
       
打印尺寸(W*D*H)[mm] 350*180*99 350*180*99 400*200*99
       
步进精度 1微米 1微米 0.5微米
重复精度 10微米 10微米 10微米
打印精度 50微米 50微米 50微米
       
设备尺寸[mm] 623*509*475 623*509*475 900*601*500
设备重量 50公斤 50公斤 100公斤
       

 

BioScaffolder产品画册

        BioScaffolder系列生物3D打印机支持压电喷墨打印技术和微型挤压成型打印技术(气压,活塞及螺杆),用户可以根据应用灵活的搭配不同的打印技术及工具,能满足各种应用的打印需求。