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文档简介

1、添加剂制造在生物医学领域的应用,第二组:陈瑞光、刘、王廷凯、张承天、2018年9月24日,简介及概述主讲人:张承天,简介及概述生物添加剂制造,又称生物3D打印,是一门以特殊生物“打印机”为手段,主要处理包括细胞、生长因子、生物材料在内的活性物质,以重建人体组织器官为目的的跨学科、跨学科的新型再生医学工程技术。它代表了目前3D打印技术的最高水平之一。简介和概述简介科学意义和需求在美国,每1.5个小时就有一个病人因为等不及合适的器官移植而死亡,每年有800多万例与组织修复相关的手术。医疗产品大多是标准化和制造的产品,只有少数固定的规格,不能满足患者的个人需求。生物3D打印技术的目标是解决组织和器官

2、短缺的问题。简介和概述简介、3技术模式、3.1喷墨生物打印喷墨打印机的原理是通过声波或热使生物材料液滴滴落并形成。喷墨生物打印的局限性在于生物材料必须以液体形式存在才能形成液滴。简介和概述简介、3技术模式、3.2微挤压生物印刷通过加热器熔化热熔材料,材料先被拉伸成细丝,然后通过送丝机送入热熔喷嘴,在喷嘴中加热熔化,喷嘴沿零件的截面轮廓和填充轨迹移动,同时半流动材料由计算机辅助设计分层数据控制。挤压、沉积、固化、定点成型、与周围材料粘结、层层堆积成型技术存在印刷细胞存活率低的缺点,限制了其在再生医学组织构建中的应用。简介和概述简介、3技术途径、3.3激光辅助生物打印激光辅助生物打印机(LAB)的

3、工作原理是通过激光聚焦在玻璃板的吸收层上产生一个高压液泡,并将带有细胞的材料推到接收基底上。其优点是喷嘴是开放的,不存在喷嘴堵塞的问题,细胞存活率高达95%。简介和概述简介、4、研究现状,第一级印刷的产品不进入人体,主要包括一些医用模型和体外使用的医疗器械,并且对所用材料的生物相容性没有要求。第二层次使用的材料具有良好的生物相容性,但不能降解,产品植入人体后成为永久性植入物。简介和概述简介、4。研究现状:第三层次所用材料具有良好的生物相容性,可降解。产品植入人体后,能与人体组织相互作用,促进组织再生。第四层使用活细胞、蛋白质和其他细胞外基质作为材料来印刷具有生物活性的产品,最终目标是生产组织和

4、器官。这是生物3D打印的最高水平。引言和概述引言、4研究现状、国外发展2009年,韩国浦项科技大学的李等人在生物制造领域利用微SLA技术生产组织支架。英国诺丁汉大学教授索金斯利用细胞和蛋白质兼容的生物3D打印技术,创造了一种具有机械强度的骨骼修复结构。哈佛大学工程与应用学院教授科勒斯基基于生物3D打印技术构建了具有异质细胞结构的血管。李博士的研究小组制作了一个内径为1毫米的3D打印水凝胶管道模型,成功地诱导周围的毛细血管形成微血管床。Koch等人通过3D打印技术证实了使用负载有成纤维细胞和角质细胞的胶原蛋白作为皮肤组织再生的原料的可行性。简介及概述简介研究现状4.2国内发展国内生物3D打印技术

5、发展迅速,接近国际水平。杭州电子科技大学的许明根团队独立开发了一种生物材料3D打印机,成功打印了一小部分人耳软骨和肝脏单位。徐觅、清华大学等。使用心肌细胞和生物材料模拟和印刷动物心脏。人们发现印刷的细胞可以有节奏地跳动,这表明印刷的器官可以有一定的功能。从羊水中提取的干细胞以3D打印,并加入骨分化因子以获得活性骨组织。人民计划全国特种兵、特种兵康利用Rollovesseller3D打印平台,用含有种子细胞、生长因子和营养成分的“生物墨水”逐层打印产品,打印后进行培育,形成具有生理功能的组织结构。加法制造在外科手术计划模型中的应用演讲者:张航,应用应用,1。技术介绍,1.1术前计划术前计划术前,

6、获取患者病灶的图像,然后结合解剖学和病理学知识。执行手术计划(包括手术方法、手术程序、手术切口和路径等)。)并获取手术计划、02、应用、1。技术介绍,1.2手术计划模型3D打印机可以直接打印出病变的三维模型。协助医生进行准确的手术计划、02、应用、2。应用实例应用,波兰医疗团队使用彩色PLA材料制作了3D打印肝脏肿瘤模型,耗时160小时,成本不到150美元。应用实例应用,洛杉矶18个月大的女孩已经缩小了她们的心脏动脉,使用3D打印的心脏模型来辅助手术,成功地挽救了生命,应用实例应用,中国医学院使用3D打印技术来治疗骨盆骨折,其中10名患者有很好的治疗效果,4名患者有很好的效果。以商业医学影像软

7、件和光敏树脂为原料,制作了儿童腹部肿瘤模型,清晰显示肿瘤及其周围器官和血管,8例手术成功。应用实例应用、2肾细胞癌三维解剖模型,可显示肿瘤与肾脏的关系,可有效帮助医生计划手术,帮助医学生理解手术,也可作为与患者沟通的工具,使医患沟通顺畅。3.1优势优势直观:准确诊断,降低难度,缩短时间,方便医患沟通。便宜:低成本,大多数人可以接受3.2缺点缺点高标准:医生需要知道3D打印知识。掌握相关软件操作急诊:不适用于急诊手术差异:模型与实际不同,导致损伤扩大。3.浅谈添加剂制造在口腔医学中的应用。演讲者:朱鹏程、02、应用应用、1.1口腔颌面外科当由于肿瘤切除、外伤等原因在口腔面形成软硬组织缺损时,3D

8、金属印刷技术可用于直接印刷骨缺损植入物,如上颌、下颌、眶骨、鼻骨和耳骨,用于缺损的重建。比利时哈塞尔特大学生物医学学院使用3D打印的下颌骨,1。应用状况、02、应用、1.2传统形式的牙种植体1.2.1牙种植体采用3D打印技术制作,不仅节约原材料,降低成本,而且不需要复杂的表面处理,表面间隙为100200米。意大利利得公司采用选择性激光束熔化技术制造的钛植入体。国外个性化牙种植体的应用现状、02、应用、1 . 2 . 2 2011年,Moin等人提出用CBCT和选择性激光熔化技术制作钛合金个性化牙种植体,并对其生产精度进行了评估。2012年,Managano等人对患者进行了三年的观察,发现种植体

9、没有松动,周围牙龈没有红肿疼痛,影像学上牙槽吸收不明显。,1。应用现状:马那加诺制造的个性化种植体、02、应用、1.2.3北京大学口腔医院唐志辉教授于2012年1月申请的国产个性化牙种植体“个性化解剖根种植体”专利。应用现状、02、应用应用应用、1.2.3国内个性化牙种植体研究组利用CBCT获取牙根的图像数据,其制作精度可达0.2毫米以下。扫描电镜显示大量类似骨小束的球形突起,间隙结构约100200米。酸蚀后亲水性大大增强,亲水接触角接近于零。1。应用现状、02、应用、1.2.4将国产个性化牙种植体植入小型猪胫骨。一个月后,组织切片显示大量新骨与种植体表面形成骨结合,并生长到种植体表面的间隙中

10、,骨结合率达到40.5%。1。应用现状、02、应用、1.3其他应用修复:制作可摘局部义齿的托槽、金属内冠、全冠、固定桥和桩核。正畸:制作个性化的舌侧托槽,适合患者牙齿表面,具有良好的美学效果。其他:制作口腔颌面部、牙列和牙髓腔模型,用于教学、科研和医患沟通。1。应用现状、02、应用、光敏树脂选择性固化技术用于制作牙导板、临时冠桥、失蜡铸造树脂模型。选择性激光熔化(SLM)是一种快速、精确、个性化的复杂金属结构,广泛应用于假牙制造。喷墨打印技术用于制作牙科模型、手术指南、贴面模型、牙科器械、输送和定位托盘。2.通用技术、02、应用应用、高精度和桌面3D打印设备开发一种体积小、精度高、表面特性好、

11、使用方便的桌面3D打印机是3D打印设备在口腔领域未来的发展方向。生物3D打印和新型3D打印材料(1)无生物相容性要求的打印材料;(2)印刷生物相容但不可降解的材料;(3)印刷生物相容性和可降解材料;(4)印刷活性组织、细胞、蛋白质和其它细胞外基质。3。发展趋势、2、细胞3D打印扬声器:陈瑞光、02、应用、以活细胞、蛋白质等细胞外基质为材料,打印体外仿生3D生物结构,常见案例包括细胞模型、肝样组织模型等。被称为“生物打印”,最初被称为“快速原型”,但现在它被称为现代意义上的生物3D打印,即在活性打印材料中添加细胞。概念、02、应用、2.1传统组织工程的问题人体组织和器官由多种细胞和细胞外基质组成

12、,因此很难将这些成分同时植入固体支架中;在三维支架结构中很难准确沉积不同种类的细胞和细胞外基质;由于支架技术空间分辨率的限制,细胞渗入支架材料的速度较慢;传统组织工程的优势、应用、难点由于形成的组织或器官中没有血管,氧和营养供应不足,容易引起组织或器官坏死;作为人体器官的基本单位,细胞的大小从几微米到几十微米不等,调节细胞分布的分辨率应控制在10以下。然而,通过传统的组织工程技术很难实现如此小的分辨率。2。优势、02。利用Application、2.2细胞打印的优势,同时构建一个具有生物活性的二维或三维“多细胞材料”系统;在时间和空间上精确地沉积不同种类的细胞;构建细胞所需的三维微环境。2.优

13、势、02、应用、3.1喷墨单元打印技术利用热技术或压电技术,促使液体通过计算机控制的喷嘴生成液滴,并根据预设的三维结构喷射液滴。打印机中的“墨水”由细胞、细胞培养液或凝胶前体溶胶的混合物组成。3.打印原理和类型、02、应用、3.1喷墨单元打印技术热喷墨打印的原理是使用电加热元件(如热敏电阻)来喷射墨滴。在印刷过程中,加热元件可以在几微秒内迅速加热到300,这促使喷嘴底部的墨水蒸发形成气泡。气泡形成过程中产生的压力导致一定量的墨滴克服表面张力并被挤压到喷嘴中。3.印刷原理和类型、02、应用应用、3.1喷墨单元印刷技术压电喷墨印刷的原理是利用压电陶瓷材料的弹性变形行为来喷射液滴。多个压电陶瓷板被堆

14、叠并放置在打印机的喷嘴附近,压电陶瓷在电压的作用下变形,使得喷嘴中的墨水被喷射。3.3.2喷射细胞打印技术电喷射细胞打印技术是将由内针管和外针管组成的液滴喷射装置置于高压电场中,内针管内装有细胞悬浮液,外针管内装有水凝胶前体(溶胶)。当液滴出口处的电场强度超过一定阈值时,出口处的液体在电场力的作用下克服表面张力。3。打印原理和类型、02、应用、3.3激光细胞打印技术激光诱导直接写入技术利用激光束对细胞的作用力来沉积细胞。当激光束作用于细胞或含有细胞的液滴时,可以在平行于激光束和垂直于激光束的两个方向上产生分力,使得细胞在水平和垂直方向上移动。3.印刷原理和类型、02、应用、3.4激光诱导转移技术是通过激光对材料的热冲击来转移痕量材料。当激光束穿过透明基底并聚焦在薄膜(转移材料

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