《面向小微器官修復的細胞三維直寫組裝技術研究》是依託南開大學，由秦岩丁擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向小微器官修復的細胞三維直寫組裝技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：秦岩丁
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
細胞三維直寫組裝技術直接利用細胞與水凝膠在體外製造活體器官，是組織工程的前沿技術，為生物與醫學領域提供先進的研究手段。這一領域存在的問題有：1、水凝膠在溶液狀態下難以加工成型；2、水凝膠固化之後機械強度低、不易塑型；3、小微器官的細節特徵難以精確加工。. 本項目的研究內容為：1、水凝膠的受控擠出成型方法，研究工藝參數與水凝膠條帶尺寸的關係，在加工過程中線上調整工藝參數，精確控制水凝膠條帶的尺寸；2、小微器官的變形補償方法，研究固化後水凝膠的變形規律，利用反向預變形修正小微器官的輪廓，補償其變形。3、水凝膠塗布軌跡規劃，針對小微器官二維截面包含的複雜細節特徵，提出水凝膠塗布軌跡與工藝參數協同規劃的控制策略，充分利用系統在不同尺寸水凝膠條帶下的加工能力與細節表現能力，在保證加工效率的情況下提高加工精度。. 本項目的研究將會為我國生物與醫學領域的尖端科學研究提供新的操作儀器。
結題摘要
3D生物列印技術可以直接在體外列印出包含細胞的組織或器官，是一種有前景的器官體外培養手段。課題組以小微器官修復為目標，經過三年的項目研究，完成了項目的所有研究任務，簡述如下： (a)水凝膠受控擠出成型方法：本項目自主研製了氣動注射系統，通過氣壓的高精度控制實現凝膠流量的受控擠出。在此基礎上研究了工藝參數與水凝膠纖維直徑的相互關係，實現了水凝膠纖維與空管直徑的精確預測與控制。 (b)基於反向預變形的小微器官變形補償方法：本項目通過實驗研究發現，由於定型能力差，使用水凝膠列印的器官易在豎直方向上壓縮。利用反向預變形的方法，在對列印器官切片時將其在高度方向上拉伸。實驗結果表明，這種方法很好地補償了器官的變形。 (c)複雜截面特徵與工藝參數約束下的水凝膠塗布軌跡規劃：3D生物列印追求器官的形狀精度與器官內部的孔隙率。由於氣動注射系統的起停時水凝膠流量的波動，因此，在進行塗布軌跡規劃時應充分考慮器官的拓撲結構，減少列印軌跡的線段數量。對於複雜截面的器官，塗布軌跡應與器官的整體的輪廓相一致，對於薄壁類器官，塗布軌跡應仿形器官的截面輪廓。 (d)細胞三維直寫組裝系統的集成：本項目自主研製了高精度氣動注射系統、3D生物印表機、設計了兩種新型的水凝膠固化方法，並完成了上述各模組的系統集成，實現了很高的重複定位精度與氣壓控制精度。此外，該3D生物印表機的列印頭可更換為雷射測頭，從而轉換為高精度的非接觸式三坐標測量儀。 (e)示範套用：本項目已經完成了包含細胞的水凝膠纖維製備與受損器官模型的修復兩類示範套用。對於器官修復，課題組提出了一種基於生物器官截面輪廓曲線光滑連續的三維重建方法。本項目取得的研究成果：發表（或錄用）學術論文8篇，其中SCI檢索（或發表於SCI源刊）論文4篇，EI檢索論文4篇；申請發明專利4篇；培養博士研究生3名，其中1人已畢業；培養碩士研究生5名，其中3人已畢業。
