一種全新的微納加工概念推動了微流體系統(tǒng)中顆粒的可擴(kuò)展性和連續(xù)加工制造和組裝。德國亞琛工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家們利用Nanoscribe公司2PP三維打印技術(shù)開發(fā)并演示了一種新的流動、通道集成、連續(xù)生產(chǎn)工藝，用于超小、任意形狀的 3D 顆粒制造。打印過程展示了在 72 小時內(nèi)連續(xù)運行制造 150,000 個顆粒。2PP技術(shù)（two-photon polymerization,TPP) 所具備的高設(shè)計自由度、高形狀精度和材料的靈活性允許制造具有不同形狀、微米尺寸、亞微米特征和各種材料的顆粒。該研究旨在將這種顆粒組裝方法應(yīng)用于細(xì)胞組織工程應(yīng)用，并擴(kuò)大了制造自調(diào)節(jié)、響應(yīng)性和可滲透 3D支架的范圍。 

毫米級和微米級顆?？伸`活應(yīng)用于化學(xué)和生化反應(yīng)器所需的支架上。生物反應(yīng)器用于固定和分析反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)表面上的酶、細(xì)胞或微生物，其性能的關(guān)鍵是能夠調(diào)整影響生物反應(yīng)特性的顆粒的性質(zhì)。為了拓展這一應(yīng)用，來自亞琛工業(yè)大學(xué)RWTH Aachen University和德國亞琛DWI-萊布尼茨互動材料研究所DWI - Leibniz Institute for Interactive Materials的科學(xué)家們提出了一種雙光子連續(xù)垂直流動光刻的新型微納加工概念，實現(xiàn)了對具有復(fù)雜形狀、微米尺寸和亞微米特征的顆粒進(jìn)行高通量微納加工，從而使尺寸約為20μm的微粒在表面的相互作用下進(jìn)行自組裝3D支架。在研究中，科學(xué)家們還使用各種顆粒形狀、尺寸和材料分析了 3D 組件的滲透阻力和堆積密度。 

關(guān)鍵就在于Nanoscribe打印設(shè)備的雙光子聚合（2PP）技術(shù)。雙光子在xy平面上進(jìn)行掃描的同時流體樹脂流沿z方向連續(xù)傳輸已打印的xy切片。一旦一個顆粒完成，下一個顆粒就會在連續(xù)打印過程中以相同的方式進(jìn)行制作。使用 Nanoscribe 的 DeScribe 軟件和 phyton 腳本調(diào)整輸出文件，可以對具有復(fù)雜幾何形狀的各種設(shè)計進(jìn)行切片并準(zhǔn)備用于流體打印。流體打印過程是連續(xù)的，因此可以在數(shù)小時內(nèi)生產(chǎn)數(shù)千個顆粒，實現(xiàn)在 72 小時內(nèi)打印多達(dá) 150,000 個顆粒?；?PP三維打印所*的極大設(shè)計自由度，可以生產(chǎn)任何形狀的顆粒。與基材打印相比，顆粒的流動打印具有明顯優(yōu)勢，可是實現(xiàn)連續(xù)制造一個接一個的顆粒，制造兩個顆粒之間無需任何等待時間。在逐層打印時，流動打印方法還繞過了載物臺的 z 移動，因為正是流動在 z 方向上傳輸 xy 切片。因此，流動打印代表了制造小而復(fù)雜形狀顆粒的速度提高。 

顆粒組裝應(yīng)用于3D生物混合組織

小于100μm的顆粒在進(jìn)行自組裝后可形成復(fù)雜的細(xì)胞支架，該支架的反應(yīng)特性可以在調(diào)整顆粒形狀、大小、孔隙率和材料特性時做相應(yīng)調(diào)整。這高度的靈活性非常適合用于創(chuàng)造細(xì)胞培養(yǎng)和組織工程的支架。調(diào)整顆粒幾何形狀會影響表面體積比，從而定制穿過及圍繞結(jié)構(gòu)周圍的流體動力學(xué)。然而，在運用流動自組裝生產(chǎn)支架時，控制顆粒組織過程仍然存在挑戰(zhàn)。 

為了研究3D生物混合組織，科學(xué)家們研究了小鼠成纖維細(xì)胞培養(yǎng)物與使用Nanoscribe無細(xì)胞毒性IP-Visio光刻膠進(jìn)行打印的顆粒物的相互作用，該光刻膠具有低熒光性可以更好的在顯微鏡下進(jìn)行細(xì)胞分析。經(jīng)過四天培養(yǎng)后，細(xì)胞在與打印支架的相互作用下不斷增殖并黏附和滲透支架，并將顆粒相互連接形成了新的組織形態(tài)。 

文獻(xiàn)參考:

Fabrication, Flow Assembly, and Permeation of Microscopic Any-Shape Particles