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哈佛醫學院Y. Shrike Zhang教授課題組AM:以智能手機為平臺的便攜式數字光處理3D打印機
2021-07-20  來源:高分子科技

  3D打印以其快速,精準的特點,成為目前制造行業、食品工程和生物醫學領域最受關注的技術之一。然而,傳統打印設備的龐大體積,以及缺少易于操作的界面限制了3D打印的應用。


  近日,哈佛大學醫學院Y. Shrike Zhang教授課題組以智能手機為平臺開發出便于操作的3D打印App,利用智能手機驅動的投影儀及數字光處理(digital light processing)技術,設計出便于攜帶的3D打印裝置(圖1)。該團隊開發的這款基于智能手機的3D打印機,實現了集打印文件獲取、處理和快速打印為一體的新型便攜式打印平臺,為DLP打印技術在生物醫學和生活教育領域,特別是在資源有限的環境中的廣泛使用提供了可能。


圖1 基于智能手機的便攜式DLP 3D打印示意圖


以智能手機為平臺的便攜式DLP 3D打印機


  本研究中搭建的便攜式3D打印設備,主要由智能手機和手機控制的投影儀構成,打印所需的圖案由投影儀發出,經光學元件反射并聚焦后,照射在液體墨水中以逐層打印的方式獲得3D結構(圖2)。


圖2 以智能手機為平臺的便攜式DLP 3D打印機的硬件組成


多種打印墨水在以智能手機為平臺的便攜式DLP 3D打印機中的可打印性


  為論證搭建的基于智能手機的DLP 3D打印機對各種墨水的可打印性,商業樹脂及多種水凝膠墨水,包括聚乙二醇二丙烯酸酯(polyethylene (glycol)-diacrylate,PEGDA)、甲基丙烯化明膠(gelatin methacryloyl,GelMA)及烯丙基化明膠(allylated gelatin,GelAGE),被證明能夠成功構建一系列具有表面微結構、多孔特征或中空管狀構造,以及模擬器官形態的3D結構(圖3)。


圖3 采用基于智能手機的DLP 3D打印商業樹脂及多種水凝膠墨水


以智能手機為平臺的便攜式DLP 3D打印機在骨移植物及原位生物打印中的應用


  研究人員進一步將該智能手機DLP 3D打印裝置應用于骨移植支架的打印中。實驗顯示成功打印出模擬骨內部結構的骨移植物(圖4a)。為進一步證明其在原位生物打印中的可能,研究人員將肌肉組織缺損部位浸入包含小鼠成肌細胞(C2C12)的GelMA生物墨水中,進行原位(生物打印。結果顯示打印結構與肌肉組織連接完整,并且細胞能在打印的結構中存活良好(圖4b)。


圖 4 智能手機DLP 3D打印機在骨移植支架打印及原位生物打印中的應用


3D掃描App輔助獲得3D打印模型設計


  考慮到之前的3D打印要求技術人員熟悉3D模型設計,而這一點很難在資源有限的條件下實現。因此本研究中,結合智能手機的3D掃描App和攝像頭,輕松的獲取了用于打印的3D結構設計文件,從而降低了3D打印技術的操作門檻。


圖 5 利用智能手機3D掃描App獲取3D打印模型設計


  該文章以“A Smartphone-Enabled Portable Digital Light Processing 3D Printer” 為題發表在先進材料《Advanced Materials》上。上海交通大學生物醫學工程學院和哈佛大學醫學院聯合培養博士生李婉露和哈佛大學醫學院博士后王冕為論文的共同第一作者,通訊作者為哈佛大學醫學院Y. Shrike Zhang教授和新西蘭奧塔哥大學基督城分校的Khoon S. Lim


  文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102153

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(責任編輯:xu)
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