• 技術名稱
  • 組織工程用智慧三維生物列印系統
  • 計畫單位
  • 國立中央大學
  • 展區位置
  • 僅供線上展示
  • 聯絡人
  • 廖昭仰
  • 電子信箱
  • cyliao@ncu.edu.tw
技術說明 三維生物列印是結合組織工程與積層製造技術,用來製作生物支架或人造器官的製程,期盼能解決人體組織或器官移植和修復等問題。簡單來說,三維生物列印是將生物墨水混和特定細胞後,利用各式方法將墨水依照需求一層層堆積成一特定結構(通稱為支架)。若製程不適合直接混入細胞列印,則也可先將支架印出,之後再將細胞植入。
本技術『組織工程用智慧三維生物列印系統』旨在開發一台從極低溫(-50°C)到正常人體體溫(37°C),皆可精準列印出高品質、大型且具複雜外形的生物支架。大部分生物墨水對沉積溫度(即墨水剛離開料桶要開始堆疊之溫度)非常敏感,因此3D生物列印系統首要任務即為精準控制生物墨水從料桶到沉積的溫度。然而大部分市場上競爭機台在料桶端有做精密溫控,但對於工作平台僅提供底板溫控功能。本技術主要創新點之一即發展一套智慧溫控平台,製作60mm x 45mm x 10mm支架,其垂直溫差僅3度。主因在該平台以Z軸升降,並以熱傳導方式將熱/冷卻能量從循環塊傳遞到工作平台,建構出一個五面半封閉環境。此外,機台始終在相同沉積水平高度擠出墨水,因此水平沉積溫度分佈具有一定均勻度。隨著支架列印平台逐漸降低,透過適應性溫控調整演算法,循環液溫度適時升高/降低,用以維持垂直沉積溫度不變。
以3D列印技術製作具複雜外形的結構時,若上下層堆疊的面積差異過大,就必須在下層設計支撐結構,以防止上層結構因無支撐而塌陷,等完成後再以物理方式去除。但生物支架具有多孔性,支架主結構與支撐結構通常只有點或線接觸,因此若要完全移除支撐結構有其困難之處。本技術主要創新點之二即發展出一個以『固態水』作為支撐材料的製程,並應用於低溫列印上。該製程巧妙地利用水之三態,以液態方式噴灑於支架空隙之間,利用低溫固化成堅硬的支撐結構,最後以昇華方式完全移除。
目前技術持續發展,正在發展第四代可支援平面與旋轉列印之智慧節能溫控平台。人體有許多管狀器官或組織,若以平面列印方式,其結構強度會比以徑向列印還來得差,因此未來會將平台設計成平面/旋轉兩用式。平台在五面熱傳導過程中,會消耗較多能量,因此節能是另一個改良重點。如:在工作平台上方設計氣廉以及在循環塊與工作平台間隙設計以毛細現象自動釋放高熱傳導液/抗凍液等。此外,研究團隊也設計出一套創新的光感交聯製程用以避免細胞承受過多紫外光照射,導致細胞病變或死亡。將於今年底前提出至少兩項發明專利申請。
科學突破性 本技術開發出具有均勻溫度環境之三維生物列印系統,經實際測試平台設定-30°C,製作高度10mm以內的支架其水平沉積溫差1°C,而垂直溫差3°C;發展固態水支撐製程用以低溫列印出具有高孔隙率、複雜外形之生物支架;成功列印出氣管支架,並進行兔子人工氣管移植手術,成功存活超過4週而沒有任何呼吸困難症狀。
產業應用性 組織工程用智慧三維生物列印系統可先專注在類器官製作或寵物醫療。以研究單位、藥廠、化妝品公司或寵物飼主為核心市場,提供類器官作為藥物篩選或產品研發之測試,以及讓飼主可為自己的寵物選擇客製化之醫療方式。將來,在醫療法規許可的情況下,則可往人體器官修復乃至於更高端之器官移植服務發展。
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