3D打印

在动物体内发现的流动感受器通常具有柔软细长的结构(如鱼类神经瘤、昆虫毛发、哺乳动物体视纤毛束等)，能够响应周围微小的流动扰动，提高动物对猎物和/或捕食者的警惕性。然而，模拟其生物对应的材料特性(如低弹性模量)和几何结构(如大展弦比结构)的仿生流动传感器的制备仍然是一个挑战。本工作借鉴自然界中发现的机械感应式流动传感原理，发展了一种简便、低成本的制备大展弦比( HAR )悬臂梁式流动传感器的方法。提出的工作流程包括高分辨率3D打印制作主模，复制件成型制作HAR聚二甲基硅氧烷( PDMS )悬臂梁(厚度0.5 ~ 1 mm，宽度3 mm，长宽比20 )，微流控通道( 150 µ m宽×90 µ m深)压印，最后将石墨烯纳米片墨水滴注到微流控通道中，在悬臂梁固定端附近制作压阻式应变片。压阻式流量传感器在风洞内受控气流( 0 ~ 9 m / s )中进行测试，其灵敏度高达5.8 kΩ / ms-1，滞后性低(全尺寸偏转的11 % )，重复性好。传感器输出对气流速度呈现二阶依赖性，与解析和有限元模型预测吻合较好。此外，该传感器还采用振荡偶极子在水箱内进行激励，在15 Hz的激励频率下，能够感知16 - 30 µ m / s的振荡流速。本工作提出的方法可以方便快速地成型柔性HAR结构，这些结构可以作为功能仿生流动传感器和/或物理模型应用于解释生物现象。

3D打印有机硅( PDMS：聚二甲基硅氧烷)植入物的最新进展为具有高度精确解剖一致性的个性化植入物提供了前景。但仍存在潜在的不良反应，如免疫反应引起的肉芽肿形成。克服这一问题的一个潜在方法是使用免疫调节涂层控制种植体/宿主界面。本研究设计了一种由白介素-10和前列腺素E2组成的新型细胞因子鸡尾酒，通过长期固定巨噬细胞进入M2促愈合表型，减少免疫不良反应，促进组织整合。在体外，细胞因子鸡尾酒维持低水平的促炎细胞因子( TNF-α和IL-6 )分泌并诱导IL-10的分泌和多功能清除分选受体刺激素-1的上调，由M2巨噬细胞表达。然后将这种鸡尾酒装入明胶基水凝胶中，研制出一种可作为医疗器械涂层的免疫调节材料。在3D打印硅胶种植体重建气管缺损的体内大鼠模型中，证明了这种涂层的有效性。涂层在有机硅种植体上稳定2周以上，鸡尾酒成分的控制释放至少达到14天。在体内，裸硅种植体的动物仅33 %存活，而配置免疫调节水凝胶的种植体则100 %存活。水凝胶和细胞因子鸡尾酒的存在降低了炎症组织的厚度、急慢性炎症的强度、整体成纤维细胞反应、水肿的存在和纤维蛋白样的形成(经组织学评估)，导致100 %的存活率。在系统水平，免疫调节水凝胶在第7天显著降低促炎细胞因子TNF - α、IFN - γ、CXCL1和MCP - 1水平，在第21天显著降低IL - 1 α、IL - 1 β、CXCL1和MCP - 1水平。

基于数字光加工( DLP )的3D打印技术可以从广泛的整齐和填充树脂配方中制备复杂结构，但低密度树脂的缺乏阻碍了其在汽车、航空航天和电子工业中的大规模敏感应用。本文研究了一种适用于DLP基低密度、高模量结构的树脂的配方，该树脂具有良好的负、正特性分辨率。以丙烯酸树脂为基材，采用高体积分数( 50  vol % )的空心玻璃微球，获得了足够的固化深度，制备了25  µ m层厚。验证了典型多小时DLP打印时间下的悬浮稳定性。填充树脂表现出小于5   Pa-s的黏度，低于黏度上限，可在层间复涂聚二甲基硅氧烷( PDMS )窗口。通过热重分析( TGA )和显微CT ( micro-CT )成像研究，该材料的密度分布均匀，为0.81   g   cm - 3。该配方的最小特征尺寸为内腔400   µ m (负特征)和突出特征250   µ m (正特征)。一个几何形状错综复杂的结构的例子是通过打印一个重复的机械超材料单元格来创建的。

3D打印有机硅( PDMS：聚二甲基硅氧烷)植入物的最新进展为具有高度精确解剖一致性的个性化植入物提供了前景。但仍存在潜在的不良反应，如免疫反应引起的肉芽肿形成。克服这一问题的一个潜在方法是使用免疫调节涂层控制种植体/宿主界面。本研究设计了一种由白介素-10和前列腺素E2组成的新型细胞因子鸡尾酒，通过长期固定巨噬细胞进入M2促愈合表型，减少免疫不良反应，促进组织整合。在体外，细胞因子鸡尾酒维持低水平的促炎细胞因子( TNF-α和IL-6 )分泌并诱导IL-10的分泌和多功能清除分选受体刺激素-1的上调，由M2巨噬细胞表达。然后将这种鸡尾酒装入明胶基水凝胶中，研制出一种可作为医疗器械涂层的免疫调节材料。在3D打印硅胶种植体重建气管缺损的体内大鼠模型中，证明了这种涂层的有效性。涂层在有机硅种植体上稳定2周以上，鸡尾酒成分的控制释放至少达到14天。在体内，裸硅种植体的动物仅33 %存活，而配置免疫调节水凝胶的种植体则100 %存活。水凝胶和细胞因子鸡尾酒的存在降低了炎症组织的厚度、急慢性炎症的强度、整体成纤维细胞反应、水肿的存在和纤维蛋白样的形成(经组织学评估)，导致100 %的存活率。在系统水平，免疫调节水凝胶在第7天显著降低促炎细胞因子TNF - α、IFN - γ、CXCL1和MCP - 1水平，在第21天显著降低IL - 1 α、IL - 1 β、CXCL1和MCP - 1水平。

近年来，一种利用开放存取资源进行实验室研究的趋势已经开始。科学硬件的开源设计策略依赖于使用广泛可用的部件，特别是那些可以直接打印的部件，使用可与低成本微控制器连接的可加性制造技术和电子元件。开源软件消除了昂贵商业许可证的需要，提供了针对特定需求设计程序的机会。本综述对化学分离领域内的“开源运动”的影响进行了描述，主要是通过对近5年来该领域的研究进行全面的考察。涵盖的主题包括一般实验室设备、样品制备技术、基于分离的分析、检测策略、电子系统控制和数据处理软件。还讨论了在这些与分离有关的专题中继续存在的障碍和进一步采用开源办法的可能机会。

采用独立的电池驱动机构，可以在不使用泵和电源等重型驱动元件的情况下制造典型的气动软微执行器。本研究制造了一种热空气操作的软式微波纹管执行器，并对执行器的独立运行进行了实验验证。热空气驱动是通过加热驱动器弹性体内部的密封腔来提高压力，从而导致弹性体的偏转。采用3D打印可溶模具技术，通过浇铸聚二甲基硅氧烷( PDMS )制备波纹管驱动器，以防止由于单层粘接而导致的传统软光刻所固有的泄漏。单独使用缠绕铜丝制造的加热器插入波纹管作动器的腔体内，共同构成热空气作动器。三维线圈加热器和波纹管允许在预定的方向上立即传热和自由移动，这对于传统的微加工是不可思议的。该驱动器的行程为2184 μ m，相当于本体的62 %，在0.55 V电压下的力为90.2 mN。该热空气驱动器采用碱性电池驱动，控制电路也实现了重复的独立运行。

慢速降解的骨支架能够很好地维持新骨再生与支架吸收之间的平衡，尤其是对于老年人或患有病理性疾病的患者，因为降解过快会导致长期生物稳定性的丧失而导致支架失效。本研究将磷酸钙硅酸盐( CPS )与聚二甲基硅氧烷( PDMS )按不同比例共混，制备支架浆料。首先表征了交联PDMS对CPS材料性能的影响，并基于上述结果确定了CPS- PDMS浆料最可行的配方，用于三维制备支架。根据支架提取物对成骨细胞的毒性，进一步评价了CPS- PDMS的生物相容性。进一步采用real-time PCR考察支架提取物对成骨细胞增殖的影响。结果表明，交联PDMS干扰了CPS的水化，降低了CPS的凝结速率和抗压强度。此外，还发现CPS孔隙率随PDMS的增加而增加，这是由于疏水作用使水分布不均匀所致。降解和矿化研究表明，CPS- PDMS支架缓慢降解并诱导磷灰石形成。此外，体外分析表明，CPS- PDMS支架对成骨细胞没有细胞毒作用，但可以通过TGFβ / BMP信号通路促进细胞增殖。综上所述，CPS- PDMS支架被证明具有缓慢降解和生物相容性。因此，需要进一步的分析来证明CPS- PDMS支架在骨再生中的应用。

设计、研究和开发新型和改进的智能多功能器件是未来十年先进功能材料议程的主要议题之一。可以被外界刺激触发的智能材料被FDA、EMA等监管机构看到，具有很高的创新治疗和改进药物传递系统的潜力。将磁性纳米结构引入到复杂体系中，可以产生多功能的器件，并且可以通过外加磁场进行时空调控。这些磁响应器件可以用于从诊断到治疗肿瘤等多种生物医学应用，并正在积极开发和测试用于癌症治疗。在此，我们从最简单的结构——单一纳米粒子出发，综述了肿瘤磁响应器件的发展。我们在对此类系统的设计和制作给出一些理论概念的同时，对其在临床实践中的应用进行了批判性的综述。自然而然，该综述发展到更复杂的结构，从一维磁响应系统发展到三维磁响应系统，显示出更高的复杂性和多功能性，因此对临床实践的兴趣更高。审查的结尾是癌症理论磁响应器件的设计和工程面临的主要挑战以及这一生物医学领域的未来趋势。

( 1 )背景：开发一种生物相容性材料用于颌面部口外假体的直接添加剂制造仍然是一项具有挑战性的任务。本研究旨在获得具有纳米TiO2包裹体的光固化PDMS，用于口腔外、颌面部假体的直接3D打印。还考察了新获得的纳米复合材料的生物相容性，( 2 )方法：将2.5 % ( m / m ) TiO2纳米颗粒( TiO2 )氧化物锐钛矿和4.5 %的光引发剂二苯甲酮( BF )加入市售PDMS中，用于颌面部软赝复体的制造。采用介电固化分析( DEA )对3种不同的样品( PDMS、PDMS- BF和PDMS- BF- TiO2 )根据其黏度和固化时间进行评价。采用体外微核试验( MNvit )进行遗传毒性评价，每个化合物3个浓度( 2 mg / L、4 mg / L和8 mg / L )重复检测，并与对照组进行比较。( 3 )结果：通过介电分析，PDMS - BP - TiO2纳米复合物在紫外光照射下数分钟内完全网织。PDMS-BF-TiO2纳米复合材料具有最低的细胞毒性和遗传毒性。( 4 )结论：在本研究范围内，PDMS-BP-TiO2纳米复合材料的制备方法简单、易行，有望成功应用于3D打印医学领域。

采用独立的电池驱动机构，可以在不使用泵和电源等重型驱动元件的情况下制造典型的气动软微执行器。本研究制造了一种热空气操作的软式微波纹管执行器，并对执行器的独立运行进行了实验验证。热空气驱动是通过加热驱动器弹性体内部的密封腔来提高压力，从而导致弹性体的偏转。采用3D打印可溶模具技术，通过浇铸聚二甲基硅氧烷( PDMS )制备波纹管驱动器，以防止由于单层粘接而导致的传统软光刻所固有的泄漏。单独使用缠绕铜丝制造的加热器插入波纹管作动器的腔体内，共同构成热空气作动器。三维线圈加热器和波纹管允许在预定的方向上立即传热和自由移动，这对于传统的微加工是不可思议的。该驱动器的行程为2184 μ m，相当于本体的62 %，在0.55 V电压下的力为90.2 mN。该热空气驱动器采用碱性电池驱动，控制电路也实现了重复的独立运行。