生物表面3D癌症模型及其背后的加工

Reji生物打印使用两股液流。一股携带悬浮在溶液中的细胞。另一股携带聚合物。两者在落地前于空气中相遇、混合，形成保持高细胞含量的水凝胶。

打印头在目标上方移动，将该水凝胶以3D方式铺下。下方表面可以是培养皿、膜、支架或模制孔。无需平坦基底，这是与旧式挤出方法的主要区别——后者会因自重而塌平。

速度比人们预想的更重要。打印头太慢会让聚合物提前反应并堵塞喷嘴。打印头太快则两股液流混合时间不足。机器制造商通常用刚性龙门架和短而刚硬的喷嘴路径来调节，而不是仅靠软件。

结果是具有确定几何形状的生物表面3D癌症模型或关节炎组织模型，而不是随机的液滴堆。细胞处于可重塑的基质中，因此模型能保持形状足够长时间，以进行数周的检测。

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  两种液体，一种水凝胶一股含细胞，另一股含聚合物，在空气中混合。
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  任意表面培养皿、膜、支架或孔，平面或曲面均可。
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  速度是硬件问题龙门架刚度决定可用的打印头速度。

在2D培养瓶中，细胞铺展开来呈扁平形状。它们一侧接触塑料，另一侧接触培养基。患者体内的肿瘤两者都不是。细胞处于基质中，相互牵拉，并感受到培养皿无法复现的氧气和营养梯度。

将细胞打印到3D基质中可恢复部分几何结构。当细胞四周都有邻居时，药物反应会改变。在2D中保持沉默的信号通路会开启。在3D中，某个剂量可能出现耐药性，而同一细胞系在培养瓶中会被该剂量杀死。

这一差距正是生物表面3D癌症模型在动物实验前有用的原因。在打印模型上筛选化合物，可过滤掉仅对扁平细胞有效的候选物。进入动物实验的化合物更少，而进入的化合物成功率更高。

同样的逻辑适用于关节炎。软骨细胞在能围绕自身构建基质时行为不同。打印构建体给了它们这个机会，也让研究人员能在人类细胞上测试疗法，而不是从单层培养中猜测。

生物打印机是一个运动平台，上面固定着流体路径。流体路径接触的一切都需要平直、洁净且可重复。这使设计进入与任何实验室仪器相同的领域：小零件、紧公差、不允许毛刺或残留污染。

框架承载龙门架。安装面的平面度决定Z轴在200 mm行程内的漂移量。用6061-T6板材加工框架，可得到刚性好、重量轻的结构，移动后仍保持对准。用管材焊接则会继承无法用垫片消除的变形。

喷嘴座是工程师花费时间最多的零件。它将两条流体管线定位在彼此数十微米以内，使液流在正确位置相遇。在单块材料上进行5轴切削，可使两个内孔保持同轴并与出口面垂直。将座分成两块板，接合处就会成为泄漏路径。

平台和孔板也很重要。放入6孔板的打印插件必须能平稳放入而不晃动，否则首层厚度在孔内各处会变化。这需要平坦的座面、受控的边缘半径和约Ra 0.8–1.6 μm的表面处理，以免细胞卡在刀痕上。

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  框架6061-T6板材，平坦安装面，装配后对准。
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  喷嘴座两个内孔在一次5轴切削块中保持同轴。
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  插件座平坦座面，受控边缘半径，Ra 0.8–1.6 μm。

并非每个打印机零件都应由金属切削而成。一次性流体路径通常模制或打印成单件。如果零件接触细胞一次后就被丢弃，加工不锈钢块的成本就不合理。打印或模制它。

金属也不应出现在含细胞的构建体内部。承载活细胞的支架需要降解，而加工的316L不会降解。这些应交给生物打印或可吸收聚合物。我们加工围绕生物学的框架、平台和流体硬件，而不是生物学本身。

我们这边也有工艺限制。约1 mm以下的内部通道难以检测，我们会在报价前说明。必须无刀痕的抛光内孔与标准切削是不同的工作，耗时更长。

如果零件是用于台式测试的一次性原型，机加工通常是最快的途径。年产量到几千件时，压铸或注塑开始在单件成本上占优。介于两者之间时，选择取决于设计变更的频率。