供稿人：張博文、李滌塵 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2024-10-04
眼角膜是人體視覺(jué)系統(tǒng)的重要組織結(jié)構(gòu)，全世界已有約兩百萬(wàn)人因角膜病變而致盲，但僅有1/70的患者能移植匹配的捐贈(zèng)角膜。人工角膜將有希望緩解角膜的供需不平衡。經(jīng)過(guò)幾十年的研究和發(fā)展，生物3D打印被認(rèn)為是最有前途的角膜制造工藝，其中，擠出式3D打印和數(shù)字面曝光（DLP）打印角膜得到了廣泛研究。然而，擠出式3D打印工藝制造精度不足，無(wú)法滿足生物角膜對(duì)高精度形狀的需求；DLP打印工藝會(huì)使角膜表面產(chǎn)生階梯紋路，影響人工角膜的表面質(zhì)量和透明度。3D打印人工角膜的成形精度和表面質(zhì)量無(wú)法滿足臨床應(yīng)用需求。
圖1 數(shù)字面曝光-擠出打印人工角膜工藝示意圖
浙江大學(xué)的張斌團(tuán)隊(duì)提出了一種結(jié)合DLP和擠出打印的角膜制造工藝，使用DLP工藝打印曲面支撐，并使用擠出打印工藝在曲面支撐上打印人工角膜。制備完成的角膜經(jīng)過(guò)液相后處理步驟，利用液體的表面張力填充人工角膜表面階梯，形成光滑的曲面。DLP和擠出打印裝備采用共坐標(biāo)系統(tǒng)，保證了角膜結(jié)構(gòu)的定位和尺寸精度。集成打印系統(tǒng)結(jié)合了DLP的高精度和擠出成形的材料兼容性優(yōu)勢(shì)，可精確控制厚度和曲率。依賴于表面張力的后處理產(chǎn)生了更高的表面質(zhì)量和良好的重復(fù)性，有助于提高角膜移植后的性能。
基于該方法，可以將3D打印人工角膜的表面質(zhì)量從 ±20.0 μm 提高到 ±0.2 μm，并將厚度特征尺寸從 ±500 μm 減小到 ±150 μm，與人體天然角膜的特征尺寸更為接近，可以匹配人體角膜的曲率和厚度，實(shí)現(xiàn)~85%的可見(jiàn)光透過(guò)率和良好的生物相容性。制備的人工角膜被植入兔眼部，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物均存活，無(wú)明顯血管增生、退化和角膜排斥反應(yīng)。與注模成形的對(duì)照組相比，注模角膜內(nèi)部出現(xiàn)了明顯的水腫、渾濁。這證明成形精度和表面質(zhì)量的提高有助于提高人工角膜的生物相容性，DLP與擠出打印工藝結(jié)合制備的人工角膜可能成為人類捐獻(xiàn)角膜的有效替代。[1]
圖2 3D打印人工角膜動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果