研究人員開發出創建3D打印支架組織的LDM新技術
隨著生物3D打印技術的發展，許多形式的3D打印活組織通常在生物3D打印的一般類別下分組在一起，但是這些方法是變化的，以致于它們中的一些幾乎不相似。生物打印的整個概念仍然難以包裝，但科學家們則不斷提出該技術的新變化。
技術中的主要不同因素之一是如何創建支架。當印刷細胞發育和生長時，用于給印刷細胞以結構的支架是生物打印過程的關鍵組成部分，并且如何產生支架關系到成功或失敗。臺灣的一組研究人員開發了一種使用稱為冷凍形式的新方法（也稱為低溫沉積制造）來制造支架。
在題為“Design and Development of a Novel Frozen-Form Additive Manufacturing System for Tissue Engineering Applications”的論文中，研究人員解釋了為什么添加劑制造已經成為制造支架的越來越流行的方法，這是因為該技術允許科學家具有精確的控制打印支架的尺寸、形狀和孔隙度，以實現特定患者的定制化需要。
然而，3D打印組織支架的最常見的方法是SLS、SLA和FDM，每個都有它們的缺點。研究人員指出，SLS在可以使用的材料方面受到限制，而對于SLA，樹脂材料中的光引發劑會留下殘留物或副產物，其對嵌入支架中的細胞具有毒性作用。用FDM技術制造的支架具有優異的機械性能，但它們需要高溫，并且當它們冷卻時趨于收縮和變形。
“在我們以前的FDM研究中，PLA22和聚乳酸【乙醇酸共聚物（PLGA）】已經被用作建筑材料，”研究人員說。“我們發現，在FDM工藝之后，PLGA的平均分子量降低到其原始值，約22.4％。這是因為在熔融擠出過程中發生熱水解，這傾向于降低支架的結構強度。與SLS一樣，就生長因子而言，FDM的操作溫度對于生物分子來說是過高的。因此，將生物分子摻入支架是困難的。”
為了規避這些問題，研究團隊開發了稱之為“偽FDM”的技術，也稱為低溫沉積建模（LDM）。
“LDM的原理與FDM的原理相似，除了需要低溫冷卻平臺，并且材料擠出機使用的是注射器或螺桿，而不是傳統的擠出機，”研究人員說。“LDM將溶解在溶劑中的聚合物沉積到低溫冷卻平臺中。該平臺的溫度遠低于溶劑的結晶溫度（即凝固點）。因此，聚合物溶液快速凍結，并且發生熱致相分離過程。在已經應用并處理冷凍干燥后，提取溶劑，并且聚合物保持支架形狀。”
LDM的優點是許多的，使用該技術制作的支架可以是大孔和微孔的，并且生物分子或生物活性化合物可以在構建過程中摻入。聚合物的分子量幾乎不受該方法的影響，并且該技術適用于多種合成或天然大分子材料，例如殼聚糖、藻酸鹽、PLA、聚乙醇酸（PGA），PCL、PLGA和聚氨酯。LDM方法涉及將液體轉變為固體，這就是為什么它被稱為冷凍形式方法（FFM），或者是冷凍形式的添加劑制造系統（FFAMS）。
對于FFM過程中創建低溫環境有幾種不同的方法，但是它們各自也有它們的缺點。因此，研究團隊決定開發一種創造低溫環境的新方法，這將產生一個緊湊、實用的FFAM機器。為此，他們首先設計了一個使用四個冷卻板來形成的外殼或“冷卻區域”的均勻低溫裝置（UCD）。設計成使其能夠在冷卻區域內上下移動的工作板，同時也是放置在內部作為可以在其上進行沉積材料的構造板。在每一層沉積之后，將板降低，使得下一層可以在與前一層完全相同的高度處沉積，從而確保一致的溫度。
UCD只是系統的一個模塊。材料分配器模塊由氣動流體分配器組成，其充當擠出機。研究人員將基于PCL的水性聚氨酯的混合物放入其中，然后他們通過用材料3D打印支架，在每個層沉積時測量溫度，以及確定用于不同支架形狀的最佳噴嘴直徑和層厚度來進行實驗。而不是像大多數FFM方法那樣使用笛卡爾系統，他們使用的是SCARA機器人的運動模塊，這可以給他們更多的靈活性。
“在我們的研究中，低溫冷卻區域被設計為適合在一個小空間內，以便足夠的空間使SCARA用于各種類型的工作站，如一個細胞播種平臺，”團隊指出。“因此，FFAMS可以擴展為多功能系統或用于生產支架的連續生產線，以實現商業化。
總體而言，研究人員的研究產生了具有高潛力的柔性支架，用于將來在組織工程和軟組織修復中應用。雖然研究集中于具有如管和正方形等簡單形狀的支架的生產，他們打算在未來繼續他們的研究，以開發復雜的支架模擬生物系統，以及更大、更高的支架，用于創建軟骨組織，如鼻子、耳朵和氣管。
本研究的研究人員包括中央大學機械工程系的Chau-Yaug Liao、Wei-Jen Wu和Ching-Shiow Tseng ；國立臺灣大學高分子科學與工程研究所Cheng-Tien Hsieh和Shan-hui Hsu ；和國防醫學中心三部總醫院外科學部塑料與重建外科司Niann-Tzyy Dai。
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