微纳3D打印高通量器官芯片，解决细胞生长问题

近日，南昌大学第一附属医院、复旦大学、摩托车精密大学、昆明医科大学等联合研究团队成功开发了一个新的器官培训平台，可用于培养厘米级肿瘤或器官来源。该器官芯片由摩托车精密表面投射微立体光刻(PμSL)技术3D打印制备，内部集成微米仿生微血管网络，引入灌注设备，模拟血流动力学特性，促进培养液持续供应和全浸没培养，有效解决营养不足引起的尺寸有限问题。这一研发成果不仅使体外建立大规模肿瘤和正常组织模型成为可能，而且为药效毒理学评估和类器官标准化生产提供了创新的解决方案。

类器官(Organoid)和器官芯片(Organs-on-chips)作为一种体外培养的微器官模型，近十年来在药物测试和疾病研究中脱颖而出。然而，它的发展一直受到致命缺陷——缺乏血管网络的限制，导致营养物质无法渗透到核心区域，无法模拟真实器官的代谢功能。

当然，更深层次的问题在于制造过程。微流控芯片的通道精度需要在10微米以下才能模拟毛细管，但光刻等传统技术难以构建三维支撑网络。一般3D打印卡在50μ在m关口，形成了细胞生长的空间牢笼。

01技术突破，微纳3D打印重构生命通道

微纳3D打印技术的出现，使微纳尺度制造进入了一个新的时代。摩方精密研发的microarch? S230A微纳3D打印系统，20A微纳3D打印系统μm高光学精度，支持生物相容性复合树脂印刷，可实现空心管网络的直接形成。以自主研发的毛细管器官芯片结构为例，整体宽度为18 mm(L)x10 mm(W)x5 mm(H)，内部有5层流道，每层有14行平行通道(宽度为25层)μm)，每条通道均有3000个间隔μM梯形界面孔，孔径宽度为7-10 μm，细胞培养的舱内宽度为10 mm(L)x6 mm(W)x2 mm(H)。

能有效解决器官芯片血管网络建设、跨器官代谢模拟等关键制造问题，为具有临床预测价值的器官芯片建设提供更可行的解决方案。

02创新应用，三大科研场景的重构

·3D打印血管化器官芯片芯片

为解决器官技术缺乏复杂血管网络引起的氧气和必需营养物质运输有限问题，南昌大学第一附属医院、复旦大学、摩托车精密、昆明医科大学等联合研究团队成功开发了一个新的培训平台，可以培养厘米级肿瘤或器官源器官。相关结果为“Vascularized organoid-on-a-chip for centimeter-scale organoid cultivation在著名期刊上发表《Bio-Design and Manufacturing》上。

为了模拟生理相关性较强的毛细管网络，类器官芯片采用空心管状结构设计，单管内径80μm、厚度20μm，相邻通道间隔400μm。四组总宽分布四组总宽分布四组<10μm的狭缝沿管道轴向为300μm为间隔周期性排列。设备入口和出口直径均为0.75mm，一般由摩方精密microarch S230 (光学精度:2μm)高精度3D打印系统集成成型制备而成。

研究小组成功建立了肺癌器官、子宫内膜癌器官和肾脏器官，体外培养周期超过30天，组织尺寸扩大到厘米级。同时，药物反应机制的准确复制为新的基因治疗策略提供了一个创新的平台，有望加快基因治疗的临床转化，提高治疗效率。

·乳腺癌细胞渗漏检测芯片芯片

中国东南大学王教授团队提出了一种基于SERS的3D打印器官微流控芯片和蛋白质印痕纳米材料(SPIN)结合起来讨论体外泄漏的过程。芯片由胶原疑胶通道和血管通道组成，依次注入人静脉内皮细胞和乳腺癌细胞，诱导泄漏。通过比较两种乳腺癌细胞亚型(MCF-7 和 MDA-MB-231)通过荧光成像成功地观察到了两个细胞之间泄漏能力的差异。同时，由于分子印刷技术的高特异性和表面增强拉曼传输(SERS)的高灵敏，SPINs 用于实时分析复杂生物液中的几种癌症分泌物(白细胞介素-6) 和白细胞介素-8)浓度。此外，试验模型表明，药物对分泌物的减少可以抑制乳腺癌的泄漏。

研究团队使用摩方nanoArch? P150(精度：25μm)制备模具后，3D打印系统通过翻模获得微流控芯片(通道高度为3000、600μm，这种微流控模型将为癌症转移的基础研究和评价潜在药物治疗效果提供新的思路。

·高精度3D打印微流控芯片载药微球制造工艺

北京大学南昌创新研究所(以下简称“北京大学南昌研究所”)与重庆摩托车精密技术公司联合建设精密添加剂制造技术联合实验室(以下简称“实验室”)，与北京研究所合作，在基于高精度3D打印微流控制芯片技术的制药微球制备领域取得了重要的技术突破。该实验室利用摩托车精密、高精度微纳3D打印系统，开发了高通量、高对称的微流控制芯片。

实验室自主设计开发了一种采用模块化架构的高通量双乳化微流控芯片，由多个集成微流控模块组成。每个微流控模块基于水包油包水(W/O/W)双乳化模板可实现单乳化向双乳化系统的有效转换，准确制备W/O/W型微球在药物输送系统和生物分析领域具有重要的实用价值。

为了满足不同规模的生产需求，实验室还创新性地开发了多梯度芯片系列，包括单一和12、48、96、204通道等规格。其中，单、12通道芯片适用于实验室小规模探索性研究;488、96通道芯片可满足中等通量制备的需要;204通道芯片支持大规模高通量生产(图3)。这种梯度通道设计保证了试验精度，显著提高了制备效率，为微球的批量生产搭建了稳定的技术平台。

03未来的挑战，生命蓝图的精确重绘

根据Markets And 根据Markets统计，全球器官芯片市场到2029年 631，073，0000 美元。市场的增长主要受到各种因素的推动，如越来越关注无动物药物检测，越来越多的制药和生物技术公司选择器官芯片技术进行药物发现和开发。然而，由于目前器官芯片技术的可扩展性有限，通量低，该技术的使用仅限于临床药物开发阶段。随着生物技术、材料工程、机械工程等学科的结合，器官芯片制造技术将进一步加强，加快科研成果的产业化。

此外，政策支持同时增加。2021年，中国“十四五”重点研发将“器官芯片核心技术”纳入核心研究方向。今年4月，FDA新计划逐步取消传统临床试验，然后选择实验室培养的器官和器官芯片技术来测试药物的安全性。全球系统的转变不仅证实了芯片在模拟人体系统环境方面的科学可信度，而且也揭示了其在现代医学研究中的基础设施地位。摩托车精密高精度微纳3D打印技术通过建立高通量、高精度、高性能生物芯片的制造能力，不断为疾病治疗、组织工程、新药开发等前沿领域提供创新动力。