研究目的
利用衍射光学元件（DOE）通过双光子聚合（TPP）技术研究细胞相互作用研究中三维结构制造速度的提升。
研究成果
利用实验设计（DOE）对制造流程进行并行化处理，能显著提升用于细胞相互作用研究的3D结构制造速度，在保证质量的同时实现大体积周期性3D结构的批量生产。
研究不足
该研究识别出在材料开发与干燥过程中，由于聚合物收缩导致的周期性图案间隙，这些间隙与视?。‵OV）之间的大尺度系统位移相关。
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 提高三维结构双光子聚合制造速度以研究细胞相互作用
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 提高三维结构双光子聚合制造速度以研究细胞相互作用
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8871684
出版年份：2019
更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要：
将细胞研究和组织工程从二维平台拓展至能模拟其自然环境的三维体系，需要能够制造大体积且特征尺寸低至数微米的支架的成型方法。双光子聚合（TPP）作为一种直写技术，可制备具有亚波长特征的自由曲面三维结构，因此非常适合用于细胞迁移和组织工程的模板制造。我们通过衍射光学元件（DOE）将一束飞秒激光分成九束子光束，实现了三维周期性结构制备速度提升九倍。这种并行化方法保持了制备质量，每束子光束用于构建形成周期性图案的基础结构。我们采用生物相容性SZ2080聚合物制备了两种三维设计，其中结构间距与子光束间距精确匹配。两种结构阵列均由3×3图案组成（每个图案含9个独立结构），覆盖450×450微米区域。第一种设计包含独立结构与视?。‵OV）间的无支撑互联结构；第二种设计则增加了稳定这些互联结构的支撑部件。第一种设计中各视场内基础结构相似性高，但不同视场接缝处存在间隙导致整体周期性图案断裂——这源于聚合物材料在显影及后续干燥过程中的收缩，与视场间超过150微米的载物台大跨度移动有关。第二种设计通过在单体素薄壁结构间增设支撑解决了该问题，最终未出现间隙且结构接缝错位小于100纳米。我们进一步将HeLa细胞在两种支架上培养24小时研究细胞亲和性，发现细胞均附着于周期性设计的壁面与转角区域，并能沿单个壁面结构充分伸展。研究表明，并行化制备技术有望使TPP成为大体积周期性三维结构的高效制造方法。
作者：
Christian Maibohm，Oscar F. Silvestre，Jér?me Borme，Maina Sinou，Kevin Heggarty，Jana B. Nieder
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