DLP就是数字光固化技术,它是近年来出现的一种比较先进的光固化3D打印方法。DLP打印过程呢,利用了数字动态光掩膜技术,一次就能成型一个平面,这样不仅提高了成型速度,还让打印分辨率更高,重复性也更好。DLP技术可以把三维结构平滑地堆叠起来,大大提升了结构的完整性。一般来说,要让一种生物墨水能用于DLP打印,得满足两个条件:一是生物墨水的光交联速度要快,二是生物相容性要好。在第二章里,我们已经制备出了甲基丙烯酰化的壳聚糖(CHI - MA),还研究了不同浓度、不同接枝度的水凝胶的性能。在这一章,我们会先研究不同浓度与接枝度的CHI - MA的光响应速度,以及光引发剂的引发机理。然后用挤出式打印和DLP打印这两种方式来制作CHI - MA水凝胶支架,并且比较一下这两种打印方式的结果。我们把不同接枝度的CHI - MA粉末配制成1%、2%、3%的水溶液,在这些溶液里分别加入一定量的I2959和LAP作为光引发剂,这样就得到了含有不同引发剂的CHI - MA生物墨水。含有I2959的溶液用365纳米波长的紫外光引发,含有LAP的溶液用405纳米光引发。把配好的溶液放在两个高度为150微米的载玻片之间,光照一段时间后,能看到水凝胶的图案,把光照时间记录下来就是固化时间。

DLP打印时,把混合了0.2%LAP的1% CHI - MA(DS = 33.6%)生物墨水放到DLP打印的原料槽里,固化后水凝胶就附着在打印机的平台上。打印过程由Creation Workshop软件管理,这个软件控制平台和图像到投影仪的垂直移动,投影仪根据导入的3D模型投影一系列掩膜。打印完成后,把构建好的水凝胶支架从平台取出来,在去离子水里把没有交联的生物墨水洗干净。

光固化生物3D打印要求生物墨水光响应速度快,这是因为在紫外光下暴露时间太长会损害细胞活性,而且为了防止3D打印机过热,紫外光源的照射时间也得限制。为了解决这个问题,我们可以在CHI - MA预聚体溶液里加入光引发剂。在预聚体溶液里加入光引发剂能显著提高壳聚糖水凝胶的交联速度。光引发剂在紫外光的作用下会产生自由基,自由基促使双键打开。在光固化生物3D打印领域,常用的光引发剂是I2959,它的适用波长是365纳米。我们以I2959为例,来说明在加入光引发剂的情况下CHI - MA的交联过程。在365纳米的紫外光照射下,I2959在羰基处断裂产生了自由基,自由基作用于CHI - MA的碳碳双键,促使双键打开,双键连接形成水凝胶。