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  3D打印以其快速，精準的特點，成為目前制造行業(yè)、食品工程和生物醫(yī)學領域最受關注的技術之一。然而，傳統打印設備的龐大體積，以及缺少易于操作的界面限制了3D打印的應用。

  近日，哈佛大學醫(yī)學院Y. Shrike Zhang教授課題組以智能手機為平臺開發(fā)出便于操作的3D打印App，利用智能手機驅動的投影儀及數字光處理（digital light processing）技術，設計出便于攜帶的3D打印裝置（圖1）。該團隊開發(fā)的這款基于智能手機的3D打印機，實現了集打印文件獲取、處理和快速打印為一體的新型便攜式打印平臺，為DLP打印技術在生物醫(yī)學和生活教育領域，特別是在資源有限的環(huán)境中的廣泛使用提供了可能。

圖1 基于智能手機的便攜式DLP 3D打印示意圖

以智能手機為平臺的便攜式DLP 3D打印機

  本研究中搭建的便攜式3D打印設備，主要由智能手機和手機控制的投影儀構成，打印所需的圖案由投影儀發(fā)出，經光學元件反射并聚焦后，照射在液體墨水中以逐層打印的方式獲得3D結構（圖2）。

圖2 以智能手機為平臺的便攜式DLP 3D打印機的硬件組成

多種打印墨水在以智能手機為平臺的便攜式DLP 3D打印機中的可打印性

  為論證搭建的基于智能手機的DLP 3D打印機對各種墨水的可打印性，商業(yè)樹脂及多種水凝膠墨水，包括聚乙二醇二丙烯酸酯（polyethylene (glycol)-diacrylate，PEGDA）、甲基丙烯化明膠（gelatin methacryloyl，GelMA）及烯丙基化明膠（allylated gelatin，GelAGE），被證明能夠成功構建一系列具有表面微結構、多孔特征或中空管狀構造，以及模擬器官形態(tài)的3D結構（圖3）。

圖3 采用基于智能手機的DLP 3D打印商業(yè)樹脂及多種水凝膠墨水

以智能手機為平臺的便攜式DLP 3D打印機在骨移植物及原位生物打印中的應用

  研究人員進一步將該智能手機DLP 3D打印裝置應用于骨移植支架的打印中。實驗顯示成功打印出模擬骨內部結構的骨移植物（圖4a）。為進一步證明其在原位生物打印中的可能，研究人員將肌肉組織缺損部位浸入包含小鼠成肌細胞（C2C12）的GelMA生物墨水中，進行原位（生物打印。結果顯示打印結構與肌肉組織連接完整，并且細胞能在打印的結構中存活良好（圖4b）。

圖 4 智能手機DLP 3D打印機在骨移植支架打印及原位生物打印中的應用

3D掃描App輔助獲得3D打印模型設計

  考慮到之前的3D打印要求技術人員熟悉3D模型設計，而這一點很難在資源有限的條件下實現。因此本研究中，結合智能手機的3D掃描App和攝像頭，輕松的獲取了用于打印的3D結構設計文件，從而降低了3D打印技術的操作門檻。

圖 5 利用智能手機3D掃描App獲取3D打印模型設計

  該文章以“A Smartphone-Enabled Portable Digital Light Processing 3D Printer” 為題發(fā)表在先進材料《Advanced Materials》上。上海交通大學生物醫(yī)學工程學院和哈佛大學醫(yī)學院聯合培養(yǎng)博士生李婉露和哈佛大學醫(yī)學院博士后王冕為論文的共同第一作者，通訊作者為哈佛大學醫(yī)學院Y. Shrike Zhang教授和新西蘭奧塔哥大學基督城分校的Khoon S. Lim。

  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102153