材料沉積噴墨打印及
涂層系統解決方案

我們的應用

基于Inkjet、EHD、Ultra-sonic等技術積累,搭建材料噴墨打印與涂層研究與 應用平臺,從科研到產業為您提供解決方案。

生物與醫藥

典型案例

  • 燒傷組織修復再生

    組織修復與再生仍是醫學界長期存在的重要挑戰,常見的急性、慢性和先天性損傷均需要植入性的組織或器官進行治療,以提高患者的生存率和生活質量。然而,由于移植器官的等待周期過長、重建手術的組織需求量過大等因素,均嚴重阻礙治療進程。雖然患者是唯一的自體材料來源,但是患者的自身材料有限,因此,人工方法進行組織的構建受到越來越多的關注。體外的三維環境下,進行生物可吸收的聚合物創建,也對現階段的構建工藝提出更高的要求。 基于Micro Fab的噴墨打印技術,具有高集成性和非接觸等顯著優勢,有望成為新一代組織修復新技術。Micro Fab技術公司和Wake Forest 再生醫學研究所研發了一種皮膚工程3D生物芯片,可進行三維條件下皮膚的修復研究,用于治療由于熱損傷、機械損傷、疾病、癌癥和遺傳疾病而造成的皮膚創傷。真皮修復結構打印機(DRCP)可精準控制細胞、基質和生長因子的體積和比例,構建功能細胞、生長因子、非細胞基質的三維空間,通過非接觸式的按需噴墨生物印刷技術,將皮膚組織再生的所需時間從傳統的14-21天減少至5-7天。 如圖所示,DRCP置于HEPA 100級正壓層流箱中,配有3D生物芯片和紫外線殺菌燈。打印頭安裝在龍門架上,包含兩個valvejet分配器和四個噴墨機。化學反應性和紫外光反應性水凝膠的交聯可通過動態交聯噴霧器或光纖紫外光來實現。更換式加熱基底平臺可匹配SBS格式微波板(6,12,24,48,96孔),100mm培養皿和小的活動物(如小鼠和大鼠)。用戶可以通過scriptwriter程序創建打印模式,指定每個位置要存放的落點數量(通過落點增加的卷)、落點間距、要存放的層的順序以及交聯的類型和持續時間。

  • 生物氣體傳感器

    依據2000年的美國人口調查報告顯示,全美范圍內約有450萬人患有阿爾茨海默癥,85歲以上的老年人群體中約有一般人患有阿爾茨海默癥,而且,預計2050年患病人口數將進一步攀升至1320萬人,每年阿爾茨海默癥患者的直接和間接治療費用高達1000億美元,對社會和家庭造成嚴重的影響。阿爾茨海默癥的早診斷早干預,可有效延遲疾病的發病,降低治療費用,提升患者滿意度。在對患者的研究中發現,患病初期對氣體的識別能力顯著下降,且嗅覺信息的處理與海馬體體積之間具有很強的相關性,因此可采用生物體的氣體測試有效檢測阿爾茨海默癥的發病。氣體識別測試(UPSIT)是最常見的刮嗅測試,但是其不能量化嗅覺闕值,且不同濃度溶液的制備較為繁瑣,無法用于疾病的準確預測。 嗅覺測量技術是基于數字控制的高精度噴墨點膠技術,可精準確定人的嗅覺閾值。由于特定氣味的閾值被確定為非常高的分辨率,且噴墨微分機能夠提供納摩爾數量的氣味每一滴,因此該系統可通過可互換的墨盒來散發多種氣味。通過使用試驗中使用的氣味劑的稀釋劑,該分辨率可以延長到單滴分配。 Micro Fab嗅覺檢測由壓電驅動的微分配裝置組成,將少量氣味源分配到加熱元件上,揮發油通過非常低的氣流傳遞給測試者。嗅覺計帶有一個配備微處理器的控制框、液晶顯示屏和操作按鈕,具備下載測試數據的能力。檢測時,將控制器預先編程,以對數遞增的步進下降計數,并確保測試者在試驗之間有足夠的恢復時間。 實驗選用了一種玫瑰氣味劑(苯乙醇),因為它能選擇性地刺激嗅覺腦神經而不影響鼻內三叉神經末梢。另選用檸檬氣味劑(檸檬提取物)進行實驗,因為它會刺激三叉神經。第一次試驗中,小劑量的氣體(12.06 nl)傳送至測試者的輸入氣流中。在隨后的試驗中,對數衰減的氣味量(09 nl~102.5 nl)被釋放在等量的空氣中,并且由測試者報告是否聞到另一種氣味。 實驗發現,Micro Fab的嗅覺檢測針對玫瑰氣味劑(苯乙醇)和檸檬氣味劑(檸檬提取物)兩種氣味,檢測靈敏度高,且發現阿爾茨海默癥患者的嗅覺閾值(89.02 nl 和74.34 nl)明顯高于帕金森氏癥患者(23.08 nl 和74.34 nl)。

  • 支架

    心血管手術中,為避免動脈再狹窄,通常使用由金屬或合金制成的支架送入體腔,擴張后與管腔壁貼合,起到支撐血管的作用。通常,為預防并發癥的產生,需要對支架進行藥物涂層處理。常見方法有浸泡、超聲波噴涂、氣體噴涂等,然而,藥物的濃度、分布等無法得到有效控制。 基于Inkjet的支架噴涂技術,具有射流中液滴的可控和可再生優勢,同時可將射流精確地引導到設備表面的位置,且具有以下優勢: (1)可進行多層藥物和溶液的涂層,每一層可使用不同的藥物和溶液; (2)支架不同位置的局部密度和厚度可控; (3)藥物沉積僅在支架表面,避免支架斷裂進入血液中; (4)噴墨技術由軟件數據控制,可針對不同的支架模型進行多次轉換。 Micro Fab已成功制備了與實際支架尺寸相匹配的模型支架,這些帶有菱形細胞的模擬支架可用于打印/涂層試驗。可以通過在噴墨顯微分配器下協調移動支架來覆蓋模擬支架,并通過連續移動支架(旋轉和軸向移動),根據所需的點對點間距產生液滴,“即時”打印完成。在噴涂過程中,支架作旋轉和軸向運動,非常微小的藥物液滴按設定的要求由噴頭射至支架表面而形成涂層。 研究表明,將100 ug藥物(一個小支架的典型劑量)程序化靶遞送到試管中,給劑量的標準偏差(SD)為0.6 ug。在137 ug劑量下,在1.8 ug SD的涂層上噴射,支架管顯示了100%的捕獲效率。而且研究發現,連續噴射制備的支架可產生高達91%的效率,變異系數低至2%,相比于傳統的噴霧效果提高了10倍以上。

  • 微球囊

    微球囊是將分散的固體物質顆粒、液滴或氣體完全包封在一層膜中形成球狀微膠囊的技術,目前已被廣泛應用微囊化藥物、燃料、香料、粘合劑藥物的控制釋放、動植物細胞培養、細胞和酶的固定以及生化物質分離等領域,具有廣闊的應用前景。 現階段的研究熱點集中于減小微囊的體積和微囊尺寸均勻化。這是由于體積小的微囊具有利于氧和營養物的供應、囊內死腔小和便于微環境投放等優勢。常見的溶劑蒸發法、相分離法、界面沉積法和噴霧干燥法等物理化學法,需要在高溫條件下或使用反應劇烈的破壞性有機溶劑,制備的微膠囊粒徑分布寬,很難滿足醫藥工業和生物技術領域中保持生物物質活性的要求。而噴印技術制備的微球囊具有以下優勢: (1)微球囊尺寸高度統一; (2)微球囊的制備尺寸可調整; (3)微球囊的藥物釋放速率可控; (4)生產規模易于擴大(使用陣列噴頭或多噴頭); (5)局部給藥,避免毒性擴散; (6)生物可降解,無需手術切除。 目前,Jetlab 制備的微球囊,可控的粒徑范圍15~100 μm。研究顯示,采用該系統制備的載紫杉醇微球,對所載的紫杉醇分子本身無破壞,保證了藥物的治療效果,包封率至少可達 67 % ,且粒徑均勻,藥物釋放緩慢。研究表明,噴墨技術生產的微球持續釋放超過50天,可有效抑制和逆轉腫瘤的生長。

  • 神經組織的修復、再生

    通常來說,創傷性損傷往往會導致神經組織的丟失,臨床醫生只能從患者身體其他部位取得部分神經,以修復更嚴重的神經缺損。雖然自體神經移植成功率高達80%,但仍會對患者造成創傷。目前,組織工程師發現,采取人工方法(如,生物可吸收神經引導導管)促進神經再生可有效減少損傷。生物可吸收神經導管法將近端和遠端神經殘端在導管內縫合,優化創傷部位的生長條件,以促進神經再生。另外,由于導管在修復完成后被人體吸收,不需要手術移除。 噴印技術作為神經組織的修復再生提供了新思路,將噴墨技術應用于生物可吸收神經導管法可做到以下幾點: (1)管道內壁與外側均有涂層; (2)導管中裝入噴墨分液單元; (3)可將噴墨噴藥微球裝入導管; 更重要的是,噴墨方法具有高精度的特性,使人們能夠創建和控制管道材料中的蛋白質量或梯度,以及管道表面紋理和物理尺寸。組織工程工作站的打印程序可以精確控制沉積的精確點,分辨率為0.2 mm。

  • 醫藥

    癌癥的治療過程中發現,許多類型的癌癥不僅對一種藥物產生反應,而是會對至少兩種細胞毒素或兩種抗癌藥物產生聯合反應,而且,藥物的綜合治療可有效降低癌癥復發的風險。但是,由于多種藥物在治療過程中對劑量的要求會有所不同,因此,與傳統的由固體聚合物微球組成的微球不同,科研人員進一步研發了一種雙層微球結構,其聚合物的核心被另一種聚合物的涂層包裹,多種負載藥物可以針對性的治療不同類型的癌細胞。此類載藥聚合物微囊,利用其可對指定組織、器官的靶向性和對藥物的緩釋特性,從而有效地降低藥物給病人帶來的副作 用并提高藥物的生物利用度。 目前,該類藥物載體的發展和研究重點體現在--開發新型微粒制備方法,提高藥物的包封率,并且在最大程度上確保芯材的完整性和活性,制備過程必須安全無毒;其次是通過對微粒殼材的修飾,使其具有良好的生物通透性,從而加強微粒的 包封性能,具有靶向性,對病變細胞或組織具有特異性的識別,讓藥物穿過人體 內的生物屏障直接作用于病變區域,提高生物利用度。 利用基于Micro Fab微壓電噴頭的微噴射系統,可用于生產雙層微球。該系統由兩根遮光管組成。外管用于注入形成外殼的液體,而空氣注入內管。空氣可以用第二種流體代替,從而產生多層球體。

  • 單細胞

    細胞,作為生物結構和功能的基本單位,研究其相關生物行為及其規律與本質,對于探索疾病的機理與治療手段,有著巨大的意義。對細胞的研究是一個復雜的工程,細胞在人體內處于復雜的微環境之中,且細胞體積微小、種類多樣,在細胞水平進行細胞識別、代謝物檢測、內部組分分析、細胞結構與功能表征、細胞間相互作用分析等工作也都有著很高的難度。因為樣品量小,分析物濃度低,樣品體系復雜,細胞水平分析對于傳統的研究和分析方法與技術是一個巨大的挑戰。 在非均勻電場中采取介電泳(DEP)的方法,可有效進行單細胞的無接觸處理。微波通過在覆有三層金屬層的柔性印刷電路板上鉆孔形成,因此每個微波形成了三個環形電極。聚苯乙烯珠和電池的實施裝置,包括一組微波管和一個流體裝置,用于從底部向微波管中填充生理鹽水緩沖液,并從頂部將顆粒分配到微波管中。有源微波有望替代單流腔或通道芯片,其主要優點是可在不同的位置分離細胞,支持靈活的上清替代,簡化單細胞回收程序,保證與標準高密度微量滴度板的機械相容性,但是依然存在高通量的痛點待解決。 在這項技術中,采用Micro Fab的Jet Drive III和anMJ-A可將聚苯乙烯珠和細胞進行均勻分配,噴射出的液滴體積為0.5 nl。實驗中,稀釋參數為105個細胞/ml,分析每滴細胞的統計分布得知,當每微孔滴10個細胞時,平均期望有0.5個細胞,可以有效獲得單個細胞。

  • DNA微陣列

    DNA微陣列技術,主要可應用于突變檢測、功能基因組學、藥物基因組學、SNP基因分型、基因表達研究、蛋白質組學和細胞信號轉導等方面,可進一步促進生物技術的發展和研究人員對細胞基本分子通路的理解,已經在全球范圍內受到廣泛關注。高密度DNA陣列,可作為全球基因組測序的關鍵技術,為下一代基因組學研究提供了關鍵信息。高密度DNA陣列的使用,可在實驗中有效地獲取細胞和組織系統中數千個基因的活動表達情況。 Micro Fab主要用于原位合成過程中基因表達研究的寡核苷酸微陣列,我方研發的Inkjet噴墨技術可將小體積的合成試劑傳送至基板。MicroFab技術中,使用噴墨裝置將原基因與原位DNA合成設備相結合,儀器由計算機控制的X和Y臺組成,操作時將襯底置于噴墨噴嘴下,為四個核苷酸單體分別提供了一個獨立的噴墨裝置,第五個裝置用于遞送用于合成偶聯的激活試劑。 目前,已經使用該設備合成了長達80 mol的玻璃寡核苷酸陣列,并作為Flex芯片技術推向市場,這類Flex芯片屬于定制類型,可廣泛應用于基因定位、SNP基因分型、基因表達監測和其他藥物基因組學等方面。

  • 多肽微陣列

    肽是由兩個或兩個以上氨基酸以肽鍵相連的方式組成的化合物,是構成人體所有細胞的基本材料,人體內各種細胞功能、所有生命行為,如生長、發育、繁衍、代謝、動作等,都必須通過肽才能體現,因此肽是決定人類生命質量的關鍵物質。由于肽在細胞和組織中發揮著重要的功能作用,因此肽研究對生命科學和醫藥工業具有重要的意義。目前普遍通過組合的方法,在單個單元中合成肽,構建一個微陣列格式的肽庫,從而實現大規模樣品處理。其中,一種自動分析的柔性肽微陣列可用于藥物檢測中,以減少篩選時間。肽微陣列的常見應用包括: (1)定義蛋白質-蛋白質相互作用的最小域:表位定位; (2)關鍵殘基鑒定:鑒定與結合有關的殘基; (3)藥物篩選:與藥物的相互作用以確定藥物先導物; (4)蛋白質構象探針:評價多個結合域的結合; (5)蛋白質與其他分子的相互作用:蛋白質- DNA,蛋白質-多糖,蛋白質-細胞,蛋白質-金屬的相互作用。 當使用原位合成時,肽在微陣列中所需的位置時,每次都會產生一個殘基。其主要優勢在于,該過程中涉及的液體數量有限,僅需20種天然氨基酸和用于洗滌、封蓋、去保護的液體。當氨基酸分布在一個衍生的底物上(在每個位置可以有不同的氨基酸)時,合成開始。在沉積和反應完成的偶聯時間之后,底物經過封頂,減量物上的連接位點被阻塞,以用于將來的反應。偶聯氨基酸在所有位置都失去保護,然后肽鏈上的下一個氨基酸在每個位置都沉積下來。清洗步驟也在同步進行,以去除殘留的試劑。 Micro Fab的氨基酸分配子系統如圖所示,相機確定了將在控制程序中使用的配藥器的初始偏移量,以確保微陣列上的一個位置配藥的所有氨基酸將完全重疊。在Micro Fab上合成的肽通過溴酚染色(在合成結束時檢測游離胺)、裂解肽的HPLC和MS分析,以及在微陣列中直接在肽上附著抗體和染色來驗證。

  • 微陣列(點樣)

    傳統的點樣微陣列制備方法,是采用計算機控制的xyz運動臺實現,其頭部使用筆尖式搜集裝置從多孔板上獲取小滴的溶液,然后轉移、點樣到表面。當使用平面固體表面基板時,筆式打印實用性高且可重復。但是當使用不均勻的膜型襯底時,接觸技術會出現較多問題。當表面區域低于一支筆或一組打印筆中的一支筆的水平時,不均勻的基片會導致遺漏點;而薄膜吸收斑點溶液太快時,斑點會導致表面凹痕的出現和斑點不均勻。而且,由于每個點印的容量控制范圍有限,會導致無法疊印。正壓驅替,利用注射器系統或閥門射流沉積流體,在閥噴技術中,一個孔口或噴嘴附在一個電磁閥上,電磁閥快速開啟和關閉,從加壓的流動中產生間歇的水滴流。注射器系統從樣品孔中抽取液體,然后使用正位移將液體分發到基板上。由于流體特性對分膠效果的影響小于對壓電微分膠效果的影響,因此該系統具有較高的可靠性。然而,正壓力驅替微分配器系統在低容積時,其可重復性率較低。 Micro Fab按需滴式壓電微分發裝置屬于微分液裝置,當流體保持在環境壓力下,僅僅在需要時,使用壓電換能器制造液滴。換能器在流體中產生體積變化,從而產生壓力波;當壓力波傳播至孔口時,轉化為流體速度,從孔口噴出一個液滴。作為一種非接觸式技術,噴墨調劑的精度不受流體如何潤濕基板的影響,如在調劑過程中,正位移或筆轉移系統將流體接觸到基板上,流體源不會被基板上的流體或基板材料所污染。因此,可使用不同的試劑或生物液進行疊印,且減少交叉污染的風險。最終,流體液滴可自由移動的距離超過1 mm,可將流體分配到井中或其他基質特性中(例如,控制潤濕和擴散的特性)。Micro Fab技術正在使用單玻璃管壓電式分配器,同時將其高密度按需滴陣列打印頭技術用于生物活性流體微分配器。集成陣列噴墨噴頭的使用,在高密度/高精度條件下,有效簡化了多噴墨系統的設計和操作。 壓電式按需滴式噴墨打印技術用于微分發液體在DNA和免疫分析診斷、表達研究和高通量篩選方面具有廣泛的適用性。研究發現,利用Micro Fab噴墨微分配技術,可以以0- 4000 /秒的速度生產出直徑為25-100 um (10 pl - 0.5 nl)的流體球體。Micro Fab噴墨微分配裝置可廣泛應用于打印多種流體(探針、試劑、生物樣品流體、表面激活流體等)。

  • 免疫抗體

    20世紀80年代初,蛋白質的噴墨打印技術已得到發展。在最新的研究中,抗體被印在膜上,抗體與硝化纖維相結合用于診斷分析。如圖所示,雅培公司的妊娠指示器TestPack?使用 MicroFab技術公司開發的兩種液體連續噴繪系統進行打印操作,使用硝化纖維素打印出兩種抗體(通常是公司HCg和a control)。Abbott TestPack?也可用于鏈球菌和藥物濫用測試。

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