从打印类脑组织看3D打印软体技术最新发展

国际金属加工网 2018年01月17日

最近,英国伦敦帝国理工学院的研究人员实现了用3D打印机打印出类似脑组织的软体,这一消息引起业内人士的普遍关注,这意味着3D打印软体技术又向前迈了一大步。一旦3D打印软体技术成熟,对医疗领域意义非凡,将大幅缓解移植器官严重短缺的问题。目前3D打印软体技术也主要研究如何打印软组织器官。

3D打印软体技术新进展

此次3D打印类脑组织软体,研究人员使用一种新型复合水凝胶(包含水溶性合成聚乙烯醇以及植物凝胶两种成分),打印出三维支架,然后用胶原蛋白包裹打印出结构,并用人类细胞进行填充,得到了类脑软组织。虽然此次类脑组织只是一个小样本,而非整个大脑。但该技术获得的组织可帮助科学家研究大脑或肺在不同环境下的行为。

3D打印软体技术之所以比较难实现,是因为柔软的材料难以成形,就像我们小时候玩泥巴,如果泥太软,就什么形状都捏不出来。为解决打印软组织难这一问题,此次研究人员在打印过程中进行了降温处理:先让下层被冻住,形成稳定结构,新层结构就可以打印在上面,不会出现底层崩塌的现象。打印完成后,再让物体慢慢解冻,并保持形状。

2017年7月瑞士联邦理工学院的博士生尼古拉斯·科尔斯(Nicholas Cohrs)领导的团队,运用3D打印技术制造出了世界上第一个软体人工心脏。经测试,结果很理想。不过这颗人造心脏还是一款概念产品,无法用于临床植入。因为用于制造这款心脏的材料不够坚韧,大约只能支撑半个小时,具体使用时间取决于心率的快慢。

2017年9月来自伦敦巴特莱特建筑学院的硕士生(洛·彭(SirouPeng)、阿迪·梅耶尔(AdiMeyer)和西尔维娅·路易达(SilviaRueda))使用3D扫描和3D打印技术制作出了一款奇异的软体硅胶面具,该款面具采用柔性电子材料和彩色液体制成。但目前面具的实用性不大,可以作为一个高级玩具。

3D打印软体技术面临的难题

通常3D打印所用的原材料都是塑料或金属粉末等无生命物质,适合制造一些高强度材料,但生物相容性材料,比如皮肤移植物、人体器官对柔软度和韧性要求极高,传统原材料完全不符合要求。

此外,打印人体器官的材料要含有种子细胞(干细胞、已分化细胞等)、生长因子和营养成分等元素,只有这些元素再结合其他材料,才可以在生物打印机下实现器官、组织的重现。

2017年12月,苏黎世联邦理工学院(ETHZ)复合材料实验室的研究团队宣称,研发出一种内含不同种类细菌的3D打印原材料,主要成分是一种具有生物相容性的水凝胶,由透明质酸、长链糖分子及热解硅石组成,细菌可以在其中存活,依据各种类型细菌的特性,适用于皮肤移植、器官移植、化学物质降解等多领域。

该种原材料打印的器官能否进行器官移植、能否和人体相容,还有待临床检验。


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雷尼绍

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