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新型3D生物打印技術(shù)可以創(chuàng)造人造血管和器官組織

魔猴君  行業(yè)資訊   2252天前

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CU Boulder工程師開發(fā)了一種3D打印技術(shù),可以重現(xiàn)血管的復(fù)雜幾何形狀,并且有朝一日可用于生產(chǎn)人造動脈和器官組織。


魔猴網(wǎng)了解到,CU Boulder的3D打印技術(shù)允許對對象的堅固性進行局部控制。它具有細粒度,可編程的剛性控制,使研究人員能夠模擬高度結(jié)構(gòu)化但仍保持柔韌的復(fù)雜血管幾何形狀。

 

“這個想法是為3D結(jié)構(gòu)增加獨立的機械性能,可以模仿人體的天然組織,”CU博爾德機械工程系副教授,該研究的高級作者尹曉波說。

 

“這項技術(shù)使我們能夠創(chuàng)建可以針對疾病模型進行定制的微結(jié)構(gòu),”Yin說。研究結(jié)果有朝一日可以為患有高血壓和其他血管疾病的人提供更好,更個性化的治療方法。

 

硬化的血管與心血管疾病有關(guān),但是歷史證明,為活動脈和組織置換設(shè)計解決方案具有挑戰(zhàn)性。為了克服這些障礙,CU Boulder的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種獨特的方式來利用氧氣在設(shè)置3D打印結(jié)構(gòu)的最終形式中的作用。

 

“氧氣通常是一件壞事,因為它導(dǎo)致不完全固化,”機械工程博士后研究員,該研究的第一作者丁永輝說。 “在這里,我們利用一層允許固定氧氣滲透率的層?!?/span>

通過嚴格控制氧氣遷移及其隨后的光照,研究人員可以自由地控制物體的哪些區(qū)域固化為更硬或更柔軟 - 同時保持整體幾何形狀相同。



通過氧氣抑制輔助立體光刻法對基質(zhì)剛度和幾何形狀進行正交編程。數(shù)字投影立體光刻3D打印系統(tǒng)的示意圖設(shè)置,其中水凝膠前體溶液通過UV暴露逐層固化。插圖是3D打印的復(fù)雜對象的SEM圖像。比例尺為500μm。 b氧抑制輔助印刷的示意圖,其中固化區(qū)物理地限制在固化區(qū)域和氧氣抑制層之間。 c不同紫外線照射劑量下雙鍵轉(zhuǎn)化率的深度分布。氧氣抑制層的厚度與曝光劑量的關(guān)系很弱,固化厚度也是如此。當劑量高于閾值時,雙鍵轉(zhuǎn)化率隨劑量迅速增加。 d印刷水牛徽標的明場光學(xué)圖像,具有獨立圖案的剛度和幾何形狀(二元剛度但平坦的表面)。高光學(xué)對比度表明交聯(lián)密度的強烈差異,因此表明剛度。比例尺為200μm。 e沿b中虛線的光學(xué)對比度(黑線)和幾何(藍線)變化的量化顯示對比度(剛度)的明顯差異,但特征高度變化很?。?lt;1%)

 

“這是一個深刻的發(fā)展,朝著我們創(chuàng)造像健康細胞起作用的結(jié)構(gòu)的目標邁出了令人鼓舞的第一步,”丁說。


作為示范,研究人員3D打印出三個版本的簡單結(jié)構(gòu):頂梁由兩根桿支撐。結(jié)構(gòu)在形狀,尺寸和材料上是相同的,但是已經(jīng)打印了桿剛度的三種變化:柔軟/柔軟,硬/軟和硬/硬。較硬的桿支撐頂梁,而較軟的桿允許其完全或部分塌陷。


研究人員用一個中國兵馬俑的身材重復(fù)了這一壯舉,將它打印出來,使外層保持堅硬而內(nèi)部保持柔軟,讓戰(zhàn)士的外表堅韌,內(nèi)心溫柔,可以這么說。



桌面尺寸的3D打印機目前能夠處理尺寸小至10微米的生物材料,或約為人類頭發(fā)寬度的十分之一。研究人員樂觀地認為,未來的研究將有助于進一步提高能力。

“挑戰(zhàn)在于為化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造更加精細的規(guī)模,”尹說。 “但我們看到了這項技術(shù)和人造組織制造潛力的巨大機遇。”

 

該研究最近發(fā)表在Nature Communications雜志上。

 

文章和圖片編譯自:3ders.org,轉(zhuǎn)載請注明出處

來源:中國3D打印網(wǎng)

   
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