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【中國智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】日前，加拿大阿爾伯塔大學(xué)使用3D打印和4D打印來創(chuàng)建由天然蛋白質(zhì)和可打印的水凝膠材料制成的葉子結(jié)構(gòu)。4D打印的水凝膠葉片標(biāo)志著生物3D打印器官發(fā)展的重要成就，盡管距離植入個(gè)生物打印的心臟之前可能還有一段時(shí)間。
4D打印水凝膠葉片讓人類朝生物打印器官又近一步
近日，加拿大阿爾伯塔大學(xué)Ingenuity實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)科學(xué)家小組使用3D打印來創(chuàng)建由天然蛋白質(zhì)和可打印的水凝膠材料制成的葉子結(jié)構(gòu)。該小組說，該項(xiàng)目使他們更接近于創(chuàng)建一個(gè)可植入的生物3D打印器官。
實(shí)際上，3D打印的葉子結(jié)構(gòu)不僅僅是3D打印，因?yàn)檠芯咳藛T實(shí)際上已經(jīng)使用了4D打印技術(shù)來打印生物物體，這意味著葉子能夠?qū)Σ煌沫h(huán)境和材料進(jìn)行物理反應(yīng)。
由銀納米顆粒、碳納米管和蛋白質(zhì)制成的特殊樹脂對小葉片形狀進(jìn)行3D打印。當(dāng)3D打印的葉片浸沒在水中并暴露于紫外光下時(shí)，其中的材料與水反應(yīng)并將水分子分解成氫氣。
據(jù)研究人員介紹，這種反應(yīng)使得生物打印的形式與氫燃料電池的功能相同，氫燃料電池產(chǎn)生熱量、能量和氧氣。從物理角度來看，當(dāng)葉子浸沒在水中并受到紫外線照射時(shí)，葉子開始膨脹。
“我們已經(jīng)擴(kuò)展了一系列工具，以便在我們用新型光固化生物納米墨水打印的設(shè)備中融入生物功能作為內(nèi)在特性，”化學(xué)工程研究員Stella Mathews說。“我們稱之為4D打印。這是組織工程的步。”
3D打印的葉形結(jié)構(gòu)有效地展示了以成本有效的方式生產(chǎn)定制的氫燃料電池的能力。這本身是令人興奮的，但研究人員認(rèn)為該項(xiàng)目符合生物3D打印植入式器官。
換言之，4D打印的水凝膠葉片標(biāo)志著生物3D打印器官發(fā)展的重要成就，盡管距離植入個(gè)生物打印的心臟之前可能還有一段時(shí)間。正如Mathews解釋的那樣：“我們已經(jīng)穩(wěn)定了一個(gè)因素，這是成千上萬的因素之一。”
目前，Ingenuity實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)也在研究3D打印半月板，這是緩解沖擊和保護(hù)膝蓋的軟骨組織。大多數(shù)有膝關(guān)節(jié)問題或膝關(guān)節(jié)疼痛的人可能會想了解半月板的所有信息。
對于半月板撕裂的現(xiàn)有治療包括在手術(shù)期間植入必須根據(jù)患者體型確定的組織。Mathews說，通過生物打印定制的半月板組織，膝蓋手術(shù)時(shí)間可以大大減少，可以使患者更容易恢復(fù)。
她解釋說：“我們會用能夠承受骨骼壓力的機(jī)械性能的材料來打印，還有一些可以促進(jìn)細(xì)胞粘附的因素，同時(shí)防止人體免疫系統(tǒng)排斥的半月板。但這只是許多階段中的一個(gè)。”
在這個(gè)研究項(xiàng)目中，該團(tuán)隊(duì)正在壓力下測試生物打印的半月板組織，以確定它在人體內(nèi)的反應(yīng)。
近，該項(xiàng)研究結(jié)果已經(jīng)在RSC Advances雜志上發(fā)表。
(原標(biāo)題：4D打印的水凝膠葉使艾伯塔大學(xué)研究員的研究更接近生物打印器官)
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