3D冰列印製造最強血管，微流體生物列印登場！

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2024/03/14 3D冰列印製造最強血管，微流體生物列印登場！

卡內基美隆大學的研究人員利用3D冰列印在組織工程的領域取得突破，在製造血管結構方面，獲得非凡的精度，並透過複製器官功能的複雜微尺度網絡，解決了組織工程最關鍵的挑戰。

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3D列印的血管冰模板如左圖所示，右圖則顯示一週後在模板上形成血管結構的細胞成像

每年有超過10萬名美國人等待移植，其中數千人因等待而喪生，因此組織工程的解決方案具相當迫切的需求，而複製器官功能的複雜血管網絡，是最主要的挑戰之一。在3D冰列印技術中，研究人員運用冷表面和水流來保持液態狀態，創造平滑結構，與傳統的分層效果完全不同。

組織工程法
研究人員採用了重水，這是一種將氫原子替換成氘的特殊水形式，提高了冰點並形成光滑的冰結構。研究人員將這些冰模板嵌入明膠中，在紫外線的照射下，明膠會凝固起來，而冰會融化，留下複雜的血管通道，與天然血管相似。

當成功把內皮細胞引入通道後，就能表現出長達兩週的活性，顯示長期培養的可能性。這項方法不僅適用於器官移植，還可應用於血管藥物測試和客製化醫療，只要在3D列印血管上塗上患者的細胞，就能評估細胞對藥物治療的反應，提高治療效果和安全性。

卡內基美隆大學標誌

過去，卡內基美隆大學的研究人員開發了一種3D列印微型冰結構，作為複雜通道的模板方法。他們將水滴噴射到冷凍平台上，形成光滑的冰雕，嵌入樹脂中，然後融化，留下複雜的內部通道。此技術支援具液體或氣流導管的設備，適用於軟體機器人、柔性電子產品和仿生人體組織。

增強醫療效果的微型3D列印
今年1月，麻省理工學院(MIT)的研究人員開發了3D列印的自加熱微流體設備，應用於經濟實惠的疾病檢測，利用多材料3D列印，定製具備特定加熱曲線的設備，成本僅2美元，可在偏遠地區進行部署。

透過注入銅奈米粒子的改性聚乳酸作為電阻器，他們在流動過程中實現了流體加熱。雖然面臨溫度限制和流體洩漏等挑戰，但整合溫度感測和探索磁鐵用在顆粒分選上，則能完善該技術的實際應用。

早在2021年，布里斯託大學的研究人員就推出了一種經濟實惠的開源3D列印方法，用在建立微流體的設備上，特別是使用聚二甲基矽氧烷(PDMS)。另外，透過利用標準家用設備和桌上型3D列印機，顯著降低了成本，並提高微流體研究的可及性。

另外，史蒂文斯理工學院的研究人員利用計算模型來改進微流體的3D生物列印，製造完整的人體器官。與一般的生物擠出列印機不同，它們的微流體方法可以透過微小通道，精確操縱液體，有助建立小至數十微米的結構。

至於實現細胞級的精度，對於準確複製生物特徵非常重要，而微流體是超越3D生物列印限制的關鍵，可以透過複雜的組織工程，以及直接應用於傷口的皮膚，支援器官移植。

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