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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。
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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