3D打印新型韧性生物结构

2015-6-29 15:52| 发布者: 高华华| 查看: 3617| 评论: 0|来自: 研发埠

摘要: 研究人员已经成功研发了一种柔韧的生物相容性材料“水凝胶”，该材料可以应用于精密高端的3D打印成型技术。这种生物相容性材料成型方式为药物或细胞注入体内重组成再生承重组织或柔性支架提供了一种新的思路。

（译者：王培德）

研究人员已经成功研发了一种柔韧的生物相容性材料“水凝胶”，该材料可以应用于精密高端的3D打印成型技术。这种生物相容性材料成型方式为药物或细胞注入体内重组成再生承重组织或柔性支架提供了一种新的思路。

       图片上部分为水凝胶在分子尺度下的结构示意图。下部分展现了该材料做为3D打印材料的灵活性，它被挤扁后仍然能回到其原来的样子。
       Advanced Material期刊上的一篇文献详细地介绍了上述过程，该文献的作者是MIT机械工程副教授赵煊赫（音译）以及MIT、Duke大学、Columbia大学的同事。
       赵表示，该过程可以实现3D打印“极具韧性、富有弹性”的水凝胶移植产品，这种水凝胶产品可以注入到细胞以及药物中，然后置于人体内。
       水凝胶是指以水分子为分散介质的网状交联结构的聚合物。这种材料的特性类似于自然组织，例如我们自身用于减振的软骨组织。这样，这些新的3D打印水凝胶结构就可以用于膝关节置换手术。
       赵同时还表示，一般情况下，合成水凝胶强度较低，很容易损坏，尽管10年前人们就已经研发出了一些较柔韧、富有弹性的水凝胶结构，但是大部分水凝胶的生产环境要求极其苛刻，其生产环境足以杀死封装水凝胶结构的细胞。
赵同时还在MIT土木与环境工程系兼任职务，他认为，可以封装合成水凝胶的新型细胞需要有较高的活性。
此前，我们并没有能力打印复杂的3D韧性水凝胶结构。现在，新型生物相容性水凝胶可以制作成如空心立方体、半球、金字塔、双绞线、多层网格或与生理相关的结构如人类的鼻子、耳朵等形式。

       赵继续解释，这种新方法同样可以用于商业化的3D打印机。“真正的创新点是材料－只需要建立一个用于生物相容性韧性水凝胶的3D打印连接即可”，其实这种材料就是两种不同的生物聚合物形成的复合物。“这两种材料的强度都比较低且较脆弱，但两种材料复合后，就会变成像钢筋混凝土一样高强度、高韧性的材料。”
       两种聚合物无论怎样复合，复合后的材料均同时具有二者的属性。一种聚合物富有弹性，而另一种聚合物则要保证“受力变形后结构不至破坏”。通过使用生物相容性“纳米黏土”来调整材料的粘度和特性，使通过3D打印机的打印喷口的材料流量控制在一定水平。
       文献的另一位作者红孙敏（音译）说，这种材料的弹性特性十分重要－一种打印结构形式，例如金字塔形，被压缩了99%后仍然能够恢复成原始结构形状。文献中表示，这种材料可以被拉伸变形为原来尺寸的5倍。这种类似身体组织的高弹性特征已经拓展到承载、抵抗冲击和其他物理碰撞等领域中。
       这种材料不仅可以用于自定义软组织（如耳朵、鼻子等）的置换手术，同时还可以用于承重关节的置换手术。实验测试结果表明这种材料柔韧性甚至要好于自然组织。
       赵表示，这种材料的缺点是分辨率方面存在一定的限制。现阶段该材料的尺寸处于500微米的尺度，我们正在提高分辨率来满足这种材料在更精确的结构上的应用。
       译自：http://www.engineering.com/3DPrinting/3DPrintingArticles/ArticleID/10257/Tough-New-Biogel-Structures-Produced-by-3D-Printing.aspx
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