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(dòng)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(duì)對(duì)象的堅(jiān)固性進(jìn)行局部控制。它具有細(xì)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(gè)想法是為3D結(jié)構(gòu)增加獨(dú)立的機(jī)械性能，可以模仿人體的天然組織，”CU博爾德機(jī)械工程系副教授，該研究的高級(jí)作者尹曉波說。

“這項(xiàng)技術(shù)使我們能夠創(chuàng)建可以針對(duì)疾病模型進(jìn)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(gè)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(dòng)脈和組織置換設(shè)計(jì)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(dú)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?yàn)樗鼘?dǎo)致不完全固化，”機(jī)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。”

通過嚴(yán)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(shí)保持整體幾何形狀相同。

通過氧氣抑制輔助立體光刻法對(duì)基質(zhì)剛度和幾何形狀進(jìn)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(duì)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(dāng)劑量高于閾值時(shí)，雙鍵轉(zhuǎn)化率隨劑量迅速增加。 d印刷水?；諛?biāo)的明場(chǎng)光學(xué)圖像，具有獨(dú)立圖案的剛度和幾何形狀（二元?jiǎng)偠鹊教沟谋砻妫８吖鈱W(xué)對(duì)比度表明交聯(lián)密度的強(qiáng)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(duì)比度（黑線）和幾何（藍(lán)線）變化的量化顯示對(duì)比度（剛度）的明顯差異，但特征高度變化很?。?lt;1％）

“這是一個(gè)深刻的發(fā)展，朝著我們創(chuàng)造像健康細(xì)胞起作用的結(jié)構(gòu)的目標(biāo)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(gè)版本的簡(jiǎn)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(gè)中國(guó)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(jiān)硬而內(nèi)部保持柔軟，讓戰(zhàn)士的外表堅(jiān)韌，內(nèi)心溫柔，可以這么說。

桌面尺寸的3D打印機(jī)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(rèn)為，未來的研究將有助于進(jìn)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(xì)的規(guī)模，”尹說。 “但我們看到了這項(xiàng)技術(shù)和人造組織制造潛力的巨大機(jī)遇。”

該研究最近發(fā)表在Nature Communications雜志上。

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來源：中國(guó)3D打印網(wǎng)