盡管全3D打印的心臟對于美國每年大約4,000名等待移植的人來說并非現(xiàn)實(shí),3D打印人體組織用于再生和修復(fù)是朝正確方向邁出的一大步。
來自卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(CMU)的創(chuàng)新研究人員長期以來一直致力于3D打印技術(shù)的制造,并且來自該大學(xué)材料科學(xué)與工程(MSE)和生物醫(yī)學(xué)工程(BME)部門的團(tuán)隊(duì)最近開發(fā)了自己的低成本3D生物打印機(jī),將設(shè)計(jì)作為開源發(fā)布,以便任何人都可以構(gòu)建它。
研究人員通過使用3D打印來修改標(biāo)準(zhǔn)桌面3D打印機(jī),從而實(shí)現(xiàn)DIY路線。
“從本質(zhì)上講,我們已經(jīng)開發(fā)出一種生物打印機(jī),可以低于500美元打造,我認(rèn)為至少與許多花費(fèi)更多的錢相提并論。大多數(shù)3-D生物打印機(jī)的起價(jià)在1萬美元到2萬美元之間,“MSE和BME副教授Adam Feinberg解釋說,他也是該大學(xué)Bioengineered Organs Initiative的成員。 “這顯著更便宜,我們提供非常詳細(xì)的教學(xué)視頻。這實(shí)際上是關(guān)于民主化技術(shù),并試圖讓它進(jìn)入更多人的手中?!?/span>
市場上的商業(yè)3D生物打印機(jī)成本高達(dá)20萬美元以上,并且通常也是專有的閉源機(jī)器,這些機(jī)器很難修改。但CMU研究人員已經(jīng)開發(fā)出了一種基于注射器的大容量擠出機(jī)(LVE),可用于修改任何FFF型3D打印機(jī)。
“我們創(chuàng)造的是一款大容量注射泵擠出機(jī),幾乎適用于任何開源熔融沉積模擬(FDM)打印機(jī),”MSI本科畢業(yè)生最近畢業(yè)的Kira Pusch說道。 “這意味著對于使用3D打印機(jī)的人來說這是一種便宜且相對容易的適應(yīng)。”
Pusch,BME博士后Thomas J.'TJ'Hinton和Feinberg最近在HardwareX雜志上發(fā)表了一篇名為“用于桌面3D打印機(jī)的大容量注射泵擠出機(jī)”的論文,該論文提供了一套完整的CAD和STL指令文件轉(zhuǎn)換為所需工具的類型,用于在典型的商業(yè)3D打印機(jī)上進(jìn)行3D打印和安裝LVE。為了他們的工作目的,CMU團(tuán)隊(duì)修改了PrintrBot Simple Metal 3D打印機(jī)。
該摘要寫道:“注射泵擠出機(jī)需要廣泛的3D打印應(yīng)用,包括生物打印,嵌入式打印和食品打印。然而,注射器的質(zhì)量成為大多數(shù)印刷平臺的主要挑戰(zhàn),需要在速度,分辨率和/或體積方面做出妥協(xié)。為了解決這些問題,我們設(shè)計(jì)了與低成本開源3D打印機(jī)兼容的注射泵大容量擠出機(jī)(LVE),并在此展示了其在PrintrBot Simple Metal上的性能。 LVE的主要內(nèi)容包括:(1)開放源代碼,與開源硬件和軟件兼容,使其價(jià)格低廉,可供3D打印社區(qū)廣泛使用;(2)使用標(biāo)準(zhǔn)60mL注射器作為其墨水庫;有效地增加平均生物打印機(jī)的打印容量,(3)能夠回縮和高速運(yùn)動(dòng),(4)可以使用小至100μm的噴嘴直徑打印流體,使用時(shí)可以打印復(fù)雜的形狀/物體與自由形式的可逆嵌入懸浮水凝膠(FRESH)3D打印方法相結(jié)合。通過利用海藻酸鹽作為模型生物材料油墨來制造參數(shù)化CAD模型和標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)對象,證明了LVE的打印性能。”
該團(tuán)隊(duì)使用常見藻酸鹽生物材料和懸浮水凝膠自由可逆嵌入(FRESH)技術(shù)在該論文中展示其系統(tǒng),該技術(shù)是Feinberg實(shí)驗(yàn)室的簽名。
“生物打印歷史上數(shù)量有限,所以本質(zhì)上的目標(biāo)是在不犧牲打印的細(xì)節(jié)和質(zhì)量的前提下擴(kuò)大流程,”Pusch解釋說。
本文的第一作者Pusch在實(shí)驗(yàn)室工作了三年,擔(dān)任本科生研究助理,目標(biāo)是開發(fā)其他研究人員可以開發(fā)并開發(fā)的開源生物醫(yī)學(xué)研究。 這項(xiàng)無障礙研究有望幫助創(chuàng)新傳播,以便像CMU所說的那樣,“鼓勵(lì)生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,挽救生命”。
費(fèi)因伯格說:“我們認(rèn)為這是我們推動(dòng)開放源碼環(huán)境推動(dòng)該領(lǐng)域向前發(fā)展的眾多技術(shù)中的第一種。 這是我們真正相信的。”
除了創(chuàng)新的LVE之外,其他幾個(gè)3D打印部件也被用于將Printrbot修改為3D生物打印機(jī)。 雖然LVE有助于降低成本,但它也為用戶提供了以更高分辨率和更大規(guī)模3D打印人造人體組織的機(jī)會(huì)。 然后,這可以讓您用3D打印生物材料和流體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
費(fèi)恩伯格說:“通常情況下是一種折衷,因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)分配的材料數(shù)量較少時(shí),我們擁有更多的控制權(quán),并且可以打印高分辨率的小項(xiàng)目,但隨著系統(tǒng)變大,出現(xiàn)各種挑戰(zhàn)。 “LVE 3-D生物打印機(jī)使我們能夠在整個(gè)人類心臟范圍內(nèi)打印更大尺寸的組織支架,質(zhì)量更高?!?/span>
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