一項(xiàng)新的 3D 打印技術(shù)突破為包括定制植入物和心臟繃帶在內(nèi)的各種醫(yī)療應(yīng)用打開了大門?？屏_拉多大學(xué)博爾德分校的研究人員與賓夕法尼亞大學(xué)合作，開發(fā)了一種能夠生產(chǎn)堅(jiān)固且靈活的材料的 3D 打印方法，該材料能夠適應(yīng)人體特定的需求。

用于醫(yī)療用途的創(chuàng)新材料

由科羅拉多大學(xué)博爾德分校生物前沿研究所的杰森·伯迪克教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種能夠承受心臟持續(xù)跳動(dòng)、耐受關(guān)節(jié)壓力并適應(yīng)不同形狀和尺寸的材料。他們的研究結(jié)果發(fā)表在 8 月 2 日的《科學(xué)》雜志上。

“心臟和軟骨組織相似，它們自我修復(fù)的能力非常有限。一旦受損，就無(wú)法逆轉(zhuǎn)，”伯迪克說(shuō)。“通過(guò)開發(fā)新的、更具彈性的材料來(lái)增強(qiáng)修復(fù)過(guò)程，我們可以對(duì)患者產(chǎn)生重大影響。”

伯迪克實(shí)驗(yàn)室的研究助理馬特·戴維森展示了一種設(shè)計(jì)用于各種醫(yī)療應(yīng)用的 3D打印材料。

受自然啟發(fā)的創(chuàng)新

傳統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)設(shè)備通常是大批量生產(chǎn)的，缺乏個(gè)性化植入物的靈活性。3D 打印通過(guò)能夠創(chuàng)建定制形狀和結(jié)構(gòu)提供了解決方案。與傳統(tǒng)打印機(jī)不同，3D 打印機(jī)使用塑料、金屬甚至活細(xì)胞等材料逐層構(gòu)建物體。

水凝膠常用于制造隱形眼鏡，一直是人工組織和植入物的一種有前途的材料。然而，傳統(tǒng)的 3D 打印水凝膠在壓力下經(jīng)常失效，要么拉伸時(shí)斷裂，要么壓力下開裂。

伯迪克的團(tuán)隊(duì)從蠕蟲身上獲得了靈感，蠕蟲通過(guò)纏繞自己形成堅(jiān)固而靈活的“球體”。通過(guò)模仿這種長(zhǎng)分子鏈的纏繞，他們開發(fā)了一種稱為 CLEAR（連續(xù)光照氧化還原引發(fā)固化）的新打印方法。

卓越的韌性和粘附性

測(cè)試表明，用 CLEAR 打印的材料比傳統(tǒng)3D打印方法制造的材料更耐用。一位研究人員甚至用自行車碾過(guò)一個(gè)樣本，證明了它的強(qiáng)度。此外，這些材料很好地粘附在動(dòng)物組織和器官上。

“我們現(xiàn)在可以 3D 打印出足夠堅(jiān)固的粘合材料來(lái)機(jī)械支撐組織，”伯迪克實(shí)驗(yàn)室的研究助理馬特·戴維森說(shuō)。

轉(zhuǎn)變醫(yī)療護(hù)理的潛力

伯迪克設(shè)想這些材料可用于修復(fù)心臟缺陷、將再生組織的藥物直接輸送到器官、支持軟骨，甚至用無(wú)針選項(xiàng)取代傳統(tǒng)縫合線，以最大限度地減少組織損傷。

該團(tuán)隊(duì)已申請(qǐng)臨時(shí)專利，并計(jì)劃進(jìn)一步研究組織與這些新材料的相互作用。

除了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，該方法在研究和制造領(lǐng)域也具有潛在應(yīng)用，通過(guò)消除硬化零件所需的額外能量，提供了一種更環(huán)保的 3D 打印工藝。

“這是一種簡(jiǎn)單的 3D 加工方法，人們最終可以在自己的學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)中使用它來(lái)改善各種應(yīng)用材料的機(jī)械性能，”伯迪克實(shí)驗(yàn)室的研究員、賓夕法尼亞大學(xué)生物工程系博士生阿比謝克·丹德說(shuō)。