研究人员开发出可模拟生物组织的3D打印材料

生物组织经过几千年的进化,已经完美地优化了它们的特定功能。以软骨为例。它是一种柔韧的弹性组织,柔软到可以缓冲关节,并能承受我们身体的巨大负荷:这是跑步、跳跃和日常磨损的关键。现在研究人员开发出可模拟生物组织的3D打印材料

创造出真正符合生物组织特性和行为的合成替代物并不容易。但科罗拉多大学丹佛分校的科学家们,率先使用液晶弹性体(LCEs)3D打印出复杂的多孔晶格结构,创造出最终可以模仿软骨和其他生物组织的装置3D打印材料。

研究人员开发出可模拟生物组织的3D打印材料

LCEs制造革命

这种柔软的多功能材料以其弹性和非凡的高能量耗散能力而闻名。LCEs很难操作。到现在为止,大多数研究人员可以在微观结构上创建具有最小细节的大型对象或具有高细节的对象。但正如手机屏幕一样,具有高分辨率的大设备才是未来的方向。该研究团队的化学品和印刷工艺使难度降低到几乎为零。

该研究团队探索了一种称为数字光处理(DLP)的3D打印过程。该团队开发了一种蜂蜜状的LC树脂,当受到紫外线照射时,它会固化在在一系列光敏聚合物薄层中形成新键。最终固化的树脂形成了一种柔软、强韧、顺应性强的弹性体。当打印成多孔晶格结构时,类似蜂窝图案层,即开始模仿软骨。

该小组打印了几种结构,包括一朵微小而细致的莲花和一个脊椎融合器的原型,创造了最大,最细致的LCE设备。树脂和印刷工艺的结合也使其速率依赖性提高了12倍,与那些由市售光固化弹性体树脂打印的产品相比,应变能量耗散提高了27倍。

展望未来,这种结构有多种应用,比如头盔泡沫减震,甚至是脚趾的小型生物医学植入物等。

研究人员开发出可模拟生物组织的3D打印材料
具有多孔晶格结构的脊椎笼

尤其是脊柱,这充满了挑战,这是一个很难解决的问题,人们已经尝试过制作合成脊柱组织椎间盘,但他们并没有做得很好。有了3D打印,以及我们从中得到的高分辨率,你可以完全匹配一个人的解剖结构。有一天,我们也许能够培育细胞来修复脊柱,但是就目前而言,我们在下一代材料上迈出一步。

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