新的3D打印技术可以快速启动创建人体内的微型医疗器械

美国NIST的研究人员发展了一种新的3D打印技术,打印凝胶和其他的软体材料。该论文发表在著名的期刊《ACS Nano》上,这一技术具有创建纳米尺度精度的复杂结构的潜在应用背景。由于许多凝胶都同活体细胞是兼容的,该新的打印技术可以快速启动创建微型医疗器械产品,如药物输送系统或柔性电极,用来插入人体中。

新的3D打印技术可以快速启动创建人体内的微型医疗器械
凝胶敷料(绿色管)潜在的生物相容界面表明 凝胶敷料(绿色管)可以利用电子或X射线进行打印
△图解:作为人工突触或者接合点,连接神经元(棕色) 到电极(黄色)

来自美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST,直属美国商务部)的研究人员发展了一种新的3D打印技术,打印凝胶和其他的软体材料。该论文发表在著名的期刊《ACS Nano》上,这一技术具有创建纳米尺度精度的复杂结构的潜在应用背景。由于许多凝胶都同活体细胞是兼容的,该新的打印技术可以快速启动创建微型医疗器械产品,如药物输送系统或柔性电极,用来插入人体中。

采用3D打印制造技术来制造采用凝胶所构成的目标产品,有点像一个精致的烹调工艺。在标准的3D打印工艺中,3D打印的腔体内填充着长链聚合物,这是一种分子键合在一起的一组分子,容易溶解于水中。这一工艺过程中添加的调料(香料)是一种特殊的对光极度敏感的分子。当光从3D打印设备中发射出来照射到这些香料中的时候,光就会激活这些特殊的分子,从而导致这些聚合物的分子缝合在一起,于是就形成了蓬松网状结构。这一骨架,仍然被液态的水所包围,就是凝胶了。

比较典型的,现代3D打印技术打印凝胶的设计常常使用的是紫外光或者是可见光波段的激光来使得凝胶的骨架形成初始的形状。然而,Kolmakov及其合作者则将目光聚焦于一种不同的3D打印技术来制造凝胶,他们采用的是电子或者X射线来进行打印。由于电子或X射线在发射的时候,同紫外光和可见光波段的激光相比较,具有高能量的特性,或者具有短波长的特性,这类能量源可以更加聚焦,从而可以制造出的凝胶具有更加精细的结构。这一精细的结构对于组织工程来说确实是非常需要的,并且许多其他医疗和生物学应用的场景也需要。电子和X射线还有一个优点就是,他们不需要在打印物质中放置特殊分子结构的物质来形成凝胶的初始形态,激光或紫外光需要在打印材料中添加光敏数值。

但现在,这一能量源,电子或者X射线,能量更为聚焦,波长比较短,扫描电镜和X射线显微镜,可以在真空中进行操作。问题就是由于是真空,液体在真空室内就会蒸发,从而形成凝胶。

NIST的Kolmakov及其合作者以及位于意大利的特里亚斯特同步加速器电子 实验室的人员,解决了这一困境并展示了3D打印在液体中打印凝胶的过程,他们是在液体中放置一个超细的障碍层——一个薄片的碳化硅,将其放置在真空室和液体室之间。这一薄片保护液体不受蒸发,同它在真空室内操作的一样,但可以允许X射线和电子穿透进入液体。这一方法使得研究团队可以使用3D打印技术来创建具有精细结构(尺寸可以精细到100nm)的凝胶,100nm是个什么概念,比人的头发丝的千分之一还要小。通过这一精细的打印技术,研究人员期望可以打印精细到50nm尺寸的凝胶,这一尺寸刚好同小的病毒差不多。

在将来,采用这一技术还可以打印柔性的可注射电极来监测大脑的活动、病毒检测用生物传感器 、软微型机器人以及可以同活体细胞进行模仿和互动 的结构、提供活体生长的中介等

我们同时相信,新的技术,如电子束和X射线技术在液体中的操控进行3D打印软体材料将成为可能。 [江苏激光产业技术创新战略联盟]

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