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独特的基于花粉的3D打印材料显示了生物医学的潜力

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研究人员南洋科技大学(NTU)开发了一款向日葵提取的3D生物印刷墨水,可以产生新一代的生物医学设备。

与普通的可延展生物油墨不同,可以调整团队的花粉的创建以赋予它更大的刚性,因此它能够将3D打印成结构,而不会在层之间丢失其完整性。已经使用墨水来生产组织再生细胞支架,科学家现在认为它在组织工程中具有显着潜力,毒性测试和药物递送应用。

“Bioplinting可能具有挑战性,因为所用油墨的材料通常过于柔软,这意味着在印刷期间设想产品的结构可能会崩溃,”该研究的共同领导作者Cho Nam-Joon解释说明。“通过调整向日葵花粉的机械性能,我们开发了一种基于花粉的混合墨水,可用于打印具有良好结构完整性的结构。”

“鉴于有许多类型的花粉种类,花粉微凝胶悬浮液可能被用来创造一类新的环保3D印刷材料。”

研究人员基于花粉的打印方法示意图。
图为研究人员基于花粉的3D打印方法。通过高级功能材料杂志的图像。

Befing-up Bioplinted水凝胶

由于其固有能力掺入活细胞,直接墨水写入(DIW)3D印刷已成为创建纸巾支架等生物医学设备的越来越流行的方法。同样地,水凝胶通常在DIW内使用,因为它们是可定制的,它们促进了细胞附着,并且它们能够精确地模拟生物组织。

然而,根据NTU的研究人员,水凝胶的特征还具有低机械稳定性和生物入心的特征,需要创建“杂交”墨水“提供不可通过任何单个水凝胶无法实现的功能和性能。”

在过去,一些科学家们发现将纳米纤维或纳米血小板集成到水凝胶生物油墨中凝固它们,并阻止它们堵塞打印机的喷嘴。其他人已经开发了由水凝胶,细胞和橡胶组成的支撑矩阵,这有助于在完全固化之前保持印刷结构,同时由于其可重复使用的成分而提供增强的稳定性和可持续性。

从后者获得灵感,南洋理工大学的团队因此创造了一种由可再生花粉颗粒制成的微凝胶悬浮液。考虑到其统一的大小,以及可调谐和一致的流变行为,科学家们说,花粉可以产生理想的支持基质,而且它的刺激响应特性使其具有潜在的药物传递能力。

研究人员的藻酸盐加载的测试结构之一。
研究人员设计了两个不同的墨水:一个用于电池装载的设备,另一个用于生物医学支持。通过高级功能材料杂志的图像。

基于花粉的生物医学设备

为了创造新的生物墨水,研究人员首先使用了一种类似于肥皂制作的方法,将向日葵花粉转化为微凝胶悬浮液。然后将其与海藻酸盐、橡胶和透明质酸混合,产生一种由花粉颗粒组成的混合物,花粉颗粒的外层比正常情况下更柔软,这样它们就可以被压缩到打印机的喷嘴中而不会被堵塞。

事实上,在早期的测试中,科学家们发现他们能够在不堵塞3D打印机的情况下,用任意给定体积的花粉挤压生物墨水。在通过生产多层微结构证明了他们的材料的初始可行性之后,该团队接着制造了染料负载支架,以评估其给药潜力。

有趣的是,在这些实验期间释放的染料量随时间而变化,因此由于花粉的刺激反应性,可以根据患者特异性剂量调整生物油墨以释放药物。鉴于花粉也是生物相容性的,研究人员也能够用细胞装载其支架,产生具有94%的细胞活力的五层结构。

科学家的花粉3D印刷的“肘部网”。
科学家们用3D技术将他们的墨水打印到一个“肘网格”设备中,该设备具有“良好的结构保真度”。通过高级功能材料杂志的图像。

最后,该团队增加了油墨中的橡胶和海藻酸盐含量,以测试其生产更传统的生物医学设备的能力,比如支架。在实践中,这意味着要创造一个“硅橡胶网状圆顶”设备,科学家们说,得益于它的花粉基,该设备“表现出了良好的结构保真度”和“更高的打印分辨率”。

前进,研究人员打算通过提高多个热循环后的可回收性来进一步优化它们的暂停,但它们已经将其视为一种可行的方式来避免在3D打印时打印干扰,并赋予其刺激响应行为,他们说可能是未来生物医学应用的“丰富和实惠的起始材料”。

“我们的调查结果可以打开新的门,以定制柔性膜,完全适合人类皮肤的轮廓,如伤口敷料斑块或面部面具,”学习共同作者宋菊哈。“使用我们的墨水,这是生物相容性,柔性和低成本的,我们可以制造对人体皮肤轮廓量身定制的膜,并且能够在不破坏的情况下弯曲。”

生物启发材料的兴起

随着3D印刷行业继续寻求环保替代品的油基聚合物,科学家们越来越转向母亲的答案。葡萄牙语的研究人员威大学AVEIRO材料研究所例如,最近开发了一个基于竹子的ABS材料他们说这样可以生产“高质量的零件”。

联邦材料研究所研究与测试,科学家们已经转向昆虫,通过将白蚁拒绝转化为a独特的粘合剂喷射印刷材料。虽然原料最初显示出低水平的强度,但其设计人员将来保持这种情况,它可用于创造高度准确的金属面结构。

在其他地方,研究人员拥有自然的设计而不是她的原料,就像团队一样基尔大学他们拥有3D打印技术dragonfly-inspired的关节。与坚果科学家的生物医学测试设备一样,基尔团队是超强的,但它的设计也使其灵活且足够强大,以便最终用途应用。

研究人员的调查结果在题为“工程天然花粉颗粒作为多功能3D打印材料。“该研究由陈阳陈,钱石,Taesik Jang,穆罕默德沙鲁宾·宾伊布拉希姆,靖宇邓,盖亚Ferracci,Wen看到谭,纳姆-Joon Cho和Juha歌曲。

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特色图像显示从花的蜂收集花粉的特写镜头。图像通过Karolina Grabowska,Pexels。

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