来自威斯康星大学麦迪逊分校（UW-Madison）有3D打印的血管，使心脏患者能够远程监测其血压。
研究小组的可植入管结构发出了压电脉冲，这些脉冲在患者血压变得过高或太低时发挥了提醒。利用威斯康星州团队的新压力动力设备，医务人员现在可以诊断出潜在的致命心脏病，并在早期进行干预。
“这人工血管可以产生电脉冲s based on pressure fluctuation which will be able to tell precisely the blood pressure in the vessel without using any additional power source,” said Xudong Wang, Professor at UW-Madison. “Because of its 3D geometry, the electric pulse profile will be able to tell if there is an irregular motion due to blockage inside in the very early stages.”
3D印刷血管的必要性
Vascular replacement surgery is becoming an increasingly common method of treating non-functional blood vessels. Recent studies have revealed that around 450,000 prosthetic vascular grafts are implanted each year in the U.S. alone. In order to keep up with rising demand, a new rapid production process is needed, and 3D printing offers a faster, customized alternative to conventional casting or molding techniques.
While additive manufactured blood vessels can be manufactured more quickly than existing grafts, they could still malfunction without the patient displaying any premonitory symptoms. Given that 40 to 60 percent of vascular implants fail within their first year, monitoring grafts in real-time is both essential to patient survival, and the future application of 3D printing in production.
目前，通过一系列超声或CT扫描预约来监测植入的血管，但这些成本不是很高或时间有效。检查不仅是侵入性的，而且还不足以检测并发症并防止故障为时已晚。另外，当确实发生移植物衰竭时，治疗它们是一种复杂且潜在的致命程序。与研究阿尔伯特·爱因斯坦医学院表明死亡率高达5％，应在可能的情况下避免移植修理。
铁电添加剂制造材料
麦迪逊团队旨在开发出更安全，侵入性较小的替代方案，以替代传统的血管监测技术，转向铁电材料。偏光复合材料是压力和运动传感任务的理想选择，这是由于它们的压电反应，这使它们能够由人体的运动提供动力。
先前使用动感动力技术对3D打印血管的尝试已经努力产生足够强大的电场以实现长期推迟。为了解决这个问题，麦迪逊团队利用了由35％的氯酸钠（KNN）和65％PVDF聚合物组成的复合材料来制造其血管。基于KNN的材料还具有高达400的固化温度oC, and this allows them to maintain a ferroelectric field during high temperature 3D printing.
为了使3D打印材料的DI孔保持一致，该团队应用了0.5-4 kV mm的电场-1在打印芯和打印机的底板之间。电荷和高处理温度的组合使复合材料的铁电线可以立即在挤压材料中对齐。随着印刷过程的进行，研究人员发现，迅速的极点是原位实现的，避免了完全推迟的情况。
为了证明其铁电复合材料的可打印性，该团队使用了融合沉积建模（FDM）3D打印机来生产一系列几何形状的零件。研究人员的螺旋螺旋和螺旋形零件表现出理想的压电输出，比使用钛酸钡（BTO）替代复合材料制造的压电输出要高得多。也可以自定义打印参数，以根据其未来的最终用途应用程序调整打印对象的压电。
The Wisconsin-Madison 3D printed vessels
为了创建其添加剂动脉，威斯康星州3D打印了一个偏光管，该管子由正弦晶格组成，厚度为0.2 mm。然后将生物相容性的银糊用在其内部和外侧，并将结构封闭在2mm厚的聚二甲基硅氧烷（PDMS）壳中。
在拉伸和弯曲测试中，人造动脉表现出类似组织的可伸缩性和柔韧性。3D印刷容器的拉伸模量降低为5.68 MPa，弯曲模量为10.35 MPa，具有人类动脉的强度特征。由于制造的结构仅由生物相容性成分（PVDF，KNN和PDMS）组成，因此它也表现出细胞活力，使其适合将来的植入。
该团队使用人工循环系统评估了其3D印刷静脉的血压传感能力。连接到气动注射器的执行器泵入人造动脉和从人造动脉中泵送，从而诱导内部周期性的压力变化。然后，研究人员模拟了高血压的症状，将血流率提高了40％至80％。记录了两个相邻的电压峰，表明团队添加剂动脉的压力感应能力。
根据研究人员的说法，他们的电荷FDM 3D打印技术可用于制造具有实时感测功能的各种智能生物系统。
“This is an easy, scalable technology,” concluded Wang. “Our new printable composite material allows us to make a 3D structure in one step that can show multi-functionality right out of manufacture.”
人造血管和3D打印
Scientists at a number of universities have leveraged 3D printing to create vascular networks in recent years, with the aim of improving implants and cardio care for patients.
莱斯大学scientists developed a 3D printing method which allowed them to createartificial vascular networks from powdered sugar。该团队从激光嵌入的碳水化合物粉末中产生了牺牲模板，而无需支撑结构。
来自诺丁汉大学和伦敦皇后大学，3D印刷了能够将氧化石墨烯组织到血管组织中的蛋白质。通过精确控制两个组件的混合物，科学家产生了强大的生物相容性结构。
A research team from波士顿大学工程学院开发3D打印的血管补丁这鼓励血管生长。新型制造方法可用于治疗缺血，这是一种与器官的血液供应不足有关的疾病。
研究人员的发现在其论文中详细介绍了“Multifunctional Artificial Artery from Direct 3D Printing with Built‐In Ferroelectricity and Tissue‐Matching Modulus for Real‐Time Sensing and Occlusion Monitoring，”发表在《高级功能材料杂志》上。该报告由Jun Li，Yin Long，Fan Yang，Hao Wei，Ziyi Zhan，Yizhan Wang，Jingyu Wang，Cheng Li，Corey Carlos，Yutao Dong，Yongjun Wu，Weibo Cai，Weibo Cai和Xudong Wang合着。
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特色图片显示了流过UW-Madison团队的3D印刷动脉的血液图。图像通过高级功能材料杂志。
