3D生物打印機打造人體生物組織
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生物打印是利用3D打印技術用生物材料制造組織。它主要可用來制造用于研究和體外藥物測試的人體組織。當用于制作植入患者體內的身體部位時，必須首先用臺式生物打印機打印該部位，然后通常需要進行大型開放式手術。這其中的可能需要承擔除了感染風險和長時間的恢復外，還可能引發打印部位與所連接的內部目標組織之間不匹配，以及由污染和處理引起的問題等。為了克服這些挑戰，澳大利亞新南威爾士大學悉尼分校的研究人員開發了一種微型軟機械臂和柔性打印頭，并將其集成到一個長管狀導管中，該導管構成了柔性打印機主體，而機械臂和打印頭都有三個自由度。新南威爾士大學生物醫學工程研究生院高級講師Thanh Nho Do和他的博士生Mai Thanh Thai領導了該研究團隊。Thanh Nho Do表示：“我們的柔性3D生物打印機F3DB可以通過微創方法將生物材料直接輸送到目標組織或器官上。”Do補充道，F3DB不僅有可能直接重建身體受損部位，它“還可以用作一種一體式內窺鏡手術工具，噴嘴可以起到手術刀的作用”。這將避免使用現在用于較長手術（如切除腫瘤）的不同工具進行清潔、標記和切割。Source: UNSW Sydney，YOUTU.BE盡管在過去的十年里，人們對原位生物打印進行了研究，但賓夕法尼亞州立大學工程科學和力學教授Ibrahim Ozbolat在評論2月份發表在《高級科學》上的研究細節時表示，“由于各種困難，對內臟的生物打印受到了限制”。“這種移動一體式內窺鏡生物打印設備是新穎的，”他說，并可以“通過允許實時觀察，完成手術切口和在內臟上進行生物打印來推進現有技術的發展。”該裝置的直徑與內窺鏡的直徑相似（約11至13毫米），小到可以通過口腔或肛門插入體內。軟機械臂由三個軟織物波紋管致動器致動，該致動器由液壓系統調節，該液壓系統由直流電機驅動的注射器組成，該注射器將水泵送到致動器。柔性打印頭由柔軟的液壓人工肌肉組成，使打印噴嘴能夠像傳統的臺式3D打印機一樣向三個方向移動。總體控制是通過主從式設置進行的，該設置使用商用觸覺系統來傳輸主機的手部運動。到達目標后，手臂和打印頭由基于反向運動學的自動算法控制，反向運動學是一個數學過程，用于確定將生物材料輸送到內部器官或組織表面所需的運動。打印由一個附帶的柔性微型攝像頭監控。為了測試該設備，研究人員首先在實驗室中使用液體硅樹脂和巧克力等各種非生物材料打印不同的多層3D圖案。在進一步的實驗中，他們用非生物材料在豬腎表面打印出各種形狀。后來，研究人員在人造結腸內的玻璃表面上原位印刷了活體生物材料。Do說：“我們看到細胞每天都在生長，在實驗的最后一天，即第七天，細胞數量增加了四倍。”為了測試該設備作為內窺鏡手術的通用工具，研究人員執行了各種功能，如清洗、標記和解剖豬的腸道。Do說：“研究結果表明，F3DB有很大的潛力被開發成一種用于內窺鏡黏膜下剝離手術的一體化內窺鏡工具。”還需要進一步的改進，包括在控制打印的運動學模型中包含更多的參數，以及添加更多的相機來更好地監控打印。Do說：“然后我們將開始在動物身上測試該設備，最終在人類身上測試。我們希望在未來五到七年內看到該設備在醫院投入使用。”Ozbolat對此表示贊同：“但它的安全性需要首先得到驗證，并進行其他改進。” 他指出，3D內窺鏡機械臂已經在臨床上使用，因此，只要該設備的可行性和安全性得到證明，“商業化只是時間問題”。IEEE Spectrum
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