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论历史学子三维打字与印刷胶原蛋白创立协会工

2020-01-26 05:15

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论文学生格洛弗探讨了3D打印结构在生物打印中的应用,并在“ 原位聚合胶原蛋白用于3D打印组织工程支架的开发 ”中进一步概述了他的发现。格洛弗解释了胶原蛋白的优点,同时也讨论了使用它的挑战,格洛弗解释说这种天然材料一直是组织工程的最爱,为实验室的企业展示了优秀的蛋白质结构。

万家彩票平台,美国《趣味科学》网站日前报道称,英国科学家近日使用新的3D打印技术,首次打印出像人脑一样柔软的类脑组织,朝最终3D打印出功能齐备的完整大脑迈出重要一步。 以往,只有相对硬一些的材料可被3D打印出来,而大脑、肺等软组织,一般很难通过3D打印技术获得。这是因为3D打印过程涉及逐层建造物体,下层要能支撑不断增长的结构的重量,打印非常柔软的材料,容易出现底层材料崩塌问题。 此次,研究人员使用一种新型复合水凝胶(包含水溶性合成聚乙烯醇以及植物凝胶两种成分),打印出三维支架,然后用胶原蛋白包裹打印出结构,并用人类细胞进行填充,得到了类脑软组织。 新研究主要作者、伦敦帝国理工学院机械工程系研究人员谭正初(音)说:3D打印技术有望使医生利用病人自己的细胞,为其制造出定制器官,从而大幅缓解移植器官严重短缺的问题。但以前3D打印出来的生物结构,大多是骨骼或像肝脏、肾脏这样的较硬器官,大脑等软组织很难3D打印。 为解决打印软组织难这一问题,研究人员在打印过程中进行了降温处理。谭正初说:我们使用的是低温打印过程,这意味着,下层被冻住了,这使其非常稳固,新层结构可以打印在上面,不会出现底层崩塌的现象。打印完成后,我们可以让得到的物体慢慢解冻,并保持形状。 据悉,该技术目前还存在不少局限性,比如,他们仅能制造出类脑组织的小样本,而非整个大脑。此外,他们计划进一步提高目前使用的低温技术。 研究人员认为,要使用3D打印技术获得功能齐备的复杂人类器官(大脑或肺等),可能还要等数十年时间,但该技术获得的组织可帮助科学家研究大脑或肺在不同环境下(如脑外伤等)的行为。 总编辑圈点 大脑可不好仿造。它具有极其复杂的宏观和微观结构,大脑皮质覆盖着每个脑半球的大部分,大脑皮层的内部组织是白质,外部表面还有大量深浅不一的褶皱状沟回。但要深入研究人脑,必须得有一个像样的模型。大脑结构复杂,用3D打印其实是个好选择。只是该技术有天然局限,搞不定软趴趴的东西。此次的成功,是工程学上的进步,研究者终於攻克了软组织打印这一难题。但是,离构建出有实际操作意义的3D打印版大脑,还远着呢。不积跬步无以至千里,只能慢慢等待了。 相关阅读 凸感烫印出现问题?这么解决就对了王岩镔理事长在软包装论坛上的讲话我国首部《3D打印标准化白皮书》发布Dienes收获德国品牌大奖数字印刷在悄悄挤压传统印刷空间融媒体报道让古老印刷术“活”起来

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由于3D打印,助听器,牙冠和肢体假肢是一些现在可以为个体患者进行数字化设计和定制的医疗设备。然而,这些装置通常设计成替换或支撑身体的骨骼和其他刚性部分,并且通常由固体的相对非柔性材料印刷。

“人体中几乎所有组织都含有胶原蛋白,包括皮肤,肌肉,神经,脉管系统,肌腱,韧带甚至骨骼。例如,皮肤质量为80%的胶原蛋白。由于这种丰富,胶原蛋白具有极强的生物相容性和多功能性,“格洛弗说。“通过适当的机械和化学刺激,接种在胶原支架上的干细胞有可能分化出无数的细胞谱系,几乎成为人体内的任何组织。”

4月9日,记者了解到,麻省理工学院和宝马公司正在合作开发一种3D打印材料,这种材料将改变汽车的生产方式。麻省理工学院的自组装实验室创造了一种名为“液体印刷气动”的工艺。它是一个系统,将空气膨胀或缩小在一个有弹性的材料。这些设计将被3D打印出来,并通过编程,在需要的时候对空气的流失做出反应。

现在,麻省理工学院的工程师们设计了柔韧的3D打印网状材料,它们具有灵活性和韧性,可以模拟和支撑肌肉和肌腱等柔软组织。他们可以定制每个网格中复杂的结构,他们设想坚韧而有弹性的织物状材料被用作个性化的可穿戴支撑,包括脚踝或膝盖支撑,甚至可植入的设备,如疝气网,更好地匹配人的身体。

然而,使用胶原蛋白进行某些类型的组织再生可能有困难,以及其他缺点,例如从凝胶状态进展到固体所需的时间。

宝马公司希望将这项技术应用到汽车上使用空气最普遍的地方,也就是安全气囊。宝马公司的人员希望将其应用于独特的充气汽车内部和外部的某些部分。宝马品牌视觉和宝马品牌设计总监玛蒂娜·斯塔克说:“这次合作的结果表明,一种新的材料即将到来。没有必要把未来的汽车锁成任何特定的形状。室内甚至可以采用可塑、模块化的用途。”

作为演示,该团队印刷了一个柔韧的网状物,用于脚踝支架。他们调整了网状物的结构,以防止脚踝向内转

对于这个项目,格洛弗研究了基于3D胶原的支架的制造,他用各种抗炎剂如金纳米粒子和姜黄素增强了这种支架。具体而言,他使用原位聚合胶原蛋白,这是一种衍生自1型猪胶原蛋白的独特材料。在实验中,他对测试组进行了不同的后期印刷处理。有些只是处于基本的3D打印状态,其他的是没有AuNP或姜黄素或1X或2X AuNP或姜黄素的交联。在评估每个支架的稳定性然后注意其活力以及哪种类型的治疗最成功时进行表征。

目前,汽车已在安全气囊和一些座椅上使用充气。但因为充气物体需一种难以使用的薄而有弹性的材料才可正常运行,工程师们也没有尝试过任何太复杂或太激进的计划。

  • 这是造成伤害的常见原因 - 同时允许关节在其他方向上自由移动。研究人员还制作了一种膝盖支架设计,即使在弯曲时也能与膝盖保持一致。并且,他们生产了一种手套,在其顶部表面缝有三维印刷网眼,符合佩戴者的指关节,可抵抗中风后可能发生的无意识咬合。

确定可行性的任务如下:

材料看起来像是能生活、呼吸、膨胀、休眠的活性材料。与此同时,宝马公司过去十年间一直致力于未来充气车概念,其中一个概念就是想象汽车具有可变形的灵活外壳。另一设想是配置可移动的、充气性模拟仪表盘,还可以标示前方障碍物。所以说宝马的需求和MIT的研究方向有着很高的契合度。

这项工作是新的,因为它专注于支持软组织所需的机械性能和几何形状,塞巴斯蒂安帕丁森说,他是麻省理工学院的博士后研究人员。

以3D打印均匀且可重复的胶原蛋白支架

麻省理工的自组装实验室正在研发一种名为“液体打印气体动力学”的新工艺以改变此状况。打印时将液化材料挤入凝胶槽,然后固化成型。3D打印通常只能使用硬塑料,但MIT实验室能将100%硅胶打印成各种复杂的材料,通过可编程的方式来设计材料,再通过3D打印成为充气或放气的气囊。根据自组装实验室的联合主任兼创始人Skylar Tibbits “这个过程涉及到空气编程,不同于0和1的方式,这个过程发送的是不同的空气脉冲。”

帕丁森现在是剑桥大学的教师,是发表在高级功能材料杂志上的一项研究的主要作者。他的麻省理工学院合着者包括Meghan Huber,Sanha Kim,Jongwoo Lee,Sarah Grunsfeld,Ricardo Roberts,Gregory Dreifus,Christoph Meier和刘磊,以及Sun Jae机械工程教授Neville Hogan和机械工程副教授A.约翰哈特。

检查交联支架的热性质

自组装实验室的创始人Skylar Tibbits说:“它是用空气来编程的。不是0和1,而是不同的空气脉冲。”宝马工程师和麻省理工学院的研究人员进行了两年的跨学科研究和发展。Tibbits说:“我们汇集了一些最新的技术,如快速液体打印技术和来自软机器人的技术,以实现这种自适应材料结构。现在,我们可以打印复杂的充气结构与自定义驱动和可调刚度。”

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