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3D打印原理图 3D打印技术应用领域有哪些? 3d打印机怎么用

如何利用3D打印技术制造心脏

2016-01-11 16:20 来源:网络 编辑:3D知道网 人气: 评论(0

卡耐基梅隆的科学家们正在研发一种前沿的科技,能够在有一天解决心脏移植——这项被用来修复损伤器官的3D打印技术,如今正面临的移植器官短缺的困境。那么,他是如何利用3D打印技术制造心脏的呢?

如何利用3D打印技术制造心脏

“我们已经能够提取冠状动脉的MRI图像,得到3D影像式的心脏胚胎雏形,并且以前所未有达到的分辨率,使用质地非常柔软的材料如胶原、藻朊酸盐、生化纤维蛋白,对它们进行3D生物打印。”Adam Feinberg说道,他是卡耐基梅隆大学材料工程学、生物医学工程领域的一名副教授。

带领着再生生物材料与治疗工作团队,并且团队的研究近日在科学进展日报的一篇公开论文上被发表。

“所遭遇到的困难在于这些质地柔软的材料当3D打印暴露于外界环境中时很容易崩溃损毁,”Feignberg解释道,“所以我们研发了一种方法,通过在一种支持型的bath material材料中对于这些脆弱柔软的材料进行打印。更为重要的是,我们在另一块胶体中打印现在的这块胶体,这使得我们能够在材料被一层一层打印时精确地找到它们的位置。”

FRESH方法的创造

如何利用3D打印技术制造心脏

依靠着这项FRESH(Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels)技术,在完成打印之后,支撑用的胶体材料可以被很容易的升到人体温度溶解然后去除,这也不会对脆弱的生物分子或打印出的存活细胞造成任何伤害。

如何利用3D打印技术制造心脏

作为下一步,团队正在努力把这些心脏细胞合并到3D打印的组织结构当中,提供一个支架结构来协助组成可收缩舒张的肌肉组织。

可行的生物打印机

大部分的3D生物打印机花费都在100,000美金以上并且要求专业人士进行操作,限制了它的广泛应用。而Feinberg的团队,已经能够将他们的技术实现应用于一系列消费者水平的3D打印机之上,这意味着花费少于1000美金并且可以使用开源的软件硬件来进行打印。

“不只是它的造价低廉,同时通过使用开源软件,我们能够很好地调整打印参数,优化我们的工作进程,同时将打印品的质量优质度达到最大化。”Feinberg说。

如今有超过4000名美国人正在心脏移植手术的等待名单上。对于无法再用的心脏,这些病人毫无选择,心脏组织,不像人体其他的部分,不能够在受到损伤之后自行修复。

如何利用3D打印技术制造心脏

我们证明了运用软蛋白质和多糖水凝胶进行复杂度生物组织的3D打印,之后再进行累积制造,这在传统方法看来是一种非常具有挑战性,甚至是不可能实现的技术手段。这些结构组织被包裹在被打印的凝胶之中来构建,这些凝胶又处于被一种临时而具有生物兼容支持的第二块凝胶保护了起来。这种过程,术语称之为FRESH,使得3D打印灵活系数<500kpa,包含藻酸盐,胶原蛋白、纤维蛋白的含水材料成为了显示。计算机协助进行的3D光学建模设计,计算机断层扫描,还有磁共振图像资料能够在~200μm 分辨率下呗3D打印出来,同时由于开源软件和硬件工具的使用,它花费的代价也比较低。基于腿骨、冠状动脉、以及心脏和人类大脑的概念验证是比较可靠的,同时重新塑造了复杂的3D内在与外在的解剖结构。

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