3D打印机创造人类心脏支架

自由形式的打印技术使研究人员能够制作复杂的结构，比如这个心脏模型，这是传统的逐层3D打印所无法做到的。这种结构可以用作组织工程或设备制造的支架。新利18官方

资料来源：特拉维斯·罗斯，贝克曼研究所

水溶性、可生物降解的玻璃糖结构在生物医学工程、癌症研究和设备制造方面有多种应用。“这是一种创造形状的好方法，我们可以围绕这些形状为软材料绘制图案，或者培养细胞和组织，然后支架就会溶解，”伊利诺伊州癌症中心(Cancer Center at Illinois)的生物工程教授罗希特巴尔加瓦(Rohit Bhargava)说。“例如，一种可能的应用是在实验室中培养组织或研究肿瘤。细胞培养通常在扁平的培养皿中进行。这给了我们一些细胞的特征，但这并不是一种非常动态的方式来观察一个系统在体内是如何运作的。在身体中，有明确的形状，而形状和功能是非常密切相关的。”

在《添加剂制造》杂志上发表的一篇论文中，研究小组描述了自由形式异麦芽印刷的材料和机理。自由形式意味着当喷嘴在空间中移动时，熔化的材料变硬，留下一个坚固的结构——就像在半空中绘画一样。

这篇论文的第一作者马修·盖尔伯（Matthew Gelber）说，其他类型的糖印法以前也有过探索，但在糖燃烧或结晶方面存在问题，他最近毕业于Bhargava的小组，并获得了博士学位。

伊利诺伊研究小组发现，糖醇异麦芽可以用于印刷应用，不易燃烧或结晶。然后，他们必须制造一台打印机，该打印机将机械细节正确组合，以打印稳定的异麦芽结构——合适的温度、从喷嘴挤出的压力、喷嘴的直径和移动速度，使其打印顺畅，但随后硬化成稳定的结构。

“在材料和力学之后，第三个部分是计算机科学，”Gelber说。“你有一件你想做的东西的设计;你怎么让印刷工做呢?你怎么知道打印这些交叉的细丝的顺序，这样它就不会塌下来?”

伊利诺斯州的研究人员与位于香槟的沃尔夫勒姆研究中心的格雷格·赫斯特合作，创造了一种设计支架和绘制打印路径的算法。巴尔加瓦说，这种自由形式的结构的一个优势是，它们能够制造出截面为圆形的薄管，这是传统聚合物3d打印不可能做到的。当糖溶解时，它会留下一系列连接的圆柱形管和隧道，可以像血管一样在组织中运输营养物质，或在微流体设备中创建通道。

另一个优点是，通过稍微改变打印机参数，可以精确控制结构每个部分的机械性能。Bhargava说：“例如，我们印了一只兔子。原则上，我们可以改变兔子尾巴的机械性能，使其不同于兔子的背部，但也不同于耳朵。”。这在生物学上非常重要。在逐层印刷中，材料相同，沉积量相同，因此很难调整机械性能

巴尔加瓦的团队已经在各种微流体设备和细胞培养中使用这种支架，并正在努力开发用于支架的涂层，以控制它们溶解的速度。加法制造纸是一系列出版物的一部分基于Gelber论文工作的细节如何构建操作所需的打印机和规划算法,研究人员希望其他人可以使用他们的模型来构建打印机和探讨益寿糖结构的各种应用程序。

Bhargava说：“这台打印机是一个对生物学研究具有长期影响的工程实例。”。“这是基础工程，与材料科学和计算机科学相结合，为生物医学应用制造出有用的设备。”