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3D打印鼻子,耳朵或者关节或许很快将变为现实

导读: 无论是医药学技术,软机器人技术,药物输送系统,还是水凝胶技术领域,如今都在不断地革新。研究人员每天都在不断发现新的技术解决方法,新的混合物和化学合成方法。对于我们这些不知道水凝胶的人,这里还必须简单的科普一下:水凝胶是一种软胶质,湿滑而无生物排斥反应,由水分子组成并由聚合物包围而成的网格状结构。

  无论是医药学技术,软机器人技术,药物输送系统,还是水凝胶技术领域,如今都在不断地革新。研究人员每天都在不断发现新的技术解决方法,新的混合物和化学合成方法。对于我们这些不知道水凝胶的人,这里还必须简单的科普一下:水凝胶是一种软胶质,湿滑而无生物排斥反应,由水分子组成并由聚合物包围而成的网格状结构。在大自然中,典型的水凝胶聚合物非常脆弱而且易损,但是现在,研究人员发现了新的解决办法,因此这种状况即将改变。

  《高端材料学科技周刊》最新的研究报告中显示,研究人员已经找到了一个既能制造硬质水凝胶,同时又能保证细胞单元完好封装的方法,详情请见:《用高伸缩性坚韧水凝胶3D打印复杂的细胞化结构(3D Printing of Highly Stretchable and Tough Hydrogels into Complex, Cellularized Structures)》。
 

  这项研究有什么重大意义?

  由于这种材料质地坚硬,由此也诞生了许多新的应用领域。最重要的是,这些材料都能够被3D打印,而这意味着它们能够被用于高精密的制造领域,以点对点的方式,来打印出完美的产品。这些水凝胶能够为软机器人系统提供完美的制动器解决方案,能够输送药剂,还可以3D打印软骨。最有趣的是能够使用这些材料来3D打印鼻子和耳朵的软骨,这样可以用来替代一些受损的软骨,从而推进了医疗领域的发展。

  这些水凝胶的性质与人类软骨有很高的相似度,甚至有些性能更胜于真实的人类软骨。例如,它们能够被3D打印成各种形状,比如金字塔型,基因组型,多层网格型,空心立方体,或者其他更多模型。同样,它们也能够被打印成人类鼻子或耳朵,或者人类身体其他关节部位的软骨。一个3D打印的水凝胶金字塔能够被压缩几乎百分之九十九,然而当你放手后,它将会快速恢复原状。同时,这种材料由于粘度大,所以能够使用3D打印机很容易的将其打印成各种形状,并能够被拉伸成本体的五倍大小。水凝胶的质地也是比传统的人类软骨坚硬,故此,作为一个替代品,水凝胶能够轻松应对日常生活中的磨损和碰撞。

  除了‘3D可打印性’之外,过去的水凝胶如果想要像现在那样质地坚硬而富有弹性,就必须使用一些带有刺激性气味的化学物质来固化其结构。这意味着想要压缩内部的活性的细胞结构单元实际上是不可能的,因为如果这样,这些化学物质将会很快令这些细胞结构单元失去活性从而死亡。

  新型的水凝胶能够充满细胞单元,比如完好无损的干细胞,而且水凝胶潜在的医学应用还有很多,在未来的几年,我们将有希望能够看到应用成果。

  如上图中,第一种混合的聚合物若作为3D打印材料,能够富有良好的弹性,然而另一种聚合物在变形的情况下虽会耗散能量但却并不会像过去那种脆弱的水凝胶那样容易破裂。这两种水凝胶聚合物,加入了无排斥反应的“纳米粘土”,以便于研究人员和科学家们能够修改其粘度大小,以便于能够让水凝胶精准地从3D打印喷嘴中流出。

  目前研究人员正在不断优化用水凝胶来3D打印实物的方法。目前所使用的3D打印机精度可以达到500微米,但是随着进一步的研究,精度也会适当的提高一些。

  这个趋势,难道我们真能看到3D打印的软骨来代替人类软骨?或许整形外科医生可以使用这项技术来为爱美的人们创造新鼻子和新耳朵?看上去是如此,如果一切发展都如预期一样,或许这将变为现实。

 

责任编辑:Xad
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