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最新大盘点: 3D打印生物医疗迎来空前发展!

2015-09-10 08:47
来源: 3D打印网

  3D打印自打入世以来,工业制造和生物医疗领域应用一直备受关注,这两大领域几乎占据了整个增材制造产业约四分之三的比例。或许生物医疗领域方面的发展并不如工业制造那么迅速,但其取得的种种突破也是振奋人心的:从3D打印移植假体到高精度器官模型,3D打印药物到3D打印活性细胞,3D打印皮肤,还有近期的全球首款桌面级生物打印机和3D打印毛细血管技术。这些可人的成就相信让所有时刻关注3D打印发展的人们瞠目结舌,难以置信!但事实上,3D打印就是如此,不管你信不信,它就在那,就是如此强大!下面,我们一起来看看近期3D打印在生物医疗领域都有哪些新进展:

  3D打印开辟未来生物制造

  说出来你或许不相信,现在已经有了一种全新的职业叫做"生物制造师"。 他的工作就是将原材料、机电一体化和生物学技术技能糅合于临床科学,如果你需要一个新的身体部件,生物制造师的作用就是去为你建造它,虽然这个概念很新,但技术也是开创性的。

  虽然这种职业目前在国内还没有听说过,但在美国已经起飞。2012年《福布斯》把生物医学工程(相当生物于制造者)评为15个最有价值大学专业列表的首位。第二年,CNN和payscale.com称之为"美国最好的工作"。

  未来的生物制造技术,主要就由生物制造师来主导。除了日常的学术研究外,生物制造师们对于医疗设备公司设计新产品和疗法也是无价的。那些有创业火花的工程师们会寻求拆分创建自己的公司。传统制造业商业模式将不再适用。随着3D打印技术发展,为了特定临床应用我们需要专门的打印系统。用在软骨再生手术的打印机将会专门为手头任务而设计,只有关键变量构建到健壮和可靠的机器里。训练有素的个人也会在公共服务领域、理想情况下在监管机构或社区参与中找到用武之地。

  为了明天的这个工作,我们必须今天就开始训练,新的机遇正在浮现。我们必须跨越减缓这种进步的传统学科界限,我们必须与传统制造商界建立关系,在他们的技能之上可以构建下一代行业。

  3D打印微型鱼  血液清理的良药

  今年3月份,有媒体曾经报道了英国科学家在使用3D打印技术开发微型机器人方面获得的进展,他们成功地3D打印出了微米级机器人--微游泳者(microswimmer),这种微型机器人能够在人体内运动,甚至可以携带"货物"。无独有偶,近日,美国加州大学的研究人员也开发出了一种3D打印的智能微机器人--微型鱼(microfish)。研究人员称,这种"微型鱼"可以被注射到血液中执行复杂的特定医疗任务,比如作为传感器、解毒、定向给药等等。

  这些迷人的微型鱼堪称生物医学的一次革命。它们本质上是一种复杂的、略呈鱼形,能够在液体中高效游泳的机器人。这些微型鱼主要通过过氧化氢化学供电,也可以通过磁性控制。

  它们即能够混入你的体液中进行毒素清理工作,又能够携带一些药物在你体内定向释放,以达到精准治疗的目的。相信当这种技术真正面世之后,人类的医学能够真正达到登峰造极的地步。

  器官构造奠基石:3D打印毛细血管

  ArtiVasc 3D是由欧盟支持的一个研究项目,该项目的目的就是要推出一种微型和纳米级制造技术,以打造出带血管的人造组织。这意味着使用营养物质与具有新陈代谢能力的组织和通过ArtiVasc 3D的技术制造的"生物人造带血管皮肤"一起有可能成为首个能够创建出替代组织供人类使用的系统。

  该项目中,有一支由生物材料开发、血管生成、组织工程、细胞-基质相互作用和快速制造等领域专家组成的多学科研究团队正共同工作,通过完全自动化、标准化的制造方法来创建出可以用作移植材料的组织,该组织可以用于人类的创伤治疗。该研究团队还表示,他们正在开发的组织相当于一种体外皮肤,非常适合用于化妆品、药品和化学物质行业的检测。

  在弗劳恩霍夫激光技术研究所(ILT)的领导下,该研发团队已经开发出了一种3D打印工艺,可以用于制造人造血管。而这一成果使得该团队找到了一种培养全层皮肤模型的方法--这种方法可以获得更大的层厚度。他们已经将喷墨技术与光固化技术结合了起来。通过这些方法,他们已经以很高的分辨率构建出一种多孔的毛细血管,其层厚度仅有20微米。同时,利用数学模拟,他们还开发出了构建这些分支结构所需要的数据。这意味着该结构将可实现血液的均匀供应。

  ArtiVasc 3D团队表示,这个项目将为未来3D组织工程学更加大胆的壮举奠定基础,比如更大的组织结构、甚至是整个器官的构造,这将为未来实现活性器官3D打印成为可能。

  3D打印可降解环保聚合物支架将诞生

  阿克伦大学的高分子科学和生物医学工程教授Matthew Becker已获得来自美国自然科学基金390000美元的资助,用于开发3D打印可生物降解的聚合物支架。这些支架作为框架,骨骼会在其中生长,并可能改变颅面复原后的面貌。

  高分子材料表面使用蛋白质和肽进行功能化处理,来刺激骨生长。想象到被枪打碎下巴的步兵或者生下来就缺少鼻子的人,他们缺失的骨头将被新骨取代,新骨只在3D打印专门设计的聚合物支架上生长,根据患者自身的MRI和CT扫描图像。新骨生长于3D打印定制设计的聚合物支架,基于病人的MRI和CT扫描图像。当一位整形外科医生把聚合物支架放在皮肤下面,随着新骨开始生长,支架被分解为二氧化碳,氨基酸和正常的身体代谢产物。这将非常有效的促进病人的骨骼进行良好的生长复原。

  Becker还预测这项研究将为临床实验技术铺平道路。他对这项研究的优秀成果充满信心,例如,机械强化替代骨,可缩短的愈合时间并减少炎症。他说:"具有不完整脸颊的受伤士兵和其他幸存者,将来要度过非常艰难的生活。我们正在开发的是一个易于制作和应用的突破性医疗解决方法,有潜力去改变他们的人生,而在以前他们没有这样的选择。"

  桌面级生物3D打印机引爆全球

  要说近来最令人热血沸腾的新闻就属"桌面级生物3D打印机"的面世了。生物3D打印,虽然曾经想象过在未来的某一天能够实现桌面级,但没有想过来的这么快。

  据了解,其3D生物打印机BioBot 1于9月8日至-11日在波士顿召开的2015 TERMIS世界大会上正式亮相。尽管这款产品还没有真正的上市,但在过去的9个月时间里,他们开发的桌面型3D生物打印机在世界各地的生物、医学实验室里接受了激烈的beta测试。

  实际上在此之前,BioBots公司的这款生物打印机就已经声名远播,这主要归功于那些参与进行beta测试的科研机构的名气。这些机构包括来自斯坦福大学、宾州大学、麻省理工学院,和德雷克塞尔大学等的实验室,这些实验室的研究人员一直在使用BioBot 1,并基于活细胞来制造骨、肝和脑组织等。

  事实上BioBot 1不仅仅是一台3D打印机,它是一个系统。而根据那些实际参与生物打印的科学家们称,这个系统提供了他们所需要的东西。为了简化和规范整个过程,BioBots开发出了装有预先制备生物油墨的完整墨盒套件,该套件可以直接整合活细胞,省去了研究人员很多功夫。当然,用户也可以开发和使用他们自己的生物油墨,因为该公司已经使用BioBot 1测试了许多不同的配方。另外值得一提的是,BioBot 1使用了一种安全的可见光来固化生物材料,因为显而易见,生物材料更加脆弱,而且需要进行特殊处理以保护细胞。

  这款BioBot 1使研究人员能够根据这种固化机制可靠地创建打印组织,同时它的加热双挤出机能够使细胞保持与正常人体一样的温度。而且在打印过程中也可以固化热塑性支撑,这使得它拥有更大的自由度,而且能够更为灵活的选择材。用户可以根据其速度、多样性和复杂性要求把几种材料放入同样的样品中。

  据了解,3D生物打印机BioBot 1将于2015年9月8日正式启动销售,售价为1万美元/台。

  结语:以上便为近期一些颇有震撼力的生物医疗3D打印技术进展情况,相信大家已经被生物打印技术彻底给震撼住了吧!据相关预测,3D生物打印和医疗打印的市场在近几年将会持续暴涨,一方面是由于生物技术的飞速发展,许多学者和科学家们也逐渐看到了3D打印技术的可结合性,从而让整个产业破茧而出;另一方面,是由于前期的一些高科技公司将这项技术在生物医疗产业进行了大范围的拓宽,并拥有了许多技术积累,取得了不小的成就,这让众多的企业和个人看到了该领域的巨大潜在市场。

 

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