3D打印糖支架可能对生物打印和微流控产生影响

众所周知，异麦芽酮糖醇是一种糖醇，用于制造润喉糖，可以减轻喉咙疼痛，并且可以帮助挽救生命。生物3D打印最困难的部分之一就是开发用于形成3D打印组织的支架，但伊利诺伊大学工程师已经发现了一种材料，可以很好地制作3D打印的支架 ，这就是糖，特别是异麦芽酮糖醇。

水溶性可生物降解的异麦芽酮糖醇可以使用称为自由形态3D打印技术进行3D打印，该技术本质上是在半空中绘制-糖随着空气的射入而变硬，从而使其能够保持其结构，而不会立即在其下面形成另一层。这使工程师能够打印精致的细丝网格，而不是固体物体。

伊利诺斯大学生物工程学教授兼癌症中心主任Rohit Bhargava说：“这是一种很好的方式来创造形状，我们可以在其周围设计柔软材料或生长细胞和组织，然后支架溶解掉。例如，一种可能的应用是在实验室中培养组织或研究肿瘤。细胞培养通常在平皿上完成。这给了我们一些细胞的特征，但它不是一个非常有活力的方式来看待一个系统在身体中的实际功能。在身体里，有明确的形状，形状和功能是非常密切相关的。”

之前，糖已经被用于3D打印，但它很容易燃烧或结晶。如同在题为“Model-guided design and characterization of a high-precision 3D printing process for carbohydrate glass”的论文中所解释的那样。研究人员构建了一台特殊的3D打印机，该打印机具有合适的温度、喷嘴压力和直径，并能够快速打印物料。

“继材料和力学之后，第三部分是计算机科学，”博士毕业生和论文的第一作者Matthew Gelber说。“你有一个你想要做的事情的设计，你如何告诉打印机制作它？你如何计算出所有这些相交的细丝的序列，以便它不会折叠？”

伊利诺斯大学的研究人员与Wolfram Research的Greg Hurst合作创建了一种设计脚手架和绘制打印路径的算法。

3D打印自由形式结构的一个优点是它们可以制造具有圆形横截面的细管，这在传统的3D打印中是不可能的。当糖溶解时，它会留下连接的圆柱形管和隧道，这些管和隧道可以像血管一样起作用，在组织中传输营养物或在微流体装置中创建通道。此外，通过对3D打印机参数进行微小改变，可以精确控制物体各部分的机械特性。

“例如，我们打印了一个兔子。原则上，我们可以改变兔子尾巴的机械特性，使其与兔子的背部不同，但与耳朵不同，”Bhargava说。“这在生物学上非常重要。在逐层打印中，您拥有相同的材料，并且沉积的量相同，因此调整机械性能非常困难。”

Bhargava和他的团队正在将糖支架用于各种微流体装置和细胞培养物，并努力为支架控制其溶解速度。最近发表的论文是基于Gelber论文工作的一系列出版物的一部分，其重点是如何构建特殊的3D打印机并创建操作它所需的算法。研究人员希望其他人可以使用他们的模型来构建打印机并探索异麦芽酮糖醇结构的不同应用。

Bhargava说：“这台打印机是一个对生物研究具有长期影响的工程实例。这是与材料科学和计算机科学结合在一起的基础工程，为生物医学应用创造了有用的设备。”