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3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2017-07-04 08:07:26  瀏覽次數(shù)：

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文章概述：生物3D打印的應(yīng)用，由于其精度高、便攜，可用于戰(zhàn)場(chǎng)上快速進(jìn)行戰(zhàn)傷創(chuàng)面的修復(fù)。我們用心肌細(xì)胞和生物材料模擬打印了動(dòng)物心臟。發(fā)現(xiàn)打印出的細(xì)胞能夠有節(jié)奏地跳動(dòng)，提示打印出的器官可以具有一定的功能。東莞創(chuàng)域手板—3D打印技術(shù)
 
一.什么是生物3D打印生物
3D打印是基于“增材制造”的原理，以特制生物“打印機(jī)”為手段，以加工活性材料包括細(xì)胞、生長(zhǎng)因子、生物材料等為主要內(nèi)容，以重建人體組織和器官為目標(biāo)的跨學(xué)科跨領(lǐng)域的新型再生醫(yī)學(xué)工程技術(shù)，它代表了目前3D打印技術(shù)的高水平之一。
 
二.生物3D打印的臨床需求和科學(xué)意義
在美國(guó)，每1.5小時(shí)就有1例病人因?yàn)榈炔坏胶线m的器官移植而死亡，每年有超過800萬例組織修復(fù)相關(guān)的手術(shù)。生物3D打印技術(shù)的目標(biāo)就是解決組織、器官短缺的問題。人體是由多種細(xì)胞和基質(zhì)材料按特定方式有機(jī)組合而成，具有高度的復(fù)雜性。組成人體的細(xì)胞有超過250種以上，僅一個(gè)腎臟就包含有20多種細(xì)胞。軟骨組織是相對(duì)較簡(jiǎn)單的組織，細(xì)胞種類較少且沒有血管、神經(jīng)支配。1994年科學(xué)家認(rèn)為組織工程技術(shù)可以解決器官再造的技術(shù)，當(dāng)時(shí)選的目標(biāo)就是制造皮膚或軟骨組織，但是至今沒有真正的成功。而生物3D打印技術(shù)可能是解決方法之一。
 
三.生物3D打印的實(shí)現(xiàn)
早期我們使用的是噴墨打印技術(shù)。噴墨打印機(jī)能夠快速地把細(xì)小的墨滴精確地打印到相應(yīng)的位置。噴墨打印機(jī)的工作原理是：噴頭里有加熱元件，將墨滴里面的水快速加熱到200℃，使水產(chǎn)生氣化，將前面的墨滴噴出去。我們將細(xì)胞混懸液灌入墨盒，成功地實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞打印。為什么200℃的高溫沒有殺死細(xì)胞？
 

 
研究發(fā)現(xiàn)，噴墨的過程非常迅速，只需要20微秒，熱量還來不及傳遞到墨滴，墨滴就已經(jīng)被噴出去了。通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，打印出的細(xì)胞可以達(dá)到95％以上存活率。細(xì)胞和基質(zhì)材料逐層打印，就可以達(dá)到3D打印的目的。噴墨打印機(jī)可以打出不同的顏色，因此我們也可以打出不同的細(xì)胞。比如打印一個(gè)類似血管的結(jié)構(gòu)，可以把內(nèi)皮細(xì)胞打印到管壁內(nèi)層，平滑肌細(xì)胞打印到管壁外層，這樣逐層打印，可以得到一個(gè)和正常結(jié)構(gòu)類似的產(chǎn)品。
 
生物3D打印的應(yīng)用，由于其精度高、便攜，可用于戰(zhàn)場(chǎng)上快速進(jìn)行戰(zhàn)傷創(chuàng)面的修復(fù)。我們用心肌細(xì)胞和生物材料模擬打印了動(dòng)物心臟。發(fā)現(xiàn)打印出的細(xì)胞能夠有節(jié)奏地跳動(dòng)，提示打印出的器官可以具有一定的功能。我們還將羊水中提取的干細(xì)胞進(jìn)行3D打印，并加入骨系分化因子，獲得了活性的骨組織。此羊水干細(xì)胞技術(shù)被美國(guó)時(shí)代雜志評(píng)為2007年世界十大醫(yī)學(xué)突破之一。我們還做了生物打印大血管、微血管的研究。
 
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