完美貼合身體的3D打印醫(yī)療植入物即將上市
生物打印新的器官和組織可以使所有人都可以獲得移植物,但仍然需要幾十年的時(shí)間。與此同時(shí),科學(xué)家們已經(jīng)將該技術(shù)重新用于3D打印生物相容性高精度硅膠植入物。
諸如生物材料或硅樹脂之類的軟材料難以進(jìn)行3D打印,因?yàn)樗鼈儾荒芟?D打印機(jī)通常使用的更硬的塑料那樣支撐自身。2015年,佛羅里達(dá)大學(xué)的Tommy Angelini實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種3D打印軟材料的新方法,將它們注入類似于洗手液的粒狀凝膠中,該洗手液在沉積時(shí)支撐它們。
這允許他們使用水凝膠,硅樹脂和其他聚合物印刷各種形狀,包括允許外科醫(yī)生在進(jìn)行手術(shù)之前進(jìn)行實(shí)踐的器官復(fù)制品。他們還設(shè)法使用這種方法印刷活細(xì)胞,這表明它也有生物打印的希望。
但是,盡管近年來在生物打印方面取得了重大進(jìn)展,但距離實(shí)際醫(yī)療用途還有幾十年的時(shí)間。科技分析師IDTechEx預(yù)測(cè),到2027年,全球3D生物打印市場(chǎng)將價(jià)值18億美元,但這一增長(zhǎng)將取決于藥物篩選,化妝品和其他消費(fèi)品的測(cè)試和開發(fā)等應(yīng)用。
相比之下,硅膠已經(jīng)廣泛用于醫(yī)療植入物,包括用于排出體液的管,導(dǎo)管,起搏器和為氣道設(shè)計(jì)的支架。能夠3D打印這些設(shè)備可以使高度定制的植入物更便宜和更快地生產(chǎn)。
但是,兩年前Angelini及其同事設(shè)計(jì)的方法能夠用有機(jī)硅印刷,但其精度和強(qiáng)度有限。這是因?yàn)轭w粒狀凝膠材料是水基的,因此與油性硅氧烷油墨不相容。
現(xiàn)在,該集團(tuán)已經(jīng)開發(fā)出新的油性凝膠,使其能夠以超高精度3D打印硅膠結(jié)構(gòu),同時(shí)也非常耐用。這使他們能夠創(chuàng)建3D支架,中空血管網(wǎng)絡(luò),功能性流體泵甚至模型氣管植入物。
“現(xiàn)實(shí)情況是,我們可能需要幾十年才能將3D打印組織和器官廣泛植入患者體內(nèi),”Angelini在一份新聞稿中說道。
“相比之下,無生命醫(yī)療設(shè)備已廣泛用于植入。與長(zhǎng)期等待不同,我們已經(jīng)開始開發(fā)其他3D生物打印技術(shù),有機(jī)硅設(shè)備可以在沒有技術(shù)限制延遲的情況下得到廣泛使用。“
研究人員表示,新方法將3D打印有機(jī)硅組件的最小特征尺寸降低了一到兩個(gè)數(shù)量級(jí),開辟了許多新的可能性。
該小組展示了堅(jiān)固的管子,其壁厚僅為450微米,能夠打印出更精細(xì)的結(jié)構(gòu),但凝膠的粘度使得不可能在不損壞它們的情況下去除精密部件。
他們還展示了建造一個(gè)水泵的能力,該水泵在兩個(gè)腔室內(nèi)使用兩個(gè)自由浮球,作為一系列閥門,一步打印。這種通過在其周圍3D打印腔室來封裝物體的能力也可以應(yīng)用于創(chuàng)建藥物釋放裝置。
能夠使用像硅樹脂這樣的生物相容材料以如此精確的方式進(jìn)行打印,不僅可以使當(dāng)前的醫(yī)用植入物更堅(jiān)固,更便宜,更靈活,更具可定制性,還可以構(gòu)建具有復(fù)雜的閥門和管道網(wǎng)絡(luò)的更復(fù)雜的設(shè)備。印刷材料泵送液體并形成薄壁但堅(jiān)固的管子的能力表明它也可以為從氣道到消化道的各種物品創(chuàng)造假肢。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,Angelini的團(tuán)隊(duì)仍然專注于生物打印,但在此期間,這可能是一個(gè)有用的權(quán)宜之計(jì)。
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