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3D打印生物材料,以及第一个3D打印器官

  • 再造活体人体组织的能力只存在于科幻小说中,但未来能够3d打印人体器官将会给医学带来革命。
  • 制造生物材料不是一种新工艺,但3d打印人体器官是一门完全不同的科学。
  • 虽然第一个3d打印在芯片器官上的心脏可以模仿人体组织的行为,但它还没有准备好进入移植市场,需要进一步的工作。

生物材料-艺术家印象

增材制造领域的一个新趋势是生物打印(或称为3 d印制生物材料),该技术在复制皮肤、骨骼和内部器官等活组织时显示出了有希望的结果。其原理类似于通过激光、逐层和挤压的3D打印。在这一过程中使用的材料被称为生物材料,具有与活体组织相同的性能。

工程材料

与普遍的看法相反,生物材料并不是随着生物打印或克隆趋势而兴起的:它们已经存在了50多年。它们也不应该与生物材料混淆,因为它们是通过生物系统生长的。生物材料是从零开始设计的,可以与特定的生物实体相互作用,以便修复、恢复或填补缺失的部分,这与人体组织非常相似。

构建生物材料

合成生物材料依赖于各种化学过程,并在受控环境中构建。结果可以提供具有被动特性的材料,或者可以模拟活组织并与其他有机体相互作用的材料。第一个品牌已经出现一段时间了,用于牙科手术、测试、心脏瓣膜、支架和药物的制药应用。

第二个品牌是生物墨水:它们的主要特点是模仿基质环境的特性来支持有机行为,例如在自然细胞中观察到的行为。与水凝胶和聚合物网络等其他生物材料相比,它们也可以通过3D打印使用。一旦放入打印机墨盒,生物墨水与其他成分混合,在培养箱中成熟,形成基于细胞的预组织。然后,按照生物构造,这就产生了最终的三维组织样结构。

首个3D打印器官

第一个成功的3D打印器官是芯片上的心脏,它能够模仿人体组织的行为。然而,它仍然不适合人体移植,要实现实际人体器官组织的内在特性还有很长的路要走。

例如,自组装是生物组织的一个重要特征,它能让新细胞聚集起来,完成它们必须完成的功能。这种行为测序还没有实现,其中一个原因是缺乏对微/纳米尺度上功能细胞的理解。另一个缺点是细胞的生长速度:生物墨水不能达到有机物所能达到的每个细胞生长数十亿个细胞的速度。最后,生物墨水还不能精确地模仿细胞的各种行为,其中包括去除尿液和毒素,收集营养物质和与血液的相互作用。

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3D打印生物材料:科幻越来越近

虽然还有很多工作要做,但3D打印生物材料的进步正在使科幻小说更接近现实,而就在十年前,许多人还从未认为这是可能的。2016年,第一个3D打印芯片上的心脏诞生了,用于骨骼生长的支架已经用于外科手术。这两个都被认为是创新的步骤,但很快它们就会成为生物工程的支柱,到2025年,3D打印器官的期望并不不切实际。

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关于“3D打印生物材料,第一个3D打印器官”的一种思考

  1. 我见过一些新的3D打印机利用解剖器官来帮助病人。

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