《Science》正刊：光固化3D打印“心臟創(chuàng)可貼”問(wèn)世，可修復(fù)受損心臟

2024年8月3日，南極熊獲悉，來(lái)自科羅拉多大學(xué)博爾德分校 (CU Boulder) 和賓夕法尼亞大學(xué)的研究小組率先開發(fā)出一種 3D 打印水凝膠材料工藝，這種材料既有彈性，又有粘性，而且有回彈性，可用于打印內(nèi)部繃帶以修復(fù)受損的心臟組織、軟骨補(bǔ)片或無(wú)針縫合線。

這項(xiàng)研究最近以題為“Additive manufacturing of highlyentangled polymer networks/高度交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)的增材制造”的論文發(fā)表在《科學(xué)》頂級(jí)期刊上。

相關(guān)論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn6925

這篇研究論文的資深作者、科羅拉多大學(xué)博爾德分�；瘜W(xué)與生物工程學(xué)教授 JasonBurdick 談到這項(xiàng)研究時(shí)說(shuō)：“心臟和軟骨組織相似，它們的自我修復(fù)能力非常有限。一旦受損，就無(wú)法挽回。通過(guò)開發(fā)新的、更有彈性的材料來(lái)增強(qiáng)修復(fù)過(guò)程，我們可以對(duì)患者產(chǎn)生重大影響。”

有趣的是，這個(gè)創(chuàng)新項(xiàng)目的靈感來(lái)自一個(gè)有點(diǎn)出乎意料的地方：蠕蟲，它們的身體可以結(jié)合在一起，變成一個(gè)既具有固體又具有液體性質(zhì)的纏繞團(tuán)塊。在科學(xué)界，這被稱為“蠕蟲團(tuán)”。這一概念通過(guò)在 3D 打印材料中集成相互纏繞的分子鏈或交聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

△圖片來(lái)源：科羅拉多大學(xué)博爾德分校

這種彈性創(chuàng)可貼狀材料的制作得益于研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一種特殊 3D 打印工藝。該工藝稱為 CLEAR（通過(guò)氧化還原引發(fā)輔助的光照后連續(xù)固化），實(shí)際上可以控制打印過(guò)程中材料分子的交聯(lián)。這是通過(guò)結(jié)合使用“明暗聚合”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。正如研究人員所寫：“這種可推廣的方法在室溫下即可實(shí)現(xiàn)高單體轉(zhuǎn)化率，無(wú)需額外的刺激，例如打印后的光線或熱量，并且能夠通過(guò)增材制造生產(chǎn)高度糾纏的水凝膠和彈性體，與傳統(tǒng)的 DLP 相比，其延伸能量高出四到七倍。”

研究人員已為這項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)了臨時(shí)專利，它不僅成功打印出比標(biāo)準(zhǔn) DLP 機(jī)器打印的部件更柔韌、更堅(jiān)韌的材料，而且還具有粘性，可以粘在組織上。Burdick 實(shí)驗(yàn)室的研究員 Matt Davidson 表示，這種能力尚屬首次：“我們現(xiàn)在可以 3D 打印出強(qiáng)度足以支撐組織的粘合材料。我們以前從未做到這一點(diǎn)�！�

△ CLEAR技術(shù)打印的多種彈性形狀

研究的下一步將是研究這些 3D 打印材料如何與有機(jī)組織相互作用，研究人員希望將來(lái)他們的創(chuàng)新解決方案將用于幫助治療患有心臟缺陷的患者，通過(guò)將藥物直接輸送到器官或軟骨來(lái)支持組織再生等。

這種 3D 打印工藝的應(yīng)用還可用于其他領(lǐng)域，如研發(fā)和制造。據(jù)科羅拉多大學(xué)博爾德分校團(tuán)隊(duì)稱，其他研究團(tuán)隊(duì)和工業(yè)終端用戶會(huì)對(duì) CLEAR 工藝感興趣，因?yàn)樗�不需要額外的能量來(lái)固化部件。第一作者 AbhishekDhand （Burdick 實(shí)驗(yàn)室的研究員和賓夕法尼亞大學(xué)的博士生）解釋說(shuō)：“這是一種簡(jiǎn)單的 3D 處理方法，人們最終可以在自己的學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室以及工業(yè)中使用它來(lái)改善材料的機(jī)械性能，以用于各種應(yīng)用。它解決了 3D 打印的一個(gè)大問(wèn)題�！�