自適應(yīng)3D打印技術(shù)開(kāi)創(chuàng)生物體處理與冷凍保存新概念

2024年8月21日，南極熊獲悉，明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城分校的研究人員開(kāi)發(fā)了一種首創(chuàng)的自適應(yīng)3D打印系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠識(shí)別隨機(jī)分布的生物體位置，并安全地將其移動(dòng)到指定位置進(jìn)行組裝。這項(xiàng)自主技術(shù)將為研究人員在生物成像、控制論、低溫保存和生物體設(shè)備整合等領(lǐng)域節(jié)省大量時(shí)間和成本。

△這個(gè)系統(tǒng)在本質(zhì)上擴(kuò)展了3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域，將其技術(shù)與生物體處理結(jié)合起來(lái)，提高了處理效率和精度，為生物研究和冷凍保存提供了新的解決方案

該技術(shù)與傳統(tǒng)的3D打印系統(tǒng)類似，它使用打印頭進(jìn)行物質(zhì)的添加或處理，但不同之處在于，這里打印頭用于處理生物體而非打印材料。

△該研究已發(fā)表在《Advanced Science》雜志上，題目為《通過(guò)輔助吸力自適應(yīng)策略實(shí)現(xiàn)3D打印生物體》（傳送門）

△打印策略示意圖

自適應(yīng)3D打印系統(tǒng)提升生物體處理與研究效率

該系統(tǒng)能夠追蹤、收集和準(zhǔn)確定位各種生物體，包括靜止的、處于液滴中的以及運(yùn)動(dòng)中的生物。依靠實(shí)時(shí)視覺(jué)和空間數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的拾取和放置策略，該系統(tǒng)能夠靈活適應(yīng)并確保生物體的精準(zhǔn)放置。

明尼蘇達(dá)大學(xué)前機(jī)械工程博士后研究員、論文第一作者Guebum Han表示：“這臺(tái)打印機(jī)的工作方式類似于人類，打印機(jī)充當(dāng)雙手，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)相當(dāng)于眼睛，而計(jì)算機(jī)則扮演大腦的角色。打印機(jī)能夠?qū)崟r(shí)適應(yīng)生物體的移動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，并將其組裝成特定的陣列或圖案�！�

通常，這一過(guò)程是手動(dòng)完成的，需要大量的訓(xùn)練，并可能導(dǎo)致基于生物體的應(yīng)用不一致。通過(guò)使用這種新型系統(tǒng)，研究人員不僅能夠顯著節(jié)省時(shí)間，還能獲得更一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

△自適應(yīng)3D打印系統(tǒng)可識(shí)別隨機(jī)放置的生物體的位置，并安全地將它們移動(dòng)到特定位置

該技術(shù)能夠增加用于冷凍保存的生物數(shù)量，并能夠區(qū)分活生物體與死生物體。它能夠?qū)⑸�物體放置在曲面上，并與可定制形狀的材料和設(shè)備整合。此外，這項(xiàng)技術(shù)為創(chuàng)建復(fù)雜的生物體結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)，能夠幫助我們?cè)O(shè)計(jì)類似于螞蟻和蜜蜂等昆蟲(chóng)的復(fù)雜生物系統(tǒng)。例如，螞蟻和蜜蜂的每個(gè)成員都有明確的角色和任務(wù)，使得整個(gè)群體能夠高效運(yùn)作。這種精細(xì)的組織方式可以作為設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜生物體結(jié)構(gòu)的重要參考。

該研究還可能推動(dòng)自主生物制造的發(fā)展，通過(guò)評(píng)估和組裝生物體，探索新的應(yīng)用可能性。例如，系統(tǒng)已經(jīng)被用于改進(jìn)斑馬魚(yú)胚胎的冷凍保存方法，相較于以往依賴手動(dòng)操作的過(guò)程，新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了處理速度提升12倍。另一個(gè)例子展示了其自適應(yīng)策略如何有效跟蹤、拾取和放置隨機(jī)移動(dòng)的甲蟲(chóng)，并將其與功能設(shè)備整合在一起。

目前，研究團(tuán)隊(duì)正在為這項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)專利。未來(lái)，研究人員希望將這項(xiàng)技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)結(jié)合，以便方便地進(jìn)行實(shí)地研究。這將使研究人員能夠在通常難以進(jìn)入的地區(qū)收集生物樣本。