3D打印技術在生物醫學領域的應用
發布時間：2017-07-04 08:07:26 瀏覽次數：
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文章概述：生物3D打印的應用，由于其精度高、便攜，可用于戰場上快速進行戰傷創面的修復。我們用心肌細胞和生物材料模擬打印了動物心臟。發現打印出的細胞能夠有節奏地跳動，提示打印出的器官可以具有一定的功能。東莞創域手板—3D打印技術
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”為手段，以加工活性材料包括細胞、生長因子、生物材料等為主要內容，以重建人體組織和器官為目標的跨學科跨領域的新型再生醫學工程技術，它代表了目前3D打印技術的高水平之一。
二.生物3D打印的臨床需求和科學意義
在美國，每1.5小時就有1例病人因為等不到合適的器官移植而死亡，每年有超過800萬例組織修復相關的手術。生物3D打印技術的目標就是解決組織、器官短缺的問題。人體是由多種細胞和基質材料按特定方式有機組合而成，具有高度的復雜性。組成人體的細胞有超過250種以上，僅一個腎臟就包含有20多種細胞。軟骨組織是相對較簡單的組織，細胞種類較少且沒有血管、神經支配。1994年科學家認為組織工程技術可以解決器官再造的技術，當時選的目標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打印技術可能是解決方法之一。
三.生物3D打印的實現
早期我們使用的是噴墨打印技術。噴墨打印機能夠快速地把細小的墨滴精確地打印到相應的位置。噴墨打印機的工作原理是：噴頭里有加熱元件，將墨滴里面的水快速加熱到200℃，使水產生氣化，將前面的墨滴噴出去。我們將細胞混懸液灌入墨盒，成功地實現了細胞打印。為什么200℃的高溫沒有殺死細胞？
研究發現，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，墨滴就已經被噴出去了。通過反復實驗，打印出的細胞可以達到95％以上存活率。細胞和基質材料逐層打印，就可以達到3D打印的目的。噴墨打印機可以打出不同的顏色，因此我們也可以打出不同的細胞。比如打印一個類似血管的結構，可以把內皮細胞打印到管壁內層，平滑肌細胞打印到管壁外層，這樣逐層打印，可以得到一個和正常結構類似的產品。
生物3D打印的應用，由于其精度高、便攜，可用于戰場上快速進行戰傷創面的修復。我們用心肌細胞和生物材料模擬打印了動物心臟。發現打印出的細胞能夠有節奏地跳動，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胞進行3D打印，并加入骨系分化因子，獲得了活性的骨組織。此羊水干細胞技術被美國時代雜志評為2007年世界十大醫學突破之一。我們還做了生物打印大血管、微血管的研究。
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