科學(xué)家開發(fā)出能自我折疊的3D打印醫(yī)療植入物

3D生物打印器官和人體組織植入物是奇妙的，但它只是一個(gè)更加廣闊的領(lǐng)域——組織再生的一部分，這是當(dāng)今醫(yī)學(xué)研究最受人關(guān)注的前沿陣地，其目標(biāo)是使受損的組織、器官和骨骼再次生長。近日，來自荷蘭Maastricht大學(xué)和代爾夫特理工（TU Delft）大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)骨再生的道路上獲得了一個(gè)非常重要的突破，他們成功地3D打印出了一種帶有自我折疊屬性的智能植入物，該植入物可促進(jìn)骨細(xì)胞的再生。

目前該研究已經(jīng)發(fā)表在了《Materials Horizons》雜志的封面上，論文標(biāo)題為《Programming the shape-shifting of flat soft matter: from self-rolling/self-twisting materials to self-folding origam》，作者是S. Janbaz、R. Hedayati和A. A. Zadpoor。他們披露，這項(xiàng)突破可以用于當(dāng)下使用的各種醫(yī)療植入物當(dāng)中。

據(jù)Amir Zadpoor博士解釋說，完全再生的功能性組織是組織工程的圣杯，可以使當(dāng)前許多疑難病癥的治療徹底改觀。但是有效的再生方法需要能夠促進(jìn)細(xì)胞生長的多功能生物材料，而這正是此Maastrict大學(xué)和TU Delft聯(lián)合項(xiàng)目研究的重點(diǎn)?！霸诶硐肭闆r下，對于生物材料的優(yōu)化應(yīng)當(dāng)不僅包括其3D結(jié)構(gòu)，而且還要包括其表面的納米結(jié)構(gòu)。”他解釋道。

據(jù)了解，由于對象表面的限制，3D打印技術(shù)原本并不是研究人員們的首要選擇。“3D打印技術(shù)使我們能夠創(chuàng)建十分復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)，但是由于其本身的特點(diǎn)，但對于在對象表面上的構(gòu)建能力是非常有限的。納米光刻技術(shù)可以生成非常復(fù)雜的表面納米結(jié)構(gòu)，但是一般僅限于平坦的表面?！盳adpoor 說?！皼]有任何方式能夠?qū)⑷我鈴?fù)雜的3D結(jié)構(gòu)與任意復(fù)雜的表面納米結(jié)構(gòu)結(jié)合起來?！?/p>

而為了實(shí)現(xiàn)他們的智能植入物研究的突破，科學(xué)家們從古老的折紙藝術(shù)當(dāng)中獲得了靈感。因?yàn)橥耆教沟谋砻婧苓m合3D打印，Zadpoor通過編程，設(shè)定這些3D打印的材料在暴露于一定溫度條件下時(shí)開始折疊成特定的結(jié)構(gòu)。

也就是說，科學(xué)家們先在平坦的表面3D打印出復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)，然后在特定條件下（比如暴露于人體的高溫狀態(tài)時(shí)）將2D表面折疊成預(yù)先設(shè)定好的3D結(jié)構(gòu)?！白匀皇褂酶鞣N激活機(jī)制來對活生物體的功能和形狀編排出復(fù)雜的變換。受到類似自然現(xiàn)象的啟發(fā)，我們的團(tuán)隊(duì)先開發(fā)出一種平面（2D）的可編程材料，這種材料在受到某種刺激（比如溫度變化）時(shí)可以自我轉(zhuǎn)化成一個(gè)復(fù)雜的3D幾何形狀?！盳adpoor 解釋道。

具體來說，科學(xué)家們使用雙層和多層的形狀記憶聚合物和超彈性聚合3D打印出這些可變換形狀的對象。借助四種不同的形狀轉(zhuǎn)換模式（自我滾動(dòng)、自我扭曲，以及復(fù)合自我滾動(dòng)和自我扭曲），它們可以調(diào)整自己以適應(yīng)在人體內(nèi)的任意位置和支持蜂窩材料的發(fā)展。這些模式可以被集成進(jìn)2D結(jié)構(gòu)，然后被激活以獲得能自我扭曲的類似于DNA的結(jié)構(gòu)、能自組織的纖維等等。

盡管這項(xiàng)技術(shù)目前還不能用于臨床測試，但已經(jīng)是朝著能夠促進(jìn)細(xì)胞再生的3D打印生物植入物的方向上邁出的重要一步。

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