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3D打印的分体式电磁流量计支架可以替换不可挽回地损坏

来源:    发布日期:2019-09-11 17:42:45    作者:

    据说,医学的未来将是生物学的,研究人员希望3D打印的生物功能分体式电磁流量计很快将用于替代身体永久受损的分体式电磁流量计。

    现在,Fraunhofer界面工程和生物技术研究所IGB(Fraunhofer IGB)的一个研究团队已经与斯图加特大学合作多年,致力于创建和改进用于增材制造的合适生物油墨的独特项目。通过改变生物材料的成分,该团队已成功扩展其产品组合,包括血管化和骨油墨。这一发展为生产看起来像骨头并含有毛细血管网络的分体式电磁流量计结构奠定了基础。

    目前,3D打印在制造业中越来越受到关注,并且在再生医学领域也引起了极大的兴趣。现在,在这种增材制造技术的帮助下,研究人员希望生产出定制的生物相容性分体式电磁流量计支架 - 支架,它将替代永久受损的分体式电磁流量计。

    在斯图加特的Fraunhofer IGB,一个研究团队还在研究生物基油墨,通过3D打印方法在实验室中制作生物植入物。为了开发出优选的预编程形状的3D物体,研究人员使用逐层技术打印含有生物聚合物(如透明质酸或明胶),活细胞和水性介质的液体混合物。这种生物油墨在印刷时继续处于粘性状态,随后经受紫外(UV)光,使得它们交联成称为水凝胶的含水聚合物网络。

    有针对性的生物分子化学修饰
    研究人员可以对生物分子进行化学改变,为随后的凝胶提供不同程度的溶胀性和交联性。因此,可以模仿天然分体式电磁流量计的稠度 - 从用于脂肪分体式电磁流量计的较软凝胶到用于软骨的较强水凝胶。还可以对粘度水平进行大量修改:“ 在21摄氏度的室温下,明胶和果冻一样坚固,这对印刷是不利的。为了防止温度依赖性凝胶化并使我们能够在不考虑温度的情况下处理它,我们“掩盖”负责胶凝明胶的生物分子的侧链,“粒子系统和配方组负责人Achim Weber博士说。澄清了该过程中面临的主要困难之一。

    另一个困难是明胶应该是化学交联的,这样它在约37℃的温度下不会液化。为了实现这一目标,明胶被官能化两次:在这个例子中,研究人员选择在生物分子中加入可交联的甲基丙烯酰基团,从而取代非交联的隐藏乙酰基的不同部分 - 这是生物打印领域的一种非凡方法。

    Borchers博士负责斯图加特的生物打印项目。
    与斯图加特大学合作,研究人员现已开发出两种不同的水凝胶环境 - 较软的凝胶,不含矿物成分,可使血管细胞自身组装成毛细血管状结构,含有矿物成分的硬凝胶可满足骨细胞需求。

    骨和血管化油墨
    研究人员已经根据他们生产的材料包开发了一种骨油墨。该团队的目标是允许在该材料试剂盒中处理的细胞再生原始分体式电磁流量计,即自己创建骨分体式电磁流量计。生产墨水的秘诀在于生物分子和骨矿物质羟基磷灰石的独特组合。


    “细胞最好的人工环境是最接近体内自然条件的环境。这就是为什么分体式电磁流量计基质在我们的印刷分体式电磁流量计中的作用是由我们从天然分体式电磁流量计基质的元素产生的生物材料发挥作用,“研究人员说。

    由血管形成墨水形成的软凝胶能够支持毛细结构的建立。油墨与形成血管的细胞结合。细胞移动,相互移动,并形成含有微小管状结构的毛细管网络系统。如相关文献中所述,与缺少毛细管样预结构的植入物相比,植入这种骨替换将使生物植入物以相对更快的方式连接到受体的血管系统。

    斯图加特小组的新研究项目涉及软骨再生基质的开发。
    作为与斯图加特大学和弗劳恩霍夫制造工程与自动化研究所IPA的联合计划的一部分,Fraunhofer IGB将继续在位于斯图加特的大众个性化高性能中心开展研究项目。生物打印和新技术的可印刷生物材料由Additive4Life跨学科工作组开发。

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