新南威尔士大学悉尼分校的研究人员开发了一种灵活、柔软的机械臂,用于3D生物打印。这个过程用“生物墨水”制造生物医学部件,以构建自然的、类似组织的结构。该过程主要用于研究目的,通常需要使用大型3D打印机在体外生产细胞结构。亚博高登棋牌
然而,Thanh Nho Do和博士生Mai Thanh Thai与新南威尔士大学的其他研究人员合作开发了一种新的生物打印方法。Nigel Lovell教授、Hoang-Phuong Phan博士和Jelena Rnjak-Kovacina副教授合作进行了这项研究先进的科学.
这种概念验证设备被称为F3DB,可以像内窥镜一样进入人体。它直接将多层生物材料输送到内部器官和组织的表面。F3DB具有高度可操作的旋转头,用于打印生物墨水。它连接在一个长而灵活的蛇形机械臂的末端。研究人员表示,这一切都可以由外部控制。
工程师们认为,在五到七年内,随着进一步的发展,医疗专业人员可以利用他们的技术,通过小的皮肤切口或天然孔口,进入人体内部难以到达的区域。工程师们已经在人工结肠内进行了早期测试。他们还在猪的肾脏表面3D打印了各种不同形状的材料。
3D生物打印的局限性
Do解释说,这种方法解决了现有3D生物打印机的局限性,例如表面不匹配和结构损坏。他说,这为精确的3D伤口重建提供了潜力,包括胃壁损伤或结肠损伤和疾病。
该原型机具有灵活的机身,可以在受限且难以到达的空间内3D打印各种生物材料。
“现有的生物3D打印技术需要在体外制造生物材料,而将其植入人体通常需要进行大型开放式手术,这增加了感染的风险。”说做的。“我们的柔性3D生物打印机意味着生物材料可以以微创的方式直接进入目标组织或器官。”
他们生产的最小的F3DB原型直径与商业治疗内窥镜相似,约为11-13毫米。该装置足够小,可以插入人体胃肠道。研究人员表示,他们可以将其缩小以供未来使用。
Lovell说:“目前,还没有商用设备可以在远离皮肤表面的内部组织/器官上进行原位3D生物打印。”“其他一些概念验证设备已经出现,但它们在体内复杂和受限的空间中使用起来更加僵硬和棘手。”
软机器人装置的特点
F3DB设备包括一个直接安装在软机械臂尖端的三轴打印头。头部有柔软的人造肌肉,可以在三个方向上运动。根据工程师的说法,这与传统的桌面3D打印机非常相似。
柔软的机械臂利用液压系统来弯曲和扭转。工程师们可以制造出任意长度的纤维,并用各种弹性管和纤维精细地调整其刚度。
根据研究人员的说法,他们可以对喷嘴进行编程,以打印预先确定的形状。当需要时,它也可以手动操作更复杂或不确定的生物打印。该团队引入了一种基于机器学习的控制器来辅助打印过程。
为了证明可行性,新南威尔士大学的研究小组在系统打印后测试了活体生物材料的细胞活力。实验表明,对与该过程相关的细胞没有影响。大多数细胞在打印后存活,并在接下来的7天内继续生长。研究人员在打印后一周观察到的细胞数量是原来的四倍。
开发一个一体化的工具
研究人员表示,F3DB可能是一个多功能的内窥镜手术平台。其中包括切除某些癌症的手术,如结肠直肠癌。据新南威尔士大学的研究小组称,这种打印头可以作为一种“电动手术刀”来标记和切除癌症病灶。
使用者还可以将水直接通过喷嘴,同时清洗患处的血液和多余组织。在机械臂保持原位的情亚博高登棋牌况下,立即3D打印生物材料也可以促进更快的愈合。研究人员表示,他们在猪肠上展示了这些多功能特性。
Mai Thanh Thai说:“与现有的内窥镜手术工具相比,开发的F3DB被设计为一种一体化的内窥镜工具,避免了更换工具的使用,而更换工具通常会增加手术时间和感染风险。”
下一步,该团队计划在活体动物身上进行体内测试。他们获得了这项技术的临时专利,并打算引入其他功能。其中可能包括一个集成摄像头和一个实时扫描系统。实时扫描将重建体内运动组织的三维断层扫描。