標(biāo)準(zhǔn) 3D 打印使用數(shù)字藍(lán)圖用塑料或樹(shù)脂等材料制造物體，而 3D 生物打印則用活細(xì)胞或生物墨水制造生物部件和組織。第四個(gè)維度——隨時(shí)間的形狀變化——可以通過(guò)結(jié)合材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些材料使打印的結(jié)構(gòu)能夠以預(yù)編程或按需方式響應(yīng)外部信號(hào)多次變形。
生物打印 4D 構(gòu)造為科學(xué)家提供了更好地模擬真實(shí)組織發(fā)育、愈合和正常功能過(guò)程中發(fā)生的形狀變化并制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的機(jī)會(huì)。
科學(xué)雜志 Advanced Materials 上的一項(xiàng)新研究描述了一種新的載有細(xì)胞的生物墨水的開(kāi)發(fā)，該生物墨水由緊密堆積的薄片狀微凝膠和活細(xì)胞組成，用于生物打印 4D 結(jié)構(gòu)。這種新系統(tǒng)能夠生產(chǎn)出能夠在生理?xiàng)l件下改變形狀的富含細(xì)胞的生物結(jié)構(gòu)。
這項(xiàng)名為“用于四維活細(xì)胞生物打印的堵塞微薄片水凝膠”的研究由伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的工程師撰寫(xiě)，他們創(chuàng)造了生物墨水并進(jìn)行了原型水凝膠的實(shí)驗(yàn)。
他們的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了各種復(fù)雜的生物結(jié)構(gòu)，具有明確的配置和高細(xì)胞活力，包括 4D 軟骨樣組織形成。進(jìn)一步的設(shè)計(jì)展示了在一次打印中制造的生物構(gòu)造中復(fù)雜的、多個(gè) 3D 到 3D 的形狀轉(zhuǎn)換。
“這種生物墨水系統(tǒng)提供了打印生物結(jié)構(gòu)的機(jī)會(huì)，這些生物結(jié)構(gòu)能夠隨著時(shí)間的推移實(shí)現(xiàn)比以前更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)變化。這些富含細(xì)胞的結(jié)構(gòu)具有可預(yù)編程和可控的形狀變形，有望更好地模擬人體的自然發(fā)育過(guò)程，并可以幫助科學(xué)家對(duì)組織形態(tài)發(fā)生進(jìn)行更準(zhǔn)確的研究，并在組織工程方面取得更大的進(jìn)步，”研究通訊作者 Eben Alsberg、Richard 說(shuō)Loan Hill 主席，他在生物醫(yī)學(xué)工程、機(jī)械和工業(yè)工程、藥理學(xué)和再生醫(yī)學(xué)以及骨科等部門(mén)任職。
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