Kỹ thuật in

Vật liệu in 3D độc đáo dựa trên phấn hoa cho thấy tiềm năng y sinh

Các đề cử cho 2021 Giải thưởng Công nghiệp In 3D hiện đã được mở. Bạn nghĩ ai sẽ lọt vào danh sách rút gọn của chương trình năm nay? Có tiếng nói của bạn ngay bây giờ.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Nanyang (NTU) đã phát triển một loại mực in sinh học 3D được nạp chiết xuất từ ​​hoa hướng dương có thể tạo ra một thế hệ thiết bị y sinh mới.

Không giống như các loại mực sinh học dễ uốn thông thường, quá trình tạo ra dựa trên phấn hoa của nhóm có thể được điều chỉnh để cho nó có độ cứng cao hơn, do đó nó có khả năng được in 3D thành các cấu trúc mà không làm mất tính toàn vẹn giữa các lớp. Các nhà khoa học đã sử dụng mực in của họ để sản xuất giàn tế bào tái tạo mô, giờ đây tin rằng nó có tiềm năng đáng kể trong các ứng dụng kỹ thuật mô, thử nghiệm độc tính và phân phối thuốc.

“In sinh học có thể là một thách thức vì vật liệu của loại mực được sử dụng thường quá mềm, có nghĩa là cấu trúc của sản phẩm được hình dung có thể sụp đổ trong quá trình in”, đồng tác giả của nghiên cứu Cho Nam-Joon giải thích. “Thông qua việc điều chỉnh các đặc tính cơ học của phấn hoa hướng dương, chúng tôi đã phát triển một loại mực lai dựa trên phấn hoa có thể được sử dụng để in các cấu trúc có tính toàn vẹn cấu trúc tốt.”

“Do có nhiều loại phấn hoa, nên huyền phù microgel phấn hoa có thể được sử dụng để tạo ra một loại vật liệu in 3D thân thiện với môi trường mới.”

A diagram of the researchers' pollen-based printing method.
Một sơ đồ mô tả 3D dựa trên phấn hoa của các nhà nghiên cứu phương pháp in. Hình ảnh trên tạp chí Vật liệu Chức năng Nâng cao.

Hydrogel tăng cường sinh học

Do khả năng kết hợp các tế bào sống vốn có của nó, in 3D Direct Ink Writing (DIW) đã trở thành một phương tiện ngày càng phổ biến để tạo ra các thiết bị y sinh như giàn mô. Tương tự như vậy, hydrogel thường được sử dụng trong DIW vì chúng có thể tùy chỉnh, tạo điều kiện gắn kết tế bào và chúng có khả năng bắt chước chính xác các mô sinh học.

Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu của NTU, hydrogel cũng có đặc điểm là độ ổn định cơ học và tính sinh học thấp, đòi hỏi phải tạo ra một loại mực 'lai' “cung cấp các chức năng và đặc tính mà bất kỳ hydrogel đơn lẻ nào cũng có được.”

Trước đây, một số nhà khoa học đã phát hiện ra rằng việc tích hợp các sợi nano hoặc tiểu cầu nano vào mực sinh học hydrogel sẽ làm rắn chắc chúng và ngăn chúng làm tắc nghẽn đầu phun của máy in. Những người khác đã phát triển ma trận hỗ trợ, bao gồm hydrogel, tế bào và cao su, giúp bảo tồn các cấu trúc in trước khi chúng được đóng rắn hoàn toàn, đồng thời cung cấp độ ổn định và bền vững nâng cao do các thành phần có thể tái sử dụng của chúng.

Lấy cảm hứng từ cái sau, nhóm NTU do đó đã tạo ra huyền phù microgel từ các hạt phấn hoa tái tạo. Với kích thước đồng đều, cũng như hành vi lưu biến có thể điều chỉnh và nhất quán của nó, các nhà khoa học nói rằng phấn hoa tạo ra các ma trận hỗ trợ lý tưởng và bản chất phản ứng với kích thích của nó có thể cho phép nó có khả năng phân phối thuốc tiềm năng.

One of the researchers' alginate-loaded test structures.
Các nhà nghiên cứu đã phát minh ra hai loại mực khác nhau: một loại dành cho các thiết bị được tải bằng tế bào và một loại mực khác dành cho các hỗ trợ y sinh. Hình ảnh trên tạp chí Vật liệu Chức năng Nâng cao.

Thiết bị y sinh dựa trên phấn hoa

Để tạo ra loại mực sinh học mới, các nhà nghiên cứu bắt đầu bằng cách sử dụng một phương pháp tương tự như phương pháp làm xà phòng để biến phấn hoa hướng dương thành dạng huyền phù microgel. Sau đó, hỗn hợp này được trộn với alginate, cao su và axit hyaluronic, tạo ra một hỗn hợp bao gồm các hạt phấn hoa có lớp bên ngoài mềm hơn bình thường, cho phép chúng được nén vào đầu phun của máy in mà không bị kẹt.

Trên thực tế, trong quá trình thử nghiệm ban đầu, các nhà khoa học nhận thấy rằng họ có thể đùn mực sinh học của mình với bất kỳ khối lượng phấn hoa nào nhất định mà không làm tắc nghẽn máy in 3D của họ. Sau khi chứng minh khả năng tồn tại ban đầu của vật liệu của họ bằng cách tạo ra các vi cấu trúc nhiều lớp, nhóm nghiên cứu sau đó tiếp tục chế tạo giàn giáo chứa thuốc nhuộm, để đánh giá tiềm năng phân phối thuốc của nó.

Điều thú vị là lượng thuốc nhuộm được giải phóng trong các thí nghiệm này thay đổi theo thời gian, do đó nhờ vào bản chất đáp ứng kích thích của phấn hoa, mực sinh học có thể được điều chỉnh để giải phóng thuốc theo liều lượng cụ thể của bệnh nhân. Do phấn hoa cũng tương thích sinh học, các nhà nghiên cứu cũng có thể tải các giàn giáo của chúng với các tế bào, tạo ra cấu trúc năm lớp thể hiện 94% khả năng di động.

The scientists' pollen-based 3D printed 'elbow mesh.'
Các nhà khoa học đã in 3D mực của họ vào một thiết bị 'lưới khuỷu tay' với “cấu trúc tốt sự chung thủy. ” Hình ảnh trên tạp chí Vật liệu Chức năng Nâng cao.

Cuối cùng, nhóm nghiên cứu đã tăng hàm lượng cao su và alginate trong mực của họ để kiểm tra khả năng sản xuất các thiết bị y sinh thông thường hơn như giá đỡ. Trong thực tế, điều này có nghĩa là tạo ra một thiết bị 'mái vòm lưới cao su silicone', mà các nhà khoa học nói rằng “thể hiện độ trung thực cấu trúc tốt” và “độ phân giải in nâng cao”, nhờ vào đế phấn hoa của nó.

Về phía trước, các nhà nghiên cứu dự định tối ưu hóa hệ thống treo của họ hơn nữa bằng cách cải thiện khả năng tái chế của nó sau nhiều chu kỳ nhiệt, nhưng họ đã xem nó như một cách khả thi để tránh in nhiễu trong khi in 3D và dựa trên hành vi đáp ứng kích thích của nó, họ nói rằng nó có thể một “nguyên liệu ban đầu dồi dào và giá cả phải chăng” cho các ứng dụng y sinh trong tương lai.

Đồng tác giả nghiên cứu Song Juha kết luận: “Phát hiện của chúng tôi có thể mở ra cánh cửa mới cho các màng linh hoạt được tùy chỉnh phù hợp với đường nét của da người, chẳng hạn như miếng dán băng vết thương hoặc mặt nạ trên khuôn mặt. “Sử dụng mực in của chúng tôi, tương thích sinh học, linh hoạt và chi phí thấp, chúng tôi có thể chế tạo màng phù hợp với đường nét của da người và có khả năng uốn cong mà không bị vỡ.”

Sự trỗi dậy của vật liệu lấy cảm hứng từ sinh học

Khi ngành công nghiệp in 3D tiếp tục tìm kiếm các giải pháp thay thế thân thiện với môi trường cho các polyme gốc dầu, các nhà khoa học ngày càng hướng về mẹ thiên nhiên để tìm câu trả lời. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Aveiro Bồ Đào Nha Ví dụ: Viện Vật liệu Aveiro , gần đây đã phát triển một vật liệu ABS làm từ tre mà họ nói mang lại “các bộ phận chất lượng nâng cao.”

Tại Viện Nghiên cứu và Thử nghiệm Vật liệu Liên bang , các nhà khoa học đã chuyển sang loài côn trùng, bằng cách chuyển đổi từ chối mối thành một vật liệu in phản lực chất kết dính duy nhất . Mặc dù ban đầu nguyên liệu thô cho thấy mức độ bền thấp, nhưng các nhà thiết kế của nó vẫn khẳng định rằng trong tương lai, nó có thể được sử dụng để tạo ra các cấu trúc hình thoi có độ chính xác cao.

Ở những nơi khác, các nhà nghiên cứu đã chấp nhận các thiết kế của mẹ thiên nhiên hơn là các thành phần thô của nó, như nhóm nghiên cứu tại Đại học Kiel , người đã in 3D lấy cảm hứng từ 'khớp nhọn' của chuồn chuồn. Giống như các thiết bị thử nghiệm y sinh của các nhà khoa học NUT, thiết bị của nhóm Kiel cực kỳ mạnh mẽ, nhưng thiết kế của nó cũng làm cho nó đủ linh hoạt và mạnh mẽ để ứng dụng cuối cùng.

Phát hiện của các nhà nghiên cứu được trình bày chi tiết trong bài báo của họ có tiêu đề “ Kỹ thuật Hạt phấn hoa tự nhiên đa chức năng Vật liệu in 3D . ” Nghiên cứu được đồng tác giả bởi Shengyang Chen, Qian Shi, Taesik Jang, Mohammed Shahrudin Bin Ibrahim, Jingyu Deng, Gaia Ferracci, Wen See Tan, Nam-Joon Cho và Juha Song.

Các đề cử cho 2021 Giải thưởng Công nghiệp In 3D hiện đã được mở. Bạn nghĩ ai sẽ lọt vào danh sách rút gọn của chương trình năm nay? Có tiếng nói của bạn ngay bây giờ.

Để được cập nhật những tin tức mới nhất về in 3D, đừng quên đăng ký kênh Bản tin ngành in 3D hoặc theo dõi chúng tôi trên Twitter hoặc thích trang của chúng tôi trên Facebook.

Để tìm hiểu sâu hơn về sản xuất phụ gia, bây giờ bạn có thể đăng ký của chúng tôi Kênh Youtube , có các cuộc thảo luận, tóm tắt và các bức ảnh về in 3D trong thực tế.

Bạn đang tìm việc làm trong ngành sản xuất phụ gia? Truy cập Công việc in 3D để lựa chọn các vai trò trong ngành.

Hình ảnh nổi bật cho thấy cận cảnh một con ong đang thu thập phấn hoa từ một bông hoa. Hình ảnh qua Karolina Grabowska, Pexels.

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button