2017-04-13至2017-04-14 中国成都
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【突破】福音:仿生血管可通过3D打印技术制造

说到打印很多人首先想到的是这样的,

那如果是3D打印呢?


01

3D打印是什么?

3D打印是以数字模型为基础,运用粉末或液体可粘合材料,通过逐层固化成型的方式来构建具有复杂结构的物体。

3D打印机多用于工业、制造业等领域,比如:


45天成功打印一套别墅

北京通州利用巨型3D“打印机”用时45天成功打印出一栋两层别墅。别墅墙体和楼层板符合建筑行业要求,墙体厚度抗震级别达到8级以上。造房精确度也从传统的厘米级提高到毫米级。


45小时成功打印斯特拉提轿车

2014年美国芝加哥国际制造技术展览上,一台超大型3D打印机成功打印出一辆车身部件总数只有40个的斯特拉提轿车。

医疗科技的不断突破和改进,让越来越多的疾病被治愈,使得人类的寿命以不同形势延长,最近,美国加州大学一个以中国教授陈少晨为首的纳米工程研究团队解决了生物组织工程中最大的挑战:利用3D打印技术快速制造出了仿生血管网络,这种血管网络可以为组织和器官供血,甚至可用于输送营养物质、代谢产物和其它生物材料,为器官安全植入体内打下重要基础。


02

血管对人体来说意味着什么?

人体的血管如同地球上纵横交错的河流,分布在我们身体内的每个角落。现代医学证明,人体内有250万亿根血管,自然长度约为15万公里,几乎可以把地球捆绑四圈。血管和心脏一起组成了人体内连续的封闭式输送管道,这样管道在体内四通八达,可将血液输送到全身。


重大事故受伤、大面积烧伤或肿瘤切除的病人经常需要对创面皮肤进行再造,目前的医疗技术只能对皮肤表层厚度(真皮和表皮)不超过200微米进行人工再造, 而对包括皮下组织的几毫米厚完整皮肤系统还不能进行再造,因为涉及到血管组织,没有血管的养分供应,超过200微米的人造皮肤就没法存活。


03

多分支血管和兼容性是仿生血管最关键


在几年前,3D打印技术就已经被运用到人造血管上,可是由于生产时间长、成本过高,最关键的是,只能生产单一血管这样的简单的生物结构,这些打印的血管还不能与人体自身的血管系统兼容,所以并没有被大范围的应用。

作为加州大学圣地亚哥分校纳米生物材料和组织工程实验室主任,陈教授带领研究小组开发出了一种创新的生物打印技术,利用自制的3D打印机,快速生成复杂的三维微观组织,可模拟生物组织的复杂的设计和功能。陈少晨教授实验室过去已经利用这种技术打印出肝组织,在体内可以检测和清除毒素。


研究小组使用医学影像技术创建了一个与动物体内血管网类似的三维生物结构数字模型,然后利用计算机将其分解成数以百万计的二维薄层。利用计算机控制紫外光照射到含有活细胞和光敏聚合物的溶液中,使聚合物固化,活细胞则附着在聚合物周围,形成一层含有活细胞的二维聚合物层。通过连续扫描的形式,二维聚合物层逐层累积,逐渐形成三维固体聚合物材料封装活细胞结构,最终发展成生物组织。



更有实质性意义的是,这种技术的打印时间仅需几分钟,且原材料价格低廉,与以往至少需要几小时的打印技术对比,无疑是一个巨大的进步。 基于陈教授团队研发的生物3D打印技术,研究人员印制出了一个含有血管内壁内皮细胞的血管结构,这个结构尺寸为4毫米×5毫米×0.6毫米。研究人员将该结构在体外培养了一天,然后将产生的组织移植到小鼠皮肤伤口。两周后,研究人员检查了植入物,发现这些植入物已经成功地与小鼠自身的血管网络形成一体,使血液正常循环。

美中不足的是,这种打印出来的血管暂时不具备天然血管交换输送营养物质及废物的功能,不过我相信这在不久的将来是会被解决的。


04

3D打印技术能给患者带来什么?

其实,除了这次的仿生血管网络,3D打印技术已经在其他医疗领域上大放异彩。


3D打印耳朵

对耳朵过小或因其他原因失去耳朵的人来说,这个白色耳朵虽然不够逼真,但看上去也是蛮Q弹可爱的,或者你接受不了这个颜色自己染成肉粉色也是可以的。


3D打印牙套

传统金属牙套不仅不易清洗,使用者也会在戴牙套期间感到难以忍受的疼痛,透明的3D打印牙套利用患者的牙齿模型量身定做,不刮嘴且不影响美观。我身边就有朋友在用,两周换一个,方便得很。


3D打印义肢

相对于其他3D打印技术,打印义肢显得相当简单,只需要扫描并录入患者的身体数据,然后用柔软的尼龙纤维打印出残缺的肢体即可。真是残疾人士的一大福音呐!


3D打印人脸

英国的一名外科医生,利用3D打印技术为29岁男子重塑了面部骨骼。

该男子在一起摩托车事故中伤及头骨,左脸颊等多部位脱落。通过扫描其“幸存”的骨骼,医生制作出他整个面部的3D结构图,然后打印出假体,并植入他的脸上。

不知道这招对那些整容整过头想整回来的人有用没。


3D打印心脏

图中这名可爱的小女孩患有先天性心脏缺陷,透明的心脏虽然只是小女孩体内心脏的复制品,但对医生来说,可以通过对这颗“心脏”的360度无死角观察,再设计一个有效的手术方案。

最后,还有3D打印肾脏......


再出iphone8 、9 、 10都不怕了。

部分素材来源:新华社

研究内容来源:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961217300650


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