3D打印糖支架为生物器件制造提供了合适的解决方案

2018-05-28 10:33 来源:新材料在线

图1自由增材制造允许研究人员制作出十分复杂的结构,例如心脏模型,而这种结构是无法用传统的逐层3D打印方法制作出来的。该结构还可以用作组织工程或器件制造的支架。来源:Travis Ross, Beckman Institute(贝克曼研究所)

  最近,伊利诺伊大学的工程师们制造了一款3-D打印机,它为商业3-D打印机无法完成复杂结构的打印提供了一个十分完美的解决方案:它不是一层一层逐层堆积的固体外壳,而是制造了一个精致的硬化丝带网络,类似于棉花糖类型。

  这种水溶性、可生物降解的玻璃糖结构在生物医学工程,癌症研究和器件制造中有着广泛的应用。

  生物工程学教授兼伊利诺斯州癌症中心主任Rohit Bhargava说:“这是一种很好的方式来制造复杂形状,我们可以在其周围加入柔软材料或生长细胞和组织,然后再将支架溶解掉。一种可能的应用就是在实验室中生长组织或研究肿瘤。比如,细胞培养通常是在表面皿中进行,虽然给了我们细胞的一些特征,但它并不是一个非常好的方式来观察其在身体中是如何起作用的。在身体中,它有明确的形状,形状和功能密切相关。”

  在Additive Manufacturing杂志上发表的一篇论文中,该研究小组描述了自由形式打印用的材料和产品性能。自由形式意味着当喷嘴在空间中移动时,熔化的材料变硬,在后面留下坚固的结构——就像在半空中画图一样。

 

图2左起为伊利诺伊大学教授Rohit Bhargava,博士毕业生Matthew Gelber。他们开发了一种自由形式的3D打印机,可以为糖果制造用的支撑架。来源:伊利诺伊大学厄巴纳- 香槟分校

  本文的第一作者马修?格尔伯(Matthew Gelber)说,其他类型的糖印花已在之前被探索过,但在糖熔化或结晶方面存在问题。作者最近从巴尔加瓦的小组毕业并获得博士学位。

  伊利诺伊团队发现,糖醇麦芽酮糖醇可用于印刷应用,不易结晶。然后,他们建造了一台打印机,它可以将打印机参数正确组合并打印出稳定的isomalt结构——合适的温度,从喷嘴挤出的压力,喷嘴的直径和移动速度,以便顺利打印,但之后凝固成稳定的结构。

  “在材料和力学之后,第三部分是计算机科学,”Gelber说。“你有一个你想要制作的东西的设计;你如何告诉打印机来制作它?你如何计算出打印所有这些相交细丝的顺序,使其不会折叠?”

 

图3机器打印自由形态,融化的糖在空气中硬化。来源:Matthew Gelber

  伊利诺伊州的研究人员与香格里拉大学沃尔夫勒姆研究中心的Greg Hurst(格雷格赫斯特)合作,创建了一种算法来设计支架并绘制出印刷路径。

  Bhargava说,这种自由形态结构所具有的一个优点是它们能够制造出具有圆形横截面的细管,这在传统的聚合物三维印刷中是不可能的。当糖溶解时,它会留下一系列连接的圆柱形管和隧道,这些管和隧道可以像血管一样用于运输组织中的营养物质或在微流体装置中形成通道。

 

图4由异麦芽酮糖制成的3-D印刷的兔子与用于生物医学成像的发光红色染料混合。来源:TroyComi

  另一个优点是能够通过对打印机参数进行微小的改变来精确控制结构每个部分的机械特性。

  “例如,我们打印了一个兔子,原则上,我们可以改变兔子尾巴的机械特性,使其不同于兔子的背部,与耳朵也不同,”Bhargava说。 “这在生物学上非常重要,在逐层印刷中,你拥有相同的材料,并且堆叠的数量相同,因此调整机械性能非常困难。”

  Bhargava的研究小组已经在各种微流体装置和细胞培养物中使用支架,并且正在努力开发用于支架的涂层以控制它们溶解的速度。添加剂制造论文是基于Gelber论文工作的一部分,该论文详细介绍了如何构建打印机及其操作所需的计划算法,因为研究人员希望其他人可以使用他们的模型构建打印机并探索各种能够被应用的异麦芽糖结构。

  Bhargava说:“这台打印机是一个对生物研究具有长期影响的工程实例。这是与材料科学、计算机科学结合在一起的基础工程,为生物医学应用创造了有用的设备。”

  原文来自techxplore,原文题目为3-D printed sugar scaffolds offer sweet solution for tissue engineering, device manufacturing,由材料科技在线汇总整理。

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3D打印糖支架为生物器件制造提供了合适的解决方案

新材料在线 责任编辑:姚琳 2018/05/28

图1自由增材制造允许研究人员制作出十分复杂的结构,例如心脏模型,而这种结构是无法用传统的逐层3D打印方法制作出来的。该结构还可以用作组织工程或器件制造的支架。来源:Travis Ross, Beckman Institute(贝克曼研究所)

  最近,伊利诺伊大学的工程师们制造了一款3-D打印机,它为商业3-D打印机无法完成复杂结构的打印提供了一个十分完美的解决方案:它不是一层一层逐层堆积的固体外壳,而是制造了一个精致的硬化丝带网络,类似于棉花糖类型。

  这种水溶性、可生物降解的玻璃糖结构在生物医学工程,癌症研究和器件制造中有着广泛的应用。

  生物工程学教授兼伊利诺斯州癌症中心主任Rohit Bhargava说:“这是一种很好的方式来制造复杂形状,我们可以在其周围加入柔软材料或生长细胞和组织,然后再将支架溶解掉。一种可能的应用就是在实验室中生长组织或研究肿瘤。比如,细胞培养通常是在表面皿中进行,虽然给了我们细胞的一些特征,但它并不是一个非常好的方式来观察其在身体中是如何起作用的。在身体中,它有明确的形状,形状和功能密切相关。”

  在Additive Manufacturing杂志上发表的一篇论文中,该研究小组描述了自由形式打印用的材料和产品性能。自由形式意味着当喷嘴在空间中移动时,熔化的材料变硬,在后面留下坚固的结构——就像在半空中画图一样。

 

图2左起为伊利诺伊大学教授Rohit Bhargava,博士毕业生Matthew Gelber。他们开发了一种自由形式的3D打印机,可以为糖果制造用的支撑架。来源:伊利诺伊大学厄巴纳- 香槟分校

  本文的第一作者马修?格尔伯(Matthew Gelber)说,其他类型的糖印花已在之前被探索过,但在糖熔化或结晶方面存在问题。作者最近从巴尔加瓦的小组毕业并获得博士学位。

  伊利诺伊团队发现,糖醇麦芽酮糖醇可用于印刷应用,不易结晶。然后,他们建造了一台打印机,它可以将打印机参数正确组合并打印出稳定的isomalt结构——合适的温度,从喷嘴挤出的压力,喷嘴的直径和移动速度,以便顺利打印,但之后凝固成稳定的结构。

  “在材料和力学之后,第三部分是计算机科学,”Gelber说。“你有一个你想要制作的东西的设计;你如何告诉打印机来制作它?你如何计算出打印所有这些相交细丝的顺序,使其不会折叠?”

 

图3机器打印自由形态,融化的糖在空气中硬化。来源:Matthew Gelber

  伊利诺伊州的研究人员与香格里拉大学沃尔夫勒姆研究中心的Greg Hurst(格雷格赫斯特)合作,创建了一种算法来设计支架并绘制出印刷路径。

  Bhargava说,这种自由形态结构所具有的一个优点是它们能够制造出具有圆形横截面的细管,这在传统的聚合物三维印刷中是不可能的。当糖溶解时,它会留下一系列连接的圆柱形管和隧道,这些管和隧道可以像血管一样用于运输组织中的营养物质或在微流体装置中形成通道。

 

图4由异麦芽酮糖制成的3-D印刷的兔子与用于生物医学成像的发光红色染料混合。来源:TroyComi

  另一个优点是能够通过对打印机参数进行微小的改变来精确控制结构每个部分的机械特性。

  “例如,我们打印了一个兔子,原则上,我们可以改变兔子尾巴的机械特性,使其不同于兔子的背部,与耳朵也不同,”Bhargava说。 “这在生物学上非常重要,在逐层印刷中,你拥有相同的材料,并且堆叠的数量相同,因此调整机械性能非常困难。”

  Bhargava的研究小组已经在各种微流体装置和细胞培养物中使用支架,并且正在努力开发用于支架的涂层以控制它们溶解的速度。添加剂制造论文是基于Gelber论文工作的一部分,该论文详细介绍了如何构建打印机及其操作所需的计划算法,因为研究人员希望其他人可以使用他们的模型构建打印机并探索各种能够被应用的异麦芽糖结构。

  Bhargava说:“这台打印机是一个对生物研究具有长期影响的工程实例。这是与材料科学、计算机科学结合在一起的基础工程,为生物医学应用创造了有用的设备。”

  原文来自techxplore,原文题目为3-D printed sugar scaffolds offer sweet solution for tissue engineering, device manufacturing,由材料科技在线汇总整理。

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