近日，美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的科學(xué)家們找到了一種方法，可以用一臺(tái)3D打印機(jī)打印出精細(xì)的軟結(jié)構(gòu)。這種新型3D打印機(jī)能夠打印出傳統(tǒng)上“不可能”實(shí)現(xiàn)的形狀，比如為細(xì)管打結(jié)等。該技術(shù)主要是將噴嘴深入一種凝膠中進(jìn)行打印，這種凝膠能夠固化從噴嘴中擠出的油墨，最終產(chǎn)物是一種柔軟但穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)。研究人員認(rèn)為，該技術(shù)克服了3D打印的一些限制，并可能對(duì)組織工程有用，對(duì)神經(jīng)外科和癌癥研究人員會(huì)有很大的幫助。

3D打印的硅膠水母

據(jù)了解，項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)觀察到3D打印對(duì)象在成型之后具有變形的傾向，這多是由于表面張力、重力和粒子擴(kuò)散等原因。為了解決這個(gè)問(wèn)題，該研究團(tuán)隊(duì)在佛羅里達(dá)大學(xué)機(jī)械和航空航天工程系助理教授Thomas Angelini的帶領(lǐng)下，充分利用了在市場(chǎng)上銷售的一種由7μm寬粒子組成的顆粒狀水凝膠的物理屬性。

這種凝膠有點(diǎn)類似于去掉了乙醇和香料的普通洗手液，它能夠根據(jù)應(yīng)力狀況迅速?gòu)墓腆w切換到液體狀態(tài)。Angelini先生是這樣描述它的：“當(dāng)你用手指壓住它、搓動(dòng)它的時(shí)候，這些顆粒可以流動(dòng)。它暫時(shí)流態(tài)化了。但是當(dāng)你把手指拿開后，它又變成了固體。”

因此使用這種凝膠作為3D打印的基質(zhì)材料可以解決生物打印中與固體和液體當(dāng)量相關(guān)的問(wèn)題。更為固體的基質(zhì)材料很容易被3D打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件損壞，而一個(gè)偏液態(tài)的基材又無(wú)法支持精細(xì)的結(jié)構(gòu)。通過(guò)使用顆粒狀凝膠，研究人員能夠制造出遠(yuǎn)比以前更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種凝膠在它正在3D打印的時(shí)候可以支持不完全的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，研究人員可以通過(guò)3D打印機(jī)噴頭在凝膠內(nèi)部注入不同的材料來(lái)繪制結(jié)構(gòu)。這些材料包括從硅氧烷聚合物到活細(xì)胞在內(nèi)的任何對(duì)象。然后，一旦3D打印完畢，這些凝膠可以輕輕洗去，留下3D打印對(duì)象不變。

“不管從噴嘴里出來(lái)的是什么，它都會(huì)被困在我們安放它的空間里。”Angelini解釋說(shuō)，“所以在這種凝膠中的3D打印已經(jīng)不再是我們印象中的堆積出能夠支撐自身的固體對(duì)象的那種過(guò)程；而是借助凝膠來(lái)將噴嘴里擠出的物質(zhì)固定在指定的位置。”

Angelini繼續(xù)解釋說(shuō)，這種植入式3D打印的概念——即在某種液體或固體物質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行3D打印的——非常值得研究人員進(jìn)一步完善。 “它改變了你印象中的3D打印方式，”他說(shuō)。“你不用再考慮將某種材料融化然后堆積出某種結(jié)構(gòu)，您只需要將材料從針/噴嘴中擠出，由（基質(zhì)材料）組成的空間就會(huì)將它留在指定的位置，您可以用它打印出任何結(jié)構(gòu)。”

在過(guò)去一年中，該團(tuán)隊(duì)使用這種機(jī)器3D打印出了使用7種不同類型活細(xì)胞構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其中包括來(lái)自一位病人的原代細(xì)胞。Angelini和他的同事們甚至打印出了一個(gè)硅膠水母和完全使用人體主動(dòng)脈細(xì)胞打印的靜脈懸浮網(wǎng)絡(luò)。更加令人印象深刻的是，他們的3D打印機(jī)可以以大約一微米，或者人的頭發(fā)絲1%寬度的分辨率進(jìn)行打印。