另闢蹊徑的TPU材料，通過FDM工藝製作組織培養支架

提起熱塑性聚氨酯（TPU），我們很容易將這種材料與製鞋業聯繫到一起，TPU的承載能力、抗衝擊性及減震性能突出，所以非常適合用來製作壘球鞋、棒球鞋、高爾夫球鞋、足球鞋鞋底及鞋前掌。不過，科學家們對 TPU的看法可不局限於此。

通過使用FMD熔融擠出技術，倫敦大學學院的Achala de Mel 博士和她的研究團隊3D列印了各種塑料管狀結構，可用於培養身體內的細胞組織。

商業化前景廣闊的

TPU 3D列印

通過這種方法，倫敦大學學院的研究人員將實驗室細胞培養的整體方法概念化，尤其是他們通過FDM這種3D列印工藝開創了經濟性的細胞組織培養方法，使得研究和患者護理領域不再那麼昂貴和高不可攀。

雖然不像PLA那樣常用，倫敦大學學院這個項目的研究重點是熱塑性聚氨酯（TPU）。 因為其獨特的可塑性和彈性質量，TPU被科學家們認為是可行的一種材料。

在3D印表機方面，科學家們選擇的是市售的兩種商業機器：Sharebot Next Generation和Rokit 3Dison Multi，價格在1,850美元到1,990美元之間。

科學家們使用Blender，Slic3r和Makerbot切片軟體創建了培養支架的CAD模型。

通過特別調整的TPU材料，Achala de Mel 博士的實驗室研究人員證明了快速製造各種不同管狀支架的能力。這些管狀支架具有不同直徑和厚度，其管狀彈性結構是許多器官的共同結構特徵。

這些管內的填充物被設計為細胞支架，用來支持細胞生長。支架可以設計成為細胞提供物理性質，例如剛性差異，幾何形狀，表面粗糙度和各向異性。細胞可以感知這些差異，並響應其增殖的變化。

Achala de Mel 博士發現3D列印允許在支架內創建多重組合（傳統製造方法很難達到如此高效和可重複性），從而科學家們可以通過大量的實驗獲得關於細胞對於不同的3D列印支架結構反應的信息，這些大數據以便工程師進行詳盡的分析，從而可以選擇更加合適的3D列印設計來生產支架，以達到預期的細胞反應。

在每個3D列印管狀支架的實例中，研究人員測試不同的大小和填充結構，以找到最適合於重建骨孔隙度的結構，因此有利於血管向內生長。

圖：I）各種3D列印管內部的填充結構。 II）管的形狀和尺寸。

研究管裝結構的快速迭代和開發是相對簡單的事情，研究人員隨後轉向創建一個模仿人類氣管結構的模型。

圖：3D列印氣管模型的結構

考慮到這些基礎結構，TPU的細胞培養潛力可以分為兩個樣本：一個與人類皮膚細胞結合，另一個與支氣管相關的幹細胞結合。在培養3和14天後，細胞顯示出生長和增殖的積極性。

圖：3D列印TPU細胞支架上的陽性細胞增殖。

關於3D列印細胞培養支架的商業化前景，Achala de Mel 博士十分看好，她認為下一步是討論監管資格和相關倫理，可以設想在不久的將來組織工程通過3D列印的影響將進入護理治療領域，其普遍性就像現在的藥店一樣。

根據3D科學谷的市場研究，TPU用於組織培養支架在美國也有研究案例，凱斯西儲大學就通過將TPU材料與PLA材料以及氧化石墨烯材料混合列印出具有優良的機械性能的細胞培養支架。

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