3D列印糖支架可能對生物列印和微流控產生影響

眾所周知，異麥芽酮糖醇是一種糖醇，用於製造潤喉糖，可以減輕喉嚨疼痛，並且可以幫助挽救生命。生物3D列印最困難的部分之一就是開發用於形成3D列印組織的支架，但伊利諾伊大學工程師已經發現了一種材料，可以很好地製作3D列印的支架 ，這就是糖，特別是異麥芽酮糖醇。

水溶性可生物降解的異麥芽酮糖醇可以使用稱為自由形態3D列印技術進行3D列印，該技術本質上是在半空中繪製-糖隨著空氣的射入而變硬，從而使其能夠保持其結構，而不會立即在其下面形成另一層。這使工程師能夠列印精緻的細絲網格，而不是固體物體。

伊利諾斯大學生物工程學教授兼癌症中心主任Rohit Bhargava說：「這是一種很好的方式來創造形狀，我們可以在其周圍設計柔軟材料或生長細胞和組織，然後支架溶解掉。例如，一種可能的應用是在實驗室中培養組織或研究腫瘤。細胞培養通常在平皿上完成。這給了我們一些細胞的特徵，但它不是一個非常有活力的方式來看待一個系統在身體中的實際功能。在身體里，有明確的形狀，形狀和功能是非常密切相關的。」

之前，糖已經被用於3D列印，但它很容易燃燒或結晶。如同在題為「Model-guided design and characterization of a high-precision 3D printing process for carbohydrate glass」的論文中所解釋的那樣。研究人員構建了一台特殊的3D印表機，該印表機具有合適的溫度、噴嘴壓力和直徑，並能夠快速列印物料。

「繼材料和力學之後，第三部分是計算機科學，」博士畢業生和論文的第一作者Matthew Gelber說。「你有一個你想要做的事情的設計，你如何告訴印表機製作它？你如何計算出所有這些相交的細絲的序列，以便它不會摺疊？」

伊利諾斯大學的研究人員與Wolfram Research的Greg Hurst合作創建了一種設計腳手架和繪製列印路徑的演算法。

3D列印自由形式結構的一個優點是它們可以製造具有圓形橫截面的細管，這在傳統的3D列印中是不可能的。當糖溶解時，它會留下連接的圓柱形管和隧道，這些管和隧道可以像血管一樣起作用，在組織中傳輸營養物或在微流體裝置中創建通道。此外，通過對3D印表機參數進行微小改變，可以精確控制物體各部分的機械特性。

「例如，我們列印了一個兔子。原則上，我們可以改變兔子尾巴的機械特性，使其與兔子的背部不同，但與耳朵不同，」Bhargava說。「這在生物學上非常重要。在逐層列印中，您擁有相同的材料，並且沉積的量相同，因此調整機械性能非常困難。」

Bhargava和他的團隊正在將糖支架用於各種微流體裝置和細胞培養物，並努力為支架控制其溶解速度。最近發表的論文是基於Gelber論文工作的一系列出版物的一部分，其重點是如何構建特殊的3D印表機並創建操作它所需的演算法。研究人員希望其他人可以使用他們的模型來構建印表機並探索異麥芽酮糖醇結構的不同應用。

Bhargava說：「這台印表機是一個對生物研究具有長期影響的工程實例。這是與材料科學和計算機科學結合在一起的基礎工程，為生物醫學應用創造了有用的設備。」

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