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Biofabrication: 手持式原位生物打印機

時間:2021-03-23 16:29:46點擊量:181 作者:楊超月

  2020年,多倫多大學Axel Günther教授團隊Biofabrication上發表了題為“Handheld instrument forwound-conformal delivery of skin precursor sheets improves healing infull-thickness burns”的文章。文章主要介紹多倫多大學(UoT)和森尼布魯克健康科學中心的研究人員開發了一種手持設備,該設備能夠生物3D打印可以治愈傷口的皮膚。該設備被描述為“手持式3D打印機”,可以沉積覆蓋傷口的生物墨水形成的材料片,有助于加速皮膚的愈合過程。它被設計為原位解決方案,以幫助加速嚴重大面積燒傷患者的傷口愈合過程。

  根據世衛組織的公開資料顯示,2018年全世界死于燒傷的人數大約有18萬,然而18年時市場上常見的生物打印機,體積巨大,打印速度較慢,無法實際應用臨床治療。而Axel Günther教授團隊研發的手持生物打印機克服了以上缺點,并通過實驗驗證了由該設備打印的材料覆蓋在燒傷處是具有愈合作用的,該手持式打印機樣機如圖1所示。

  


  圖1 手持式打印機三維圖

  如圖2所示是該手持式打印機的工作原理,該手持式打印機正在工作的圖片,通過滾輪將導管中的生物材料壓成均勻的生物薄片,從而覆蓋在受傷的皮膚處。

  


  圖2 工作原理

  作者在進行動物實驗之前,通過物理實驗得到了不同的打印設備在不同的打印流量條件下的打印出來的生物材料的成型情況,如下圖3所示,可以看出來在不同的流量條件下,打印材料的成型情況不同。

  


  圖3 不同流量條件下打印材料成型情況

  如圖4為手持式設備在將含有纖維蛋白生物材料沉積到豬全厚度燒傷模型上的過程,其中只有微流控打印頭和硅膠輪與傷口基質接觸。其中圖4中左右兩個圖為手持式打印設備不同打印角度過程。

  


  圖4 實際打印過程

  如圖5所示,為實際手持式打印設備的實際打印效果,左邊為沒有覆蓋的生物打印材料的傷口,右邊為打印后覆蓋生物材料的傷口。

  


  圖5實際打印效果

  圖6三張圖片不同狀態下皮膚組織顯微結構,分別為健康的皮膚,燒傷后的皮膚,以及由生物材料修復的燒傷傷口的皮膚,發現使用手持式打印設備對燒傷后的皮膚進行輔料,是有一定的愈合效果的。

  圖6 不同狀態下皮膚的顯微結構

  https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ab6413

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