神奇的棉花糖机来3D打印能打印什么？

互推小编 2024-02-28

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美国田纳西州纳什维尔市范德比尔特大学的机械工程助理教授Leon Bellan在《先进医疗材料》（Advanced Healthcare Materials）期刊发表了一篇文章，介绍说利用40美元的棉花糖机器研制出了人造毛细血管的新方法。借助棉花糖搅拌装置进行医疗再利用的想法乍听之下非常疯狂，其实不然。人体的毛细血管每根约10微米宽，向细胞输送氧气和营养物质，还能运输废料。人造毛细血管将会成为3D打印器官的重要部分，因为这些毛细血管可支持细胞和组织的生长。人造毛细血管的常见生产方法是“静电纺丝”，但电纺纤维是人体内原宽度的十倍。

在棉花糖机器的旋转离心机中，糖被融化，然后经小孔挤出，糖粉变成细丝。科学界认为电纺纤维酷似棉花糖丝。在思考其相似之处后，Bellan想：为什么不尝试使用这台棉花糖机器来制作类毛细血管纤维？“大家在谈到电纺纤维时，常形容它们看起来像彩带、美式干酪或者棉花糖，”Bellan介绍说，“所以我决定试一下棉花糖机。花40美元买了台棉花糖机。实验证明，这台机器形成的细丝大约是人类头发直径的十分之一 ——与毛细血管尺寸大致相同，便于用其它材料制作通道结构。”

不过，糖结构不适合细胞生长，因为在纺丝纤维中注入细胞凝胶，会导致溶解。受棉花糖机的启发，Bellan和他的团队研制出新设备，能搅拌出名为聚乙烯（N-异丙基）或PNIPAM的聚合物，人工制造毛细血管凝胶块。然后，在98.6华氏温度下将人体细胞与水凝胶的溶液倒入PNIPAM结构中。PNIPAM纤维的优点在于当温度高于89度时具有不溶性。随着细胞的拌入，类棉花糖结构依然牢固，但是，当温度降至临界值89度以下时，就会完全溶解，在细胞团内留下空通道。就像真正的毛细血管，氧气和营养物质可以通过这些通道传输。

Bellan的技术手段能够让细胞活上一个多星期，比其他成熟技术的寿命更长。血管内90％的细胞存活并保持运作，而非纺丝纤维血管内只能达到60-70％。“有些专业人士认为这种做法有点疯狂，”Bellan说，“但如今我们已经证明，采用这种简单的技术，以细胞的方式，成功效仿立体的人体毛细血管系统。一般来说，打造平面血管网络并不难，但三维立体就增加了难度。此方法，可根据需要打造三维系统。”

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