什么是“按需降解”的3D打印生物材料？

布朗大學(xué)的工程師們開發(fā)出一項(xiàng)技術(shù)，使用該技術(shù)能制造出“按需降解”的 3D 打印生物材料。這種材料可以用來制造圖案復(fù)雜的微流體裝置或動(dòng)態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)物。之所以能按需降解與一種特殊的化學(xué)觸發(fā)有關(guān)。此外，在材料制造過程中，研究人員還使用了一種立體光刻技術(shù)來制造 3D 打印結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)帶有潛在可逆的離子鍵。

之前從來沒有人用 SLA 3D 打印機(jī)來做這件事情，為了弄清楚如何操作，研究人員用藻酸鹽制作溶液。藻酸鹽是一種來自海藻的復(fù)合物，能進(jìn)行離子交聯(lián)。

通過使用不同的離子鹽組合，包括鎂、鋇和鈣，布朗大學(xué)研究人員制造出有著不同剛度水平的 3D 打印物體，剛度是影響結(jié)構(gòu)溶解速度的一個(gè)因素。

“我們的想法是，當(dāng)離子被去除時(shí)，聚合物之間的連接應(yīng)該會(huì)斷開。通過加入一種捕獲所有離子的螯合劑，我們可以去除離子，”研究人員解釋說，“這樣，我們可以組合瞬態(tài)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)會(huì)在我們需要的時(shí)候解體?！?/p>

那么，這種可以按需降解的 3D 打印結(jié)構(gòu)有什么用呢？這方面，研究人員有幾個(gè)想法。

一方面，藻酸鹽可以用作一個(gè)模板，來制造帶有復(fù)雜微流體通道的一個(gè)芯片上的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備?！拔覀兛梢杂迷逅猁}來打印通道形狀，然后在它周圍用另外一種生物材料來打印一個(gè)永久性結(jié)構(gòu)，”研究人員解釋說，“然后我們簡單地將藻酸鹽溶解掉，這樣就得到了一個(gè)空心通道，而不需要任何切割或復(fù)雜的裝配。”

這種立體光刻技術(shù)也可以用來為活細(xì)胞實(shí)驗(yàn)制造動(dòng)態(tài)環(huán)境。具體的做法是，用人類乳腺細(xì)胞將海藻酸鹽屏障圍起來，當(dāng)屏障被溶解時(shí)，細(xì)胞會(huì)以特定的方式遷移。這會(huì)有助于癌癥研究以及人造組織和器官的制造，因?yàn)閷?duì)人體細(xì)胞來說，藻酸鹽屏障沒有任何毒性。

“我們可以開始考慮在人造組織中使用這種方法。在人造組織中，您可能希望出現(xiàn)類似血管的通道，”研究人員說，“我們可以用藻酸鹽模擬脈管系統(tǒng)，然后再將藻酸鹽消解掉?！?/p>

現(xiàn)在，研究人員計(jì)劃繼續(xù)研究該項(xiàng)目，以更好地控制打印結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和降解速度。這項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在《Lab on a Chip》上。