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4D打印技術的名義,或將引燃生物醫療領域

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-12-26瀏覽次數:1777

憑借豐富的印刷材料和更大規模的印刷品分辨率,3D打印技術正變得越來越成熟。如今,3D打印已經大大改變了人們的生活,這已經為人們所熟知和應用。然而,使用傳統的3D打印技術將具有“形狀記憶”特性的聚合物纖維結合到復合材料中,制造的產品被賦予另一種形狀,但它們是不可移動的,并且如果沒有人為干預,它們將始終保持原樣。即它只考慮打印對象的初始狀態,并假設打印對象是靜態和無生命的。 4D打印技術就像一場“星火”,很快就會成為“原創”!

所謂的“4D打印技術”,即傳統的“3D打印技術”增加了“時間”變量,它不僅包含長度,寬度和高度的3D尺寸,而且還增加了時間尺寸以便打印對象可以隨時間變化。自我調整形態結構中的智能,最后自動滿足預設計要求。通過這種方式,技術人員可以將其引入更多的現場應用中。

一。 4D打印技術在生物醫學領域的應用

4D印刷技術材料響應于生物相容性材料,其可以根據外部刺激(包括溫度,水,磁場等)重塑形狀,以產生類似于肝臟和心臟的更復雜的天然組織結構。因此,4D打印技術將對功能組織或器官的生物打印作出重大貢獻。

1.組織工程

隨著4D生物印刷技術的快速發展,有望實現體外仿生血管的構建。例如,自折疊聚合物可以通過包封不同類型的細胞來制備,并且可以在水中形成多層管狀結構。另一種方法是通過細胞在4D生物打印中自組織的能力來產生血管。由于血管生成是組織工程中的關鍵,并且對血管的需求很大,因此實現仿生血管的體外構建將極大地改善當前的血管困境并使大多數患者受益。

此外,4D生物打印技術也可用于打印諸如骨骼的硬組織。首先,印刷具有網格圖案的聚合物骨,并將源自上鼻甲組織和下鼻甲組織的間充質干細胞施用于骨以進行移植。在短暫的孵育期后,印刷的骨組織移植物變得成熟。對體外和體內無細胞移植物的研究已發現改善的骨誘導和骨傳導性質。然而,移植的骨骼不具有天然骨骼的機械強度。需要進一步努力來增加這些印刷骨組織的強度。

2.藥物輸送

4D生物打印技術精確控制不同組分的空間分布,以可編程方式釋放或包封藥物和細胞。

一般而言,4D生物印刷技術是為3D打印添加“時間”的第四維度。它主要以兩種方式實施,一種基于材料變形,另一種基于組織工程結構的成熟。 4D生物印刷技術在獲取組織功能結構,刺激引起的結構變形,控制藥物釋放等方面取得了進展,但仍處于起步階段,還有許多亟待解決的問題。

二。 4D打印技術面臨的問題

首先,可用于打印的響應材料是有限的。大多數材料僅反映在一個刺激中。然而,在人類中,復雜的微環境由多個系統維持以維持穩定性,例如神經調節,流體調節和自我調節。因此,能夠響應各種生理信號的自變形印刷材料對于4D生物打印技術的醫學應用是非常有利的。除了發現新材料之外,未來的研究方向是使現有的響應材料得以印刷并同時解決生物排斥問題。

其次,4D生物打印技術的現有結構變形僅僅是變形,例如折疊,展開,自組織等。主要是因為這些變形發生在宏觀尺度上,這限制了對印刷物體演變的精確控制。

三。 4D打印技術產品前景廣闊。

無論是德國工業4.0,美國工業互聯網,還是“中國制造2025”,無論采用哪種工業生產模式,在工業生產過程中,都需要大量的裝配成本,并在工藝中引入4D印刷工業生產。可以消除組裝成本,從而大大降低產品的生產成本。

4D打印技術可以根據用戶的需求生產出客戶需要的產品,滿足用戶的個性化需求,實現個性化定制,使企業也可以根據客戶的需求實時制造,無需原始物資囤積,企業也不必擔心資金鏈融化的問題,并減輕資本運作的壓力。

未來的任務之一是通過調整外部刺激來精確控制微觀事物,如4D生物打印方向,功能,形狀等。提高打印分辨率可能是實現精確控制失真的一種解決方案,我們應該投入更多精力研究敏感的生物材料,以提高打印分辨率。基于細胞成熟的4D生物打印技術,如果您可以控制細胞排列,您可以更好地模擬體內組織。例如,血管通常包括三層:內皮細胞,平滑肌細胞和成纖維細胞。使用4D技術,如果可以控制細胞定位(尤其是平滑肌細胞的方向),則可以使結構功能化,使得印刷材料更像人體。簡而言之,4D生物打印技術為生物工程開辟了一扇新的大門,作為解決組織工程和藥物輸送問題的新工具。

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