适合人体移植的3D打印医疗植入物研究有哪些？

随着时间的推移，生物3D打印技术也取得了一些不错的进展。但距离真正实现生物3D打印器官和组织的移植仍有几十年之久。与此同时，科学家们重新将该技术用于3D打印生物相容性高精度硅胶植入物。

但像生物材料或硅树脂之类的软质材料难以进行3D打印，因为它们不能像3D打印机通常所使用的刚性材料一样能支撑自身。在2015年，佛罗里达大学的Tommy Angelini实验室开发了一种新的3D打印软材料，通过将其注入到类似于消毒剂的颗粒状凝胶中，在打印时支撑它们。这使得他们可以使用水凝胶、硅胶和其他聚合物打印各种形状，包括允许外科医生在进行手术之前进行手术的器官复制。他们还设法使用该方法打印活细胞，这表明它对生物3D打印有帮助。虽然近年来在生物打印方面取得了重大进展，但实际医疗用途还有几十年的时间。科技分析师IDTechEx预测，到2027年，全球生物3D打印市场的价值将达到18亿美元，但这一增长将取决于药物筛选和化妆品及其他消费品的开发等应用。相比之下，硅胶已经广泛应用于医疗植入物，包括用于排出体液的导管、起搏器和为气道设计的支架。3D打印这些设备可以使高度定制的植入物生产成本更低和生产速度更快。但是，两年前Angelini和同事所设计的方法能够实现硅胶3D打印，其精度和实力都有限。这是由于颗粒状凝胶材料是水性的，与油性硅油墨不相容。现在该集团已经创建了新的油基凝胶，使其能够以超高精度3D打印硅胶结构，并且耐用性也很高。这使得他们能够创建3D支架、中空血管网络、功能流体泵，甚至模型气管植入物。Angelini在新闻稿中说：“事实上，我们可能需要几十年的时间才能把3D打印的组织和器官广泛植入病人身上。相比之下，无生命的医疗器械已被广泛用于植入。我们先于其他生物3D打印技术开发，硅胶器件可以广泛使用，而无需技术上的有限延迟。”研究人员说，新方法将3D打印硅胶组件的最小特征尺寸降低了一到两个数量级，开辟了一系列新的可能性。该研究小组展示了坚固的管道，墙壁的厚度仅为450微米，能够打印更精细的结构，但凝胶的粘度使得不可能去除微细的部件而不损坏它们。他们还展示了建造一个水泵的能力，该泵在两个室内使用两个自由浮动球作为一系列单一步骤打印的阀门。通过在其周围3D打印室来封装某物的这种能力也可以应用于制造药物释放装置。能够使用生物相容性材料（如硅胶）以这样的精度进行打印，不仅可以使当前的医用植入物更坚固、更便宜、更灵活和更可定制，还可以通过复杂的阀门和管道网络构建更复杂的装置。从长远来看，Angelini的研究小组仍然专注于生物打印，但这可能在此期间成为一个有用的缩影。