科學(xué)家開(kāi)發(fā)微流控3D生物打印技術(shù)，可以更好地復(fù)制細(xì)胞結(jié)構(gòu)

2022年4月28日,，南極熊獲悉，美國(guó)史蒂文斯理工學(xué)院的一個(gè)研究小組目前正致力于開(kāi)發(fā)一種基于微流控技術(shù)的生物打印方法,。據(jù)悉,，這種微流控生物打印是一種操縱具有微米級(jí)特征的液體的技術(shù)。它有趣的地方在于,，這個(gè)項(xiàng)目將使研究人員有能力在比以前更小的范圍內(nèi)工作,，甚至可以創(chuàng)造任何類(lèi)型的人體組織。研究人員可以非常精確地復(fù)制人體細(xì)胞的生物特征,，從而推進(jìn)器官移植等工作,。

在羅伯特-張教授的領(lǐng)導(dǎo)下，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)計(jì)算模型,，以加速微流控生物打印并實(shí)現(xiàn)器官開(kāi)發(fā),。根據(jù)美國(guó)衛(wèi)生和人類(lèi)服務(wù)部衛(wèi)生資源和服務(wù)管理局的移植司（DoT）的數(shù)據(jù)，目前全國(guó)有105,940人在等待移植,。缺乏可供移植的器官對(duì)全國(guó)人民來(lái)說(shuō)是致命的,，而這個(gè)問(wèn)題有可能因?yàn)?D打印而得到解決。正如你可能知道的那樣,，生物打印能夠復(fù)制定制的細(xì)胞結(jié)構(gòu),，以促進(jìn)皮膚甚至器官等的創(chuàng)造。盡管我們離獲得3D打印的心臟或功能齊全的腎臟還很遠(yuǎn),，但正如這一最新進(jìn)展所清楚表明的,，進(jìn)步是真實(shí)的。

△微流控技術(shù)是一門(mén)操縱具有微米級(jí)特性的液體的科學(xué)

這個(gè)美國(guó)團(tuán)隊(duì)所進(jìn)行的研究可能會(huì)使生物打印領(lǐng)域的格局發(fā)生變化,，尤其是它是基于微流控技術(shù)的,。市場(chǎng)上的其他3D生物打印機(jī)主要是基于擠壓技術(shù)，即逐層擠壓油墨,，厚度約為200微米,。然而，由于有了微流控生物打印技術(shù),，它將有可能縮小到只有幾十微米,，并以這種方式擁有更接近于細(xì)胞本身的規(guī)模。

羅伯特-張解釋說(shuō),。"創(chuàng)造新的器官,，在不需要人類(lèi)捐贈(zèng)者的情況下拯救生命，這對(duì)醫(yī)療保健行業(yè)來(lái)說(shuō)將是一個(gè)巨大的好處,。然而,，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)是很棘手的，因?yàn)槭褂蒙�物墨水（充滿(mǎn)培養(yǎng)細(xì)胞的水凝膠）打印器官需要對(duì)打印的微纖維的幾何形狀和尺寸進(jìn)行一定程度的精細(xì)控制,，而目前的3D打印機(jī)根本無(wú)法實(shí)現(xiàn),。"

通過(guò)盡可能接近人體細(xì)胞的規(guī)模,，該團(tuán)隊(duì)將能夠重現(xiàn)每個(gè)細(xì)胞的更詳細(xì)的生物特征。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)微流控打印頭的計(jì)算機(jī)模型,，以控制諸如流速和流體動(dòng)力學(xué)等參數(shù),。這個(gè)模型使其能夠修改生物打印結(jié)構(gòu)的幾何形狀和材料特性。最重要的是,，它提供了混合幾種生物墨水的可能性,，因此也提供了混合幾種類(lèi)型細(xì)胞的可能性，以設(shè)計(jì)更復(fù)雜的器官,。

△目前的3D生物打印機(jī)主要基于擠壓工藝（圖片來(lái)源：Département06-Xavier Giraud）,。

BICO的Bio X 3D生物打印機(jī)，一個(gè)基于擠壓的系統(tǒng),。照片來(lái)自BICO,。

到目前為止，研究人員說(shuō)他們已經(jīng)用3D打印的支架打印了水囊,。但通過(guò)結(jié)合多種生物墨水,，他們希望能走得更遠(yuǎn)。Robert Chang總結(jié)說(shuō)："能夠在這種規(guī)模下操作,，同時(shí)精確混合生物墨水,，使我們有可能復(fù)制任何組織類(lèi)型。這項(xiàng)技術(shù)仍然很新,，我們不知道它能實(shí)現(xiàn)什么,，但我們知道它將打開(kāi)創(chuàng)造新結(jié)構(gòu)和重要新型生物應(yīng)用的大門(mén)。"

△微流控打印頭建模的示意圖和數(shù)值建模參數(shù),，圖片來(lái)自Stevens IoT,。