机器人生物3D打印平台旨在从体内治愈胃部伤口
时间：2020-08-21 09:42 来源：中国3D打印网 作者：中国3D打印网 阅读：次
如果不及时治疗，一个人的胃壁上的开放性伤口会变得非常严重，甚至需要进行手术。“柳叶刀研究表明，胃壁损伤是消化道最常见的疾病之一，全世界约12％的人口在不同程度上患有胃壁损伤。最近的研究表明，常见的胃壁损伤的主要原因是幽门螺杆菌在消化道内部对粘膜的保护作用减弱。徐教授和赵教授在论文中写道，主流治疗方法包括保守药物和外科治疗。“目前，关于将生物打印技术应用于胃道组织修复的研究很少，但这是一个值得探索的领域。为了进行体内原位生物打印，第一步是开发可用的微型生物打印机，在此基础上，我们可以继续进行后续研究，以创建具有生物活性的组织。本文是研究通过原位体内生物打印修复组织的新方法的第一步。”
以胃壁损伤治疗为例的原位体内生物打印示意图。
他们共同创建了一个微型生物打印平台，该平台足够小，可以安装在内窥镜上，因为插入时它实际上可以折叠成更薄的自身版本，然后在内部打开后就可以到达特定位置为了完成原位3D打印以治疗伤口。据中国3D打印网了解，平台的工作空间的投影应该大于平台的横截面面积，因此，平台可以有尽可能多的工作空间，同时仍可以将其最小化。这就是研究人员选择Delta机器人的原因，这意味着它的头部由移动的平台和固定的刚性底座组成，并由彼此独立移动的三个手臂或运动链围绕。
每个运动链由一个驱动臂和一个被动臂组成，它们通过球形铰链连接。后者由平行四边形闭环组成，以保持移动平台水平移动。但是，在这种微型平台上很难处理球形铰链，因此我们使用PC-MEMS技术创建了两个垂直旋转关节，该关节由两个刚性层和一个具有挠性旋转轴的柔性层组成，以代替原来的球形铰链。运动链。
生物打印平台的制造。 （A）Delta机器人处于正常状态。 （B）Delta机器人处于折叠状态。 （C），（D）生物打印平台固定底座的制造。 （E）使用PC-MEMS技术的运动链层压。 （F）运动链。 （G）具有运动链的移动平台。
一旦平台将其自身向下折叠以进入体内，然后其三个臂引导管子，该管子将两种不同类型的水凝胶生物墨水挤压成两个独立的层，以构建覆盖胃伤口的支架。一种生物墨水包含人胃上皮细胞，另一种具有人胃平滑肌细胞。为了测试平台完成生物打印任务的能力，徐教授和赵教授确定需要“执行组织支架所需的基本轨迹”，并为他们的实验开发了胃模型。他们使用Materialize Mimics软件重建人胃的CT数据，并使用立体光刻技术从透明树脂和模仿内窥镜的弯曲管中打印出模型。这对夫妇将他们的生物打印平台固定在管道上，并在其中安装了23号针头，该针头通过聚四氟乙烯（PTFE）管连接到注射器，以减少实际挤出过程中的摩擦。
生物打印实验设备。 （B）原位体内生物打印的过程。 （C）在交联之前，由GES-1细胞和HGSMC组成的印刷2层组织支架。 （比例尺：1厘米）。 （D，E）具有有利的机械性能的印刷的8层支架。
“我们以两种方式对系统进行了测试。首先，用人胃和内窥镜的生物模型模拟该过程的插入和打印操作元素。其次，我们在细胞培养皿中进行了生物打印测试，以测试该设备在生物打印活细胞和修复伤口方面的有效性。“为期10天的细胞培养表明，打印的细胞保持高活力和稳定的增殖，这表明打印的组织支架中的细胞具有良好的生物学功能。”两层结构稳定，纤维光滑，八层脚手架轮廓清晰，形状保真度高，同时又足够小，可用镊子捡起。在实验成功的同时，他们仍然需要完善系统，例如使机器人的3D打印平台变得更小，并进一步改善生物墨水。他们总结说：“相应的内窥镜和其他部件（如检测系统）也将被设计和集成，以实现原位体内生物打印。”
原型机器人的特写镜头在人的胃的3D打印的模型内。（来源：清华大学）
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