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首页 > 学术中心 > 行业资讯 > 棉花糖机3D打印人体毛细血管
 

棉花糖机3D打印人体毛细血管

 
发布日期:2016-02-15
 

    美国田纳西州纳什维尔市范德比尔特大学的机械工程助理教授Leon Bellan利用40美元的棉花糖机器研制出了人造毛细血管的新方法,该成果成功在《先进医疗材料》(Advanced Healthcare Materials)期刊发表。

静电纺丝

    人造毛细血管的常见生产方法是“静电纺丝”,但静电纺丝纤维是人体内原宽度的十倍。借助棉花糖搅拌装置进行医疗再利用的想法乍听之下非常疯狂其实不然。人体的毛细血管每根约10微米宽,向细胞输送氧气和营养物质,还能运输废料。人造毛细血管将会成为3D打印器官的重要部分,因为这些毛细血管可支持细胞和组织的生长。
    在棉花糖机器的旋转离心机中,糖被融化,然后经小孔挤出,糖粉变成细丝。科学界认为电纺纤维酷似棉花糖丝。在思考其相似之处后,Bellan想:为什么不尝试使用这台棉花糖机器来制作类毛细血管纤维?
    “大家在谈到电纺纤维时,常形容它们看起来像彩带、美式干酪或者棉花糖,”Bellan介绍说,“所以我决定试一下棉花糖机。花40美元买了台棉花糖机。实验证明,这台机器形成的细丝大约是人类头发直径的十分之一 ——与毛细血管尺寸大致相同,便于用其它材料制作通道结构。”
    不过,糖结构不适合细胞生长,因为在静电纺丝纳米纤维中注入细胞凝胶会导致溶解。受棉花糖机的启发,Bellan和他的团队研制出新设备,能搅拌出名为聚乙烯(N-异丙基)或PNIPAM的聚合物,人工制造毛细血管凝胶块。然后,在98.6华氏温度下将人体细胞与水凝胶的溶液倒入PNIPAM结构中。
    PNIPAM纤维的优点在于当温度高于89度时具有不溶性。随着细胞的拌入,类棉花糖结构依然牢固,但是,当温度降至临界值89度以下时,就会完全溶解,在细胞团内留下空通道。就像真正的毛细血管,氧气和营养物质可以通过这些通道传输。
    Bellan的技术手段能够让细胞活上一个多星期,比其他成熟技术的寿命更长。血管内90%的细胞存活并保持运作,而非纺丝纤维血管内只能达到60-70%。
    “有些专业人士认为这种做法有点疯狂,”Bellan说,“但如今我们已经证明,采用这种简单的技术,以细胞的方式,成功效仿立体的人体毛细血管系统。一般来说,打造平面血管网络并不难,但三维立体就增加了难度。此方法可根据需要打造三维系统。”
 
 
 

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