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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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機械系研發(fā)SPIRIT逐級懸浮打印技術，讓3D打印復雜器官有形更有“魂”
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清華新聞網2月22日電 近日，清華大學機械系熊卓副教授、張婷副研究員課題組研發(fā)了一種逐級懸浮3D打�。⊿equential Printing in a Reversible Ink Template，簡稱SPIRIT）技術，能夠實現(xiàn)具有復雜外部結構和內部血管網絡的組織器官快速構建，并成功打印了含可灌注血管網絡的心室模型，有效拓展了常規(guī)擠出3D打印的技術邊界，有望加速工程化組織器官在醫(yī)學領域的轉化應用。 復雜組織/器官的體外功能化重建是生物制造與再生醫(yī)學領域長期以來的努力目標。近年來，生物3D打印技術迅猛發(fā)展，通過活細胞和生物材料的精確組裝，在復雜組織和器官構建方面具有巨大的優(yōu)勢。然而，現(xiàn)有的生物3D打印技術仍存在一定的局限性。以心臟構建為例，現(xiàn)有技術雖然可以打印構建復雜的心臟腔室結構，但難以重現(xiàn)對心臟功能具有重要作用的心血管系統(tǒng)及其他脈管系統(tǒng)（如心臟電傳導系統(tǒng)和神經系統(tǒng)），使得打印的心臟模型徒具有外形，缺乏內在的“靈魂（SPIRIT）”，無法發(fā)揮真正的心臟功能。因此，亟需開發(fā)一種新型生物3D打印工藝，以實現(xiàn)復雜器官的外部幾何結構（對應心臟“腔室結構”）和內部精細特征（對應心臟“脈管系統(tǒng)”）的耦合構建。 20230221-機械系研發(fā)SPIRIT逐級懸浮打印技術，讓3D打印復雜器官有形更有“魂”！-機械系-SPIRIT技術特點.PNG SPIRIT技術特點 該研究開發(fā)的SPIRIT技術正是為了解決該挑戰(zhàn)，通過在打印復雜器官結構的同時耦合構建血管網絡，主要包括：第一級打印，在懸浮介質中打印生物墨水，獲得組織和器官的復雜外部結構；第二級打印，將犧牲墨水打印到初次打印但未交聯(lián)的結構中，獲得自由形態(tài)的血管網絡；原位交聯(lián)使打印結構定型，同時通過去除懸浮介質和犧牲墨水獲得含自由血管網絡的復雜器官。 該技術的關鍵在于使用一種能夠同時作為打印墨水和懸浮介質的生物材料。因此，該研究采用了課題組前期開發(fā)的微凝膠雙相生物墨水，其在較寬的溫度范圍內表現(xiàn)出良好的剪切稀化、自愈合以及快速光交聯(lián)特性，是理想的“墨水材料”。利用SPIRIT技術，成功打印構建了含可灌注血管網絡的心室模型，這是現(xiàn)有生物3D打印技術所無法實現(xiàn)的。此外，SPIRIT技術能夠顯著縮短復雜器官的打印時間，有助于提高打印活性，同時兼容現(xiàn)有的材料體系，為復雜器官的體外打印構建提供了新的解決思路。 通過SPIRIT技術打印構建含分級血管網絡的心室模型 近日，研究成果以“通過拓展懸浮生物3D打印能力構建含自由血管網絡的復雜器官”（Expanding Embedded 3D Bioprinting Capability for Engineering Complex Organs with Freeform Vascular Networks）為題被材料領域知名期刊《先進材料》（Advanced Materials）正式錄用并在線發(fā)表。 論文第一作者為清華大學機械系方永聰助理研究員，通訊作者為清華大學機械系熊卓副教授，論文作者還包括清華大學機械系孫偉教授、張婷副研究員、2020級碩士生郭依涵、2022級博士生吳炳炎等。該研究得到國家自然科學基金聯(lián)合基金重點項目、清華大學人才引進啟動經費基金、國家重點研發(fā)計劃項目和中國博士后科學基金特別資助等的支持。 論文鏈接： https://doi.org/10.1002/adma.202205082 供稿：機械系 題圖設計：梁晨 編輯：李華山 審核 |
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