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3D打印技术在植入式医疗器械中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-03-21  来源:南极熊   浏览次数:483
  3D打印皮肤、义眼和假肢
 
  意大利Bologna的一家脱发研究实验室——Cesare Ragazzi实验室(CRLab),通过引入3D打印技术为顾客打印假发。他们首先3D扫描患者的头骨,在此基础上制造出一个铸模,并仔细注意脱发的位置。由于3D扫描和测量数据可以以电子邮件的方式发送给在意大利的CRLab,所以患者甚至不必亲自到场。根据测量结果,医生会3D打印出患者的颅骨和头皮的模型,再以3D技术在此基础上调制基部并打印假发。
 
  Biologique Recherche公司利用静电纺丝3D打印技术,将(皮肤)透明质酸化合物注入通电旋转设备,将其转换为纳米纤维,然后打印出条形的纳米纤维“皮肤”(图10)。这些“条形皮肤”富含透明质酸和胶原蛋白、蛋白多糖,可以贴合人类皮肤,溶解渗入到皮肤组织中。这种薄膜片可以在皮肤中渗透流通,保持水分。薄膜成分有助于修复皮肤损伤,加快愈合。
3D打印技术在植入式医疗器械中的应用
图10 3D打印的“第二层皮肤”
 
  比利时鲁汶大学学术医院用锥形束CT(CBCT)技术为一位68岁的男性患者开发出了世界上第一个3D打印的义眼(图11)。CBCT是牙科手术中一个很常见的辅助手段,因为它不用造成损伤就能为患者的口腔进行建模,但是用于义眼的制造还是第一次。这种义眼尚不具备可视功能,但能改善眼部周围肌肉组织状态。
3D打印技术在植入式医疗器械中的应用
图11 3D打印义眼
 
  Autodesk公司使用3D打印假肢为德国自行车运动员丹妮丝·申德勒3D打印了能在比赛中使用的假肢(图12)。英特尔公司与3D Systems公司合作,将3D打印与信息技术结合,为一个西班牙的小男孩量身定做了一个植入了Intel核心处理器的仿真3D打印假手。
3D打印技术在植入式医疗器械中的应用
图12 丹妮丝·申德勒和她的3D打印假肢
 
  此外,在澳大利亚布里斯班开发的一项新技术,能为天生耳畸形的儿童们提供耳朵假体。该技术使用孩子自身的细胞在生物反应器中生长出3D耳朵。通过应用3D打印技术,假体的预估成本不超过一副眼镜的价格。
 
  3D打印药丸
 
  伦敦大学药学院的研究人员进行的一项研究表明:立体光固化成型(SLA)技术可以用于制作3D打印药物(图13)。这项名为“口服药服定剂量释放光固化3D打印(Stereolithographic(SLA)3D printing of oral modified-release dosage forms)”的研究展示了利用SLA 3D打印技术生产“载药型药物”的可能性和适用性,研究人员们表示,这样一个发现为他们提供了更多制药选择的可能性,能在打印前将药物与光固化结合在一起,保持药物内部的“固化矩阵”,从而减少药物降解。2016年3月,FDA批准的癫痫药物SPRITAM便是使用3D打印技术制造药片特殊的结构,以便其更快速溶解。
3D打印技术在植入式医疗器械中的应用
图13 SLA 3D打印药物流程
 
  3D打印活体器官和组织
 
  生物打印制备活体器官和组织是方兴未艾的研究方向。荷兰乌德勒支大学已经建立了世界第一个生物打印实验室。瑞典Cellink公司开发的两种全新的生物油墨能提高人们生物打印人体组织和器官的能力,第一种生物油墨是CELLINK A(图14),由超纯海藻酸钠组成,这种可降解的生物油墨最适于支架材料必须被本体组织取代的情况,在促进组织再生方面有良好使用性能;另一种生物油墨被称为SUPPORTINK,可用于帮助打印复杂的3D结构,一旦细胞被打印出来并稳定之后,SUPPORTINK可以很容易地从结构中去除,只需一次简单地冲洗即可,它可以被用于创建具有开发的类似血管网络的组织模型。生物油墨能够很快帮助将实验从体外(用在微生物、细胞上)转向实际的临床应用。
3D打印技术在植入式医疗器械中的应用
图14 瑞典Cellink公司开发的生物打印油墨
 
  2016年,美国Battelle Center医学研究中心利用3D打印对RSV疫苗进行研究,RSV病毒是呼吸道合胞病毒,会引起婴儿和儿童支气管炎和肺炎,为了研究病毒如何发挥作用,研究人员运用计算机原理和物理学公式结合3D全彩打印技术,打印出F基因分子机器的全彩模型,通过模型研究出病毒的运作机理,从而研发出疫苗。
 
  2016年俄罗斯联合火箭航天公司(URSC)宣称,已经与俄罗斯3D Bioprinting Solutions公司签署了一份协议,合作开发一款可以在零重力环境下运行的磁性3D生物打印机,根据计划,这款3D生物打印机将会在2018年被送到国际空间站中使用。这款开发的磁性3D生物打印机将被用于打印对于太空辐射的影响高度敏感的组织和器官构造,以对长期逗留在太空环境中生物体所受到的宇宙辐射负面影响进行生物监测,并藉此开发出相应的对策。2016年,扎耶德大学小儿外科手术创新系统以及马里兰大学的研究人员成功地使用生物3D打印技术打印出了胎盘模型。这种模型由一层层活性细胞打印而成,科学家将其用于观察并记录细胞迁移中(在胎盘滋养细胞),利用这个模型中的关键细胞、生物化学成分和细胞外基质成分,科学家将可能找到先兆子痫的病因和治疗方法。
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