目前，一項(xiàng)開創(chuàng)性的新技術(shù)正在為生物3D打印進(jìn)行試用，這有可能徹底改變生物組織的設(shè)計(jì)方式。新加坡國立大學(xué)研究人員開發(fā)的新方法涉及使用激光技術(shù)對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)展的微觀環(huán)境進(jìn)行更高程度的控制，這為最終產(chǎn)品的改進(jìn)提供了廣泛的優(yōu)勢(shì)。

通常，生物3D打印包括將細(xì)胞植入到微型支架樣結(jié)構(gòu)中，其中它們可以復(fù)制，最終以設(shè)計(jì)支架的生物工程師指導(dǎo)的方式形成新的組織。然而，該方法存在一定的缺點(diǎn)和局限性，細(xì)胞可以以非常低密度生產(chǎn)，但在體內(nèi)的細(xì)胞擴(kuò)散可能非常緩慢和不均勻。 研究人員已經(jīng)提出并試用了大量其他方法，包括使用微流體過程或使用磁性或機(jī)器人技術(shù)控制細(xì)胞復(fù)制。大多數(shù)這些所謂的“自上而下組裝”過程也存在一些限制，例如限制材料選擇和有限的生物相容性。


一種取得成功的新選擇是輕型技術(shù)，這種技術(shù)通常利用被稱為“光學(xué)鑷子”的高強(qiáng)度激光器，其可以對(duì)微尺度上的物體操縱提供高水平的控制。激光器由自動(dòng)電機(jī)控制，用虛擬3D模型編程，其將細(xì)胞的復(fù)制指導(dǎo)到期望的結(jié)構(gòu)或圖案中。該方法的問題是激光器的高功率可能導(dǎo)致生物樣品池的損壞。 理想的解決方案是，使用相對(duì)較低功率的激光器的光導(dǎo)組裝技術(shù)進(jìn)行3D打印組織。研究人員最近進(jìn)行了一些有希望的研究，表明這是一個(gè)可能性。開創(chuàng)性的研究項(xiàng)目由生物工程系學(xué)生Dinh Ngoc Duy、Rongcong Luo、Maria Tankeh Asuncion Christine、Weikang Nicholas Lin、Wei-Chuan Shih、James Cho-Hong Goh和Chia-Hung Chen-PhD進(jìn)行，新加坡國立大學(xué)在著名的在線期刊“Wiley”上發(fā)表了用新型近紅外（近紅外激光）方法3D打印干細(xì)胞負(fù)載微凝膠的結(jié)果，并且還提交了一項(xiàng)美國專利。


該團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新是利用被納入微環(huán)境的金納米棒（GNR）。這些金屬棒的存在意味著更多的光從激光器吸收并隨后轉(zhuǎn)換成熱能。由于金納米棒提供的熱吸收性能的改善，使用較低強(qiáng)度的激光器可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更多的控制，并且可以集成不同的建筑單元。 為了測(cè)試不同單位的改進(jìn)精度和整合度，使用了特殊的水凝膠。吸收的熱能在該水凝膠中產(chǎn)生對(duì)流，并且控制這些熱對(duì)流的方向能夠構(gòu)建特定的結(jié)構(gòu)。通過引導(dǎo)激光，可以以特定的方式組裝顆粒，而不需要任何種類的支架。


此外，間充質(zhì)干細(xì)胞接種的水凝膠微粒被制備為功能性構(gòu)建塊，以構(gòu)建具有所需結(jié)構(gòu)的無支架組織。在這種情況下，結(jié)構(gòu)的“構(gòu)建塊”是水凝膠內(nèi)的干細(xì)胞，并且NIR方法使生物結(jié)構(gòu)能夠在短時(shí)間內(nèi)在微環(huán)境中成功構(gòu)建。 低激光強(qiáng)度NIR方法可以更好地控制對(duì)流方向，而不會(huì)犧牲不同應(yīng)用的“吞吐量”，并且對(duì)生物樣品的損害較小。NIR激光作為手術(shù)中的“黃金工具”，其有可能以前所未有的3D打印方式工作。技術(shù)提供的前所未有的精確程度意味著它可以擁有廣泛的用途，不僅僅是生物打印，還有再生醫(yī)學(xué)、組織工程和先進(jìn)制造的生物制造。