生 物3D打印骨骼

可形成再生支架的3D打印骨骼

●創(chuàng)新點(diǎn)

目前，骨移植的最好辦法有兩種：一種是自體移植，即從患者身體的其他部分截取骨骼進(jìn)行植入；另一種是同種異體移植，也就是使用其他人捐獻(xiàn)的骨骼。這兩種辦法都有自身的缺點(diǎn)，如自體骨移植取材有限、手術(shù)時(shí)間長、患者較為痛苦；同種異體骨移植則容易發(fā)生免疫排斥、晚期感染和異體骨愈合緩慢等問題。新西蘭都柏林先進(jìn)材料與生物工程研究中心（AMBER）的一項(xiàng)研究成果可以解決這些問題，他們采用患者自己的組織來實(shí)現(xiàn)骨骼的修復(fù)。

●方法和結(jié)果

AMBER的研究者采用3D生物打印技術(shù)沉積不同的生物材料和成人干細(xì)胞，制造出可匹配脊柱內(nèi)段形狀的軟骨模板。將模板植入皮膚下，這些模板隨著時(shí)間的推移發(fā)展成一個(gè)帶有自身血管的全功能骨器官，這個(gè)過程跟人體自身骨骼的發(fā)育過程是一樣的。盡管這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被用于開發(fā)相對簡單的組織，比如皮膚、血管和軟骨等，但是要開發(fā)出骨骼等更加復(fù)雜的帶有血管的實(shí)體器官，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了現(xiàn)有生物技術(shù)的能力范圍。

應(yīng)用前景

全球每年有超過220萬人需要某種形式的骨移植。這項(xiàng)研究會對那些患有嚴(yán)重的脊髓、頜骨或顱骨問題的患者產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，可應(yīng)用于從普通損傷到癌癥、先天缺陷等多種疾病的治療，特別是為患有復(fù)雜的骨外傷和由于腫瘤切除導(dǎo)致大面積骨缺損的患者提供了新的希望。此外，這種生物方法也可以用于開發(fā)下一代的生物植入物，以用于膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)置換。該研究組下一階段的目標(biāo)是治療大段骨缺損，實(shí)現(xiàn)生物打印膝蓋。

Source：Daly Andrew C ,Cunniffe Gráinne M,Sathy Binulal N，et al. 3D Bioprinting of Developmentally Inspired Templates for Whole Bone Organ Engineering [J]. Advanced Healthcare Materials, 2016, 5(18): 2353～2362.

可 自愈的電子產(chǎn)品

實(shí)現(xiàn)快速、自主、環(huán)保的破損自愈

●創(chuàng)新點(diǎn)

很多電子產(chǎn)品的外殼都是由聚合物構(gòu)成，容易磨損，造成電子產(chǎn)品的使用壽命縮短。為了開發(fā)使用壽命更長的電子產(chǎn)品，研究人員一直在積極尋找各種方法，例如，開發(fā)耐變形、可伸縮的部件。然而，即使電子設(shè)備具有可伸縮的性能，當(dāng)應(yīng)力超過極限時(shí)依然會斷裂。最近，有研究人員將研究方向轉(zhuǎn)向開發(fā)自愈材料，目前的自愈性材料都需要外部觸發(fā)才能啟動(dòng)自愈過程，而且自愈的速度較慢，通常需要幾分鐘甚至幾天才能達(dá)到自愈效果，實(shí)際應(yīng)用受到很大的限制。美國加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）可穿戴傳感器中心主管、納米工程系主任約瑟夫?王（Joseph Wang）的課題組采用永久磁性微粒開發(fā)自愈、可3D打印的材料，實(shí)現(xiàn)了快速、自主、環(huán)保的破損自愈。

●方法和結(jié)果

UCSD的研究人員在打印原料中加入一種軟質(zhì)磁性材料釹制成的合金微粒。這種微粒之間存在很強(qiáng)的磁場，這種強(qiáng)大的吸引力使得數(shù)毫米寬的材料裂縫得以愈合。這種磁性打印原料中還添加了用于提高電化學(xué)性能的碳，以及有助于將磁性顆粒和碳結(jié)合在一起的聚合物黏合劑等。為了防止微粒的磁場因?yàn)槲⒘Ｅ帕性蚧ハ嗟窒?，研究人員在使用該原料進(jìn)行打印時(shí)施加了一個(gè)外部磁場，從而保證其自愈效果。目前，該材料打印的設(shè)備可修復(fù)3毫米寬的裂縫，且不需要任何外部刺激就能達(dá)到自愈效果，損傷可在50毫秒內(nèi)被修復(fù)。未來，研究人員將會使用不同的原料以制備不同的打印原料，擴(kuò)寬該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

應(yīng)用前景

該材料對于柔性可穿戴裝備的廣泛使用具有積極意義，因?yàn)槿魏稳嵝匝b備普遍要面對彎折斷裂的問題，而能夠自修復(fù)可以顯著減少這類設(shè)備的故障率。目前，研究人員已經(jīng)用這種材料打印出電池、電化學(xué)傳感器以及嵌入可穿戴織物的簡單電路等。該研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃持續(xù)研究這種磁性打印原料，進(jìn)一步提高其自愈能力，為各種不同的應(yīng)用開發(fā)一系列采用不同活性材料的打印原料，拓寬其應(yīng)用范圍。

Source ：Bandodkar Amay J,López C S, Wang Joseph，et al.All-printed magnetically self-healing electrochemical devices[J]. Science Advances, 2016, 2(11): e1601465.