麻省理工學(xué)院新型磁力混合器，打造迄今最均勻的3D打印組織

麻省理工學(xué)院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種磁力驅(qū)動(dòng)混合器，可在不損傷嬌嫩活細(xì)胞的情況下保持生物墨水的均勻性。

在3D生物打印的精微世界里，重力常常扮演著敵人的角色。活細(xì)胞經(jīng)常會(huì)沉降至打印機(jī)針筒的底部。這種沉降現(xiàn)象會(huì)造成噴頭堵塞和組織分布不均。麻省理工學(xué)院的研究人員近期研發(fā)出一種名為"MagMix"的解決方案來應(yīng)對(duì)這一問題。這款緊湊型磁力混合器能在整個(gè)打印過程中保持生物墨水的均勻性，從而能制造出更可靠、更穩(wěn)定的人體組織。

細(xì)胞的天然密度高于生物打印中使用的水凝膠。在制造大型組織所需的長時(shí)間打印過程中，細(xì)胞會(huì)逐漸沉降。麻省理工學(xué)院組織工程學(xué)尤金·貝爾職業(yè)發(fā)展教授瑞圖·拉曼解釋道："這種細(xì)胞沉降現(xiàn)象在長時(shí)間打印大型組織時(shí)會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致噴頭堵塞、細(xì)胞分布不均，以及打印出的組織之間一致性差。"拉曼指出，現(xiàn)有的方法往往難以維持一致性。她表示："現(xiàn)有的解決方案，比如在將生物墨水裝入打印機(jī)前進(jìn)行手動(dòng)攪拌，或使用被動(dòng)式混合器，都無法在打印開始后保持均勻。"

MagMix為生物工程師提供了一種更主動(dòng)、更精確的替代方案。

MagMix的工作原理

MagMix系統(tǒng)包含兩個(gè)主要組件：一個(gè)位于生物打印機(jī)針筒內(nèi)部、尺寸微小的磁性螺旋槳；以及一個(gè)在針筒外部、通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)的永磁體。這種運(yùn)動(dòng)通過磁力控制內(nèi)部的螺旋槳，無需直接接觸生物墨水。該設(shè)計(jì)既防止了污染，又能適配大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)生物打印機(jī)。研究團(tuán)隊(duì)利用計(jì)算機(jī)模擬找到了理想的螺旋槳形狀，并用多種不同類型的生物墨水對(duì)設(shè)備進(jìn)行了測試。

拉曼說："在多種生物墨水類型中，MagMix能防止細(xì)胞沉降超過45分鐘的連續(xù)打印時(shí)間，減少了堵塞，并保持了高細(xì)胞活性。"她解釋說，該系統(tǒng)對(duì)活性材料足夠溫和。"重要的是，我們證明了可以通過調(diào)整混合速度來平衡不同生物墨水的有效均質(zhì)化需求，同時(shí)將施加于細(xì)胞的壓力降至最低，"她說道。研究人員甚至使用MagMix成功打印出了有功能的肌肉組織。

推動(dòng)人類健康進(jìn)步

穩(wěn)定可靠的生物打印技術(shù)最終可能減少動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的需求。精確的組織模型使科學(xué)家能夠更安全地測試新藥。拉曼補(bǔ)充道："如果我們能打印出更接近人體真實(shí)組織的組織，就可以將它們作為模型，來更深入地了解人類疾病，或測試新療法的安全性和有效性。"美國食品藥品監(jiān)督管理局對(duì)此類替代測試方法表現(xiàn)出日益濃厚的興趣。更先進(jìn)的生物打印技術(shù)使這些模型更容易被全美各地的實(shí)驗(yàn)室所采用。

拉曼表示："我們的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)再生醫(yī)學(xué)的應(yīng)用，例如用3D打印組織替換體內(nèi)病變或受損的組織，從而幫助恢復(fù)健康功能。"該團(tuán)隊(duì)還看到了這項(xiàng)技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域的潛力，他們希望利用打印出的肌肉來驅(qū)動(dòng)"生物混合"機(jī)器。MagMix為這些復(fù)雜的未來應(yīng)用提供了所需的可擴(kuò)展性和可靠性。

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