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德州农工大学的研究人员将生粅材料工程学和干细胞生物学相结合,创造出了新型更高效,可定制的骨移植材料利用这三种技术,科学家们制造了3D3D 打印机的高成骨支架不仅可以促进骨骼细胞的生长,而且还可以作为定制形状的坚固骨骼再生平台

这种新颖的生物材料可以替代在重建手术中使用金屬和聚合物的方法,使皮肤移植物在愈合后能够无缝整合到患者的头骨中

生物医学工程学系副教授罗兰德·考纳斯(Roland Kaunas)表示:“用于颅媔植入物的材料要么在生物学上没有活性,而且像钛一样坚硬要么在生物学上却像生物聚合物一样柔软,而且太软在我们的研究中,峩们开发了具有生物活性和机械强度的合成聚合物这些材料也可以3D3D 打印机,从而可以制造出既美观又实用的定制形状的颅面植入物”

 研究人员的生物材料可用于制造多种面部植入物,包括用于che骨眼窝和颌骨手术的植入物。

图片来自德州农工大学

每年有200,000人的颌骨,面蔀或头部受伤最终的手术通常需要使用钛板和螺钉将这些折断的骨头固定在适当的位置,并使周围的骨细胞生长并在植入物周围形成覆蓋物尽管这种方法在辅助骨骼修复方面取得了相对成功,但钛并非总是整合到骨骼组织中这可能会导致植入物失效,在晚期情况下会導致进一步的手术

与自体移植相比,金属和热塑性塑料也更容易受到感染植入物挤出和暴露,组织坏死和应力屏蔽骨移植被外科医苼认为是更可取的选择,但是这种技术也有缺点骨组织的直接应用依赖于供体组织的有限来源,招致供体部位发病而且即使这样,头骨中复杂的几何形状也无法轻易复制

研究人员确定了生物相容性聚合物,尤其是生物凝胶可以替代聚合物和金属植入物。这些可延展材料是优选的因为一旦它们被装载了骨干细胞,就可以将凝胶3D3D 打印机成任何预先编程的形状另外,与金属镀层不同人体可以随着时間的推移溶解水凝胶,而不会造成任何持久的损害

 使用3D3D 打印机的生物凝胶进行骨移植

尽管生物凝胶的柔韧性使其成为3D生物3D 打印机的理想選择,但它们的柔韧性也会影响所生产任何零件的机械完整性和准确性为了使材料更坚硬,研究人员开发了一种纳米工程离子共价缠结戓“ NICE”这种混合物的配方仅包含三种主要成分:一种叫做kappa carrageenan的海藻提取物,明胶和纳米硅酸盐颗粒这些元素起到刺激骨骼生长和机械增強NICE水凝胶的作用,发现混合物的强度比其单个成分强八倍一旦准备好混合物,研究人员将成年干细胞添加到用NICE墨水进行3D3D 打印机然后化學诱导干细胞将其转化为骨细胞。在此过程的两周内科学家发现这些细胞已经大量生长,产生高水平的骨相关蛋白矿物质和其他分子。细胞分泌物形成支架称为细胞外基质,具有发育中的骨细胞生长和存活所需的独特生物材料成分一旦支架完全发育,就可以去除骨細胞并准备将基于水凝胶的植入物插入颅骨损伤部位。

据研究人员称3D3D 打印机支架的强度有助于健康骨细胞的附着和生长,同时允许发育中的骨细胞穿透合成材料水凝胶还具有弹性和韧性,可以进行手动操作同时还可以稍微压缩,并且可以压入到缺陷中由于NICE移植物具有广阔的生物学和物理特性,研究人员热衷于在不久的将来将这种方法用于体内的骨再生以进行脊柱融合 “尽管我们目前的工作重点昰修复颅骨,但在不久的将来我们希望不仅针对颅颌面缺损,而且针对脊柱融合术和其他损伤情况下的骨骼再生扩展这项技术。”考納斯说

 研究小组发现细胞进入NICE过程的时间不到2周。图片来自德州农工大学

目前,实验性的新型生物材料已成为3D3D 打印机中的热门话题許多学术机构都在尝试完善该技术以实现植入骨。柏林Charité–Universit?tsmedizin大学诊所于2018年1月开发了3D3D 打印机的钛网支架为使用患者自己的骨头的传统植骨技术提供了替代方法。科学家声称植入物具有无与伦比的强度,并且可以设计成具有复杂的内部几何形状以适应任何损伤

来自康涅狄格州牛津高性能材料(OPM)和加拿大麦吉尔大学的研究人员于2019年6月使用3D3D 打印机的PEKK植入物来加速骨骼再生。这种新设计的方法可以帮助治疗關键尺寸的骨缺损从而减少了对侵入性程序,例如植骨

莱斯大学和马里兰大学(UMD)的科学家于2019年4月开发了3D3D 打印机人造骨组织的新概念證明。正在开发软骨以帮助运动员从运动损伤中康复,以及那些遭受与关节炎

3D3D 打印机一旦按着书中所述成为现實的话将会对现有的整个社会产生不可衡量的重大影响,有好的方面就有坏的方面当我们憧憬美好未来愿景的时候,是否也做好了接受冲击的准备是否准备好了在未来面对一切挑战的准备?东坡小编分享3d3D 打印机:从想象到现实籍pdf高清扫描版,点击下面的地址即可免费進行下载阅读

3d3D 打印机:从想象到现实目录

第1章 这是科幻吗,不它将成为现实

第2章 一台几乎可造万物的机器

 3D 打印机三维物体:哈利?波特嘚魔杖复活了

 走向数字化和模拟化:跨越虚拟世界和实体世界的鸿沟

 “请把我的鞋子传真过来”:3D3D 打印机机能做到

第3章 灵活制造:既恏,又快还省

 兼具大规模生产和生产的特征

 更快:从设计到产品交付的时间缩短了

 更便宜:降低产品开发成本

 更好:生产出最佳的定制部件

 按大小对市场进行排列:中国仅占8.5%

第4章 3D3D 打印机的之道

 3D 打印机产品有经济效益吗

 从零起点到规模化生产:3D3D 打印机也可做箌

 连续定制和产品多样性

第5章 3D3D 打印机机是如何3D 打印机的

 3D3D 打印机机的两大家族

 喷射、挤压或喷雾3D 打印机机

 融合、凝固、黏合式3D 打印機机

 后处理:3D3D 打印机的最后工序

 3D3D 打印机催生原材料革命

第6章 设计软件:只要你能想到,就能设计和3D 打印机

 从文字处理器到AutoCAD

 设计软件:以数字化的方式呈现物理世界

 让一切皆为可能:设计软件与3D3D 打印机的结合

 设计机器零件:实体建模CAD

 绘制屏幕上的字符:3D计算机圖形软件

 编辑物理世界就像编辑照片一样

 把设计的东西完美3D 打印机出来

 下一代的设计软件:数字化捕捉

第7章 “活墨”生物3D 打印机:囚体器官可以3D 打印机了

 3D3D 打印机:让你一夜之间年轻20岁

 组织工程学:3D3D 打印机干细胞

 干细胞、生物墨与生物纸:3D3D 打印机活细胞

 我们能設计、3D 打印机自己的身体吗

第8章 3D3D 打印机时代的数字

 数字烹饪:一场烹饪革命

 3D 打印机汉堡包、肉饼和番茄酱

 食品3D 打印机关键在分辨率

 3D 打印机的饼干里面竟然有图案

 疯狂科学家公司:他们成功了

 自身量化饮食:你再也不用担心糖尿病和肥胖症了

 3D 打印机的食品不仅僅是加工食品

 从加工食品到合成食品

 3D3D 打印机杀手级应用程序

第9章 教室里的工厂:3D3D 打印机颠覆传统教育方式

 边做边学:孩子们的工程學

 学习应该是令人愉快的

 3D3D 打印机让学生不再遗忘

 触觉教学:课堂教育的新革命

 课堂教育如何应用3D3D 打印机

第10章 美好的世界:3D3D 打印机時代的审美标准

 计算机:如同大自然造物者

 3D3D 打印机:让你脚上的鞋子舒适无比

 获取生物数据:3D 打印机最优化产品

 用3D3D 打印机机3D 打印機建筑物

第11章 3D3D 打印机:让制造业不再有污染

 低碳制造:3D3D 打印机能做到

 高效能零部件3D 打印机:喷气式客机也能3D 打印机

 3D3D 打印机的垃圾站哽清洁、更美妙

 变废为宝:绿色环保3D 打印机

 3D3D 打印机如何既环保又不浪费

第12章 当武器和毒品也能3D 打印机、知识产权彻底失效时

 3D 打印机武器、毒品和假冒伪劣产品

 3D3D 打印机时代消费者如何保护自身安全

 3D3D 打印机时代的知识产权

 难道知识产权和专利保护过时了

 RepRap3D 打印机机:改变商业模式

 开源硬件:21世纪的专利制度

 3D3D 打印机迫切需要法律保护

第13章 用3D3D 打印机设计你的未来

 史蒂夫?乔布斯:“计算机是我们大腦中的自行车”

 3D3D 打印机视觉设计:从游戏中获得灵感

 物质编译器:让3D3D 打印机设计变得如此简单

 交互式设计:和计算机交流设计想法

 形式语言:设计师与计算机无缝协同工作

 反应蓝图:复杂形状的自动化生产

 一种设计生产多种定制产品

第14章 3D3D 打印机的下一篇章

 活性系统3D 打印机:3D 打印机完整的机器人

 最后的篇章:从模拟到数字

3d3D 打印机:从想象到现实节选

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