Advanced Science | 可編程手持式生物3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)原位打印新策略
近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院(簡稱“深圳先進(jìn)院”)趙曉麗和潘浩波研究員研究團(tuán)隊(duì),與深圳理工大學(xué)(簡稱“深理工”)呂維加教授團(tuán)隊(duì),開發(fā)了一款新型手持式原位生物打印設(shè)備,集成可編程控制與手持操作的雙重優(yōu)勢,平衡了打印的精準(zhǔn)度與操作的靈活性,研究成果以“A Programmable Handheld Extrusion-Based Bioprinting Platform for In Situ Skin Wounds Dressing: Balance Mobility and Customizability”為題,發(fā)表在Advanced Science期刊上。
生物3D打印技術(shù)在組織和器官修復(fù)領(lǐng)域展現(xiàn)了其獨(dú)特優(yōu)勢,尤其是在制造生物活性組織工程支架方面。然而,該技術(shù)在臨床轉(zhuǎn)化過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的生物3D打印支架從體外制造到術(shù)中植入需要經(jīng)歷復(fù)雜的中間處理環(huán)節(jié),難以滿足患者的即時(shí)治療需求。同時(shí),支架與傷口形狀不匹配的問題也時(shí)有發(fā)生,此外,生物3D打印設(shè)備的高昂投資成本和復(fù)雜的操作流程也限制了其廣泛的臨床應(yīng)用。為了解決這些問題,原位生物打印技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)通過根據(jù)患者受傷部位的特性,直接在傷口處進(jìn)行生物墨水打印,旨在突破上述臨床轉(zhuǎn)化瓶頸,為個(gè)性化、即時(shí)治療帶來新的希望。
研究團(tuán)隊(duì)提出了一種結(jié)合程序化操控與手持式操作的新型原位打印理念,并自主研發(fā)了可編程手持式生物3D打印機(jī)。該設(shè)備兼容機(jī)械與氣壓驅(qū)動(dòng),適應(yīng)不同粘度的生物墨水?dāng)D出,通過智能手機(jī)APP控制,可靈活調(diào)節(jié)打印條帶尺寸。憑借可編程能力和高精度定位,該打印機(jī)支持單/多墨水及單/多層結(jié)構(gòu)打印,配合微通道功能噴頭,具備實(shí)現(xiàn)梯度特征和大范圍高速涂覆的能力。在離體與活體皮膚創(chuàng)面處理上,設(shè)備展現(xiàn)了優(yōu)異的大面積覆蓋與創(chuàng)面封閉性能,融合了傳統(tǒng)機(jī)械臂式原位打印的精度與手持設(shè)備的靈活性的優(yōu)勢,降低了制造成本與操作難度,體現(xiàn)了其作為組織再生創(chuàng)新設(shè)備的獨(dú)特價(jià)值,為高效、即時(shí)的醫(yī)療干預(yù)提供了全新解決方案。

一款通過智能手機(jī)APP控制的可編程手持式生物3D打印機(jī),能夠平衡了打印的精準(zhǔn)度與操作的靈活性。
文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202405823
研究團(tuán)隊(duì)近年來關(guān)注組織損傷修復(fù)和3D打印組織再生,開發(fā)了4D打印可微創(chuàng)植入水凝膠支架(Nature Communication 2024),3D打印仿生皮膚組織修復(fù)大面積皮膚損傷(ACS Nano 2024),可注射粘附性組織修復(fù)凝膠(Chemical Engineering Journal 2024,Advanced Functional Materials 2022),多通道神經(jīng)修復(fù)導(dǎo)管(ACS Nano 2022),及基于干細(xì)胞的組織修復(fù)(Bioactive Materials 2023,Chemical Engineering Journal 2023)。
深圳先進(jìn)院趙曉麗研究員和深理工呂維加教授為論文共同通訊作者,深圳先進(jìn)院王陳旻博士、碩士生胡成威與程皓津,以及香港大學(xué)戚威臣博士為文章共同第一作者;深圳先進(jìn)院為第一單位。研究得到了深理工徐家科教授的指導(dǎo),并獲得香港大學(xué)深圳醫(yī)院,博志生物科技(深圳)有限公司和蘇州諾普再生醫(yī)學(xué)有限公司的技術(shù)支持。本項(xiàng)目由科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金以及深圳市“三名工程”等資助。
課題組介紹
呂維加,生物醫(yī)學(xué)工程博士,現(xiàn)任深圳理工大學(xué)講席教授、藥學(xué)院醫(yī)藥材料學(xué)與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)系主任,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)藥所研究員。曾任香港大學(xué)明德教授席,伍振民基金教授。連續(xù)10年(2009-2018)被評(píng)為世界Top1%科學(xué)家(由SCI統(tǒng)計(jì)),主要從事骨科生物材料、生物醫(yī)學(xué)工程、3D生物打印、及老年骨與關(guān)節(jié)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制及其預(yù)防與治療措施方面的研究。在專業(yè)雜志上共發(fā)表論文350多篇。(課題組介紹:https://www.suat-sz.edu.cn/info/1149/1771.htm)
趙曉麗,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員,中國科學(xué)院特聘研究崗位,廣東省生物材料工程中心副主任。致力于損傷組織修復(fù)與再生,研究可注射組織修復(fù)材料、響應(yīng)性材料、3D打印組織再生、干細(xì)胞外泌體等,發(fā)表SCI論文Nat Commun,Adv Funct Mater,?Adv Sci,Bioact Mater,Chem Eng J等60余篇,授權(quán)發(fā)明專利16項(xiàng)。?(課題組介紹:https://www.x-mol.com/groups/zhao_xiaoli)
課題組長年招收博士后,研究領(lǐng)域?yàn)樯锊牧稀?/span>3D打印、醫(yī)學(xué)人工智能等;歡迎聯(lián)培和實(shí)習(xí)生材料、化學(xué)和生化等方向在讀研究生合作和加入。歡迎聯(lián)系:wwlu@siat.ac.cn(呂維加教授),zhao.xl@siat.ac.cn(趙曉麗研究員)
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