生物3D打印最困難的部分之一就是開發用于形成3D打印組織的支架。最近，伊利諾伊大學工程師發現了一種材料，就是小孩都愛吃的糖特別是異麥芽酮糖醇，可以制作 3D 打印的支架。
異麥芽酮糖醇是一種糖醇，用于制造潤喉糖，可以減輕喉嚨疼痛，在一些情況下還能救命。
3D打印的心臟模型
伊利諾伊大學的工程師們制造了一款3-D打印機，它為商業3-D打印機無法完成復雜結構的打印提供了一個十分完美的解決方案：它不是一層一層逐層堆積的固體外殼，而是制造了一個精致的硬化絲帶網絡，類似于棉花糖類型。
這種水溶性、可生物降解的玻璃糖結構在生物醫學工程，癌癥研究和器件制造中有著廣泛的應用。
生物工程學教授兼伊利諾斯州癌癥中心主任Rohit Bhargava說：“這是一種很好的方式來制造復雜形狀，我們可以在其周圍加入柔軟材料或生長細胞和組織，然后再將支架溶解掉。一種可能的應用就是在實驗室中生長組織或研究腫瘤。比如，細胞培養通常是在表面皿中進行，雖然給了我們細胞的一些特征，但它并不是一個非常好的方式來觀察其在身體中是如何起作用的。在身體中，它有明確的形狀，形狀和功能密切相關。”
在Additive Manufacturing雜志上發表的一篇論文中，該研究小組描述了自由形式打印用的材料和產品性能。自由形式意味著當噴嘴在空間中移動時，熔化的材料變硬，在后面留下堅固的結構——就像在半空中畫圖一樣。
機器打印自由形態，融化的糖在空氣中硬化。來源：Matthew Gelber
“在材料和力學之后，第三部分是計算機科學，”Gelber說。“你有一個你想要制作的東西的設計;你如何告訴打印機來制作它？你如何計算出打印所有這些相交細絲的順序，使其不會折疊？”
伊利諾伊州的研究人員與香格里拉大學沃爾夫勒姆研究中心的Greg Hurst（格雷格赫斯特）合作，創建了一種算法來設計支架并繪制出印刷路徑。
Bhargava說，這種自由形態結構所具有的一個優點是它們能夠制造出具有圓形橫截面的細管，這在傳統的聚合物三維印刷中是不可能的。當糖溶解時，它會留下一系列連接的圓柱形管和隧道，這些管和隧道可以像血管一樣用于運輸組織中的營養物質或在微流體裝置中形成通道。
由異麥芽酮糖制成的3-D印刷的兔子與用于生物醫學成像的發光紅色染料混合。來源：TroyComi
另一個優點是能夠通過對打印機參數進行微小的改變來精確控制結構每個部分的機械特性。
“例如，我們打印了一個兔子，原則上，我們可以改變兔子尾巴的機械特性，使其不同于兔子的背部，與耳朵也不同，”Bhargava說。 “這在生物學上非常重要，在逐層印刷中，你擁有相同的材料，并且堆疊的數量相同，因此調整機械性能非常困難。”
Bhargava的研究小組已經在各種微流體裝置和細胞培養物中使用支架，并且正在努力開發用于支架的涂層以控制它們溶解的速度。添加劑制造論文是基于Gelber論文工作的一部分，該論文詳細介紹了如何構建打印機及其操作所需的計劃算法，因為研究人員希望其他人可以使用他們的模型構建打印機并探索各種能夠被應用的異麥芽糖結構。
Bhargava說：“這臺打印機是一個對生物研究具有長期影響的工程實例。這是與材料科學、計算機科學結合在一起的基礎工程，為生物醫學應用創造了有用的設備。”
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860418301088
