长久以来,科幻小说中描绘的生物打印复杂器官的场景,如今正逐步成为我们触手可及的现实。澳大利亚的研究人员巧妙地融合光、声和气泡技术,设计出了一种新型的3D生物打印机,为器官复制的梦想插上了翅膀。
传统的3D生物打印技术受限于逐层打印的方式,效率低下且易损伤细胞,难以满足制作完美人体组织复制品的需求。然而,澳大利亚的研究人员发明的动态界面打印(DIP)技术,成功打破了这一局限。
DIP技术的工作原理颇为巧妙。研究人员在管子中注入液态聚合物,然后利用光来产生气泡并使其硬化成所需的组织形状。接下来,扬声器发出的声波会振动这些气泡,推动3D打印的细胞精准定位。在这个过程中,研究人员会不断改变二维模式的投影,随着工作的进行,这些投影会逐渐固化各个层。简单来说,就是通过光线照射材料,创造出一种精确的固体结构。
DIP技术相较于传统生物打印具有显著优势。它不仅能一次打印单个细胞,大大提高了打印的精确度,而且速度比传统方法快了350多倍,极大地提高了打印效率。此外,由于组织在打印过程中是漂浮的,DIP技术还能使用非常柔软的材料创建精细的结构,这些材料比目前使用的任何材料都要柔软,因此能够安全地制造出更脆弱的组织,提高细胞的存活率。
更令人振奋的是,DIP技术可以直接将组织打印在培养皿中,避免了组织转移过程中的物理处理,从而进一步提高了细胞存活率,确保了细胞结构的完整性和无菌性。墨尔本大学柯林斯生物微系统实验室的负责人大卫·柯林斯表示,他们正在做的是用二维模式照射整个气泡,并不断改变这些投影,使它们随着工作的进行而固化各个层,这也是DIP技术的独特之处。
该团队已经利用DIP技术打印出了具有高分辨率的样本,并相信DIP最终将能够用于复制专为病人或医学研究设计的人体器官。这将不仅解决器官短缺的问题,降低排异反应的风险,还将为医学研究提供宝贵的工具,帮助科学家更好地了解人体器官的结构和功能。
此外,DIP技术还有望在药物测试试验中取代动物组织。由于动物和人类的生理差异,传统的药物测试方法可能存在不准确的问题。而DIP技术可以打印出与人体组织相似的结构,用于药物测试,从而更准确地预测药物在人体中的效果。这将为抗击癌症和其他疾病提供更有效、针对病人的疗法。
值得一提的是,光声气泡技术作为DIP技术的基础,其原理是声波使气泡急速压缩,释放能量以光的形式辐射。这种技术在多个领域都具有潜在的应用价值,如核聚变研究中的高温高压环境模拟、生物医学中的微小变化检测等。随着科学技术的发展,光声气泡技术有望得到更广泛的应用和更深入的研究,为相关领域提供精确可靠的数据支持。
展望未来,光声气泡生物打印技术将为患者提供量身定制的个性化治疗方案。医生可以根据患者的具体情况,打印出适合他们的器官或组织模型,并在这些模型上进行药物测试,筛选出最适合患者的药物和治疗方案。这不仅将提高新药开发的效率,还能推进精准医疗的发展,为患者带来更加精准和有效的治疗。