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《3d打印仿生超疏水结构，用于微滴操作和油/水分离》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2018-01-02

  • 仿生功能表面正越来越受到各种技术应用的关注，尤其是受到植物叶片启发的超疏水表面。然而，复杂的层次化微结构的复制受到传统制造技术的限制。本文采用浸水式三维(3D)打印工艺制备了一种超疏水微尺度人工毛头，并以槐叶为灵感。在光固化树脂中加入了多壁碳纳米管，提高了微结构的表面粗糙度和机械强度。3D打印的打蛋器表面具有超亲水性和花瓣效应的特点。结果表明，如果表面具有适当的微结构特征，亲水性材料可在宏观上表现为疏水。可控的附着力(从23μN 55μN)可以很容易地调整与不同数量的直升飞机武器等潜在应用微液滴操纵的手。此外，还提出了一种基于仿生结构的新型高效油水分离方案。结果表明，3D打印的打蛋器结构可以有大量的应用，包括水珠处理、三维细胞培养、微反应器、油污清理、油水分离等。

    ——文章发布于2017年12月27日

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相关报告

  • 《更快捷的3D打印器官方式》
    • 来源专题：生物安全网络监测与评估
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2019-09-09
    • 每天有20人死于等待在美国进行器官移植，现在每年有超过30,000例移植手术，目前有超过113,000名患者在等候器官等候。人工生长的人体器官被许多人视为解决这种器官短缺的“圣杯”，3D打印的进步导致了使用该技术建立人体器官形状的活组织构造的繁荣。然而，迄今为止所有3D打印的人体组织缺乏它们用于器官修复和替换所需的细胞密度和器官水平功能。 现在，由哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员创建的一种名为SWIFT（牺牲写入功能组织）的技术克服了3D打印血管通道的主要障碍。由干细胞衍生的器官构建块（OBB）组成的活体基质，产生具有高细胞密度和功能的活的器官特异性组织。该研究报告在Science Advances中。 “这是一种全新的组织制造模式，”共同第一作者，Wyss研究所研究员Mark Skylar-Scott博士说。 “SWIFT专注于打印支持含有大量OBB的活体组织构建所必需的血管，而不是试图3D打印整个器官的细胞，而最终可用于治疗以修复和替换人体器官 - 包含患者自身细胞的生长版本。“ SWIFT涉及一个两步过程，首先将数十万个干细胞衍生的聚集体形成一个密集的活体OBB基质，每毫升含有约2亿个细胞。接下来，通过写入和去除牺牲油墨，将氧和其他营养物可以通过其输送到细胞的血管网络嵌入基质中。 “从这些OBB中形成一个密集的基质，一举两得：它不仅能达到类似于人体器官的高细胞密度，而且基质的粘度还能够在其中印刷普遍存在的可灌注通道网络，以模仿支持人体器官的血管，“共同第一作者SébastienUzel博士说，他是Wyss研究所和SEAS的研究员。 SWIFT方法中使用的细胞聚集体衍生自成体诱导的多能干细胞，其与定制的细胞外基质（ECM）溶液混合以制备通过离心压实的活体基质。在低温（0-4℃）下，致密基质具有蛋黄酱的稠度 - 足够柔软，可以在不损坏细胞的情况下进行操作，但厚度足以保持其形状 - 使其成为牺牲3D打印的理想介质。在这种技术中，一个薄喷嘴移动通过这个矩阵，沉积一股明胶“墨水”，将细胞推开而不会损坏它们。 当冷基质被加热到37℃时，它变硬变得更坚固（就像煮熟的煎蛋卷一样），而明胶油墨融化并可以洗掉，留下嵌入组织结构内的通道网络，可灌注含氧培养基滋养细胞。研究人员能够将通道的直径从400微米变为1毫米，并将它们无缝连接，形成组织内的分支血管网络。 使用SWIFT以嵌入的血管通道印刷并以这种方式灌注的器官特异性组织仍然存活，而没有这些通道的组织在12小时内在其核心中经历细胞死亡。为了观察组织是否显示器官特异性功能，研究小组将分支通道结构打印，疏散和灌注到由心脏来源细胞组成的基质中，并通过通道流动培养基超过一周。在此期间，心脏OBB融合在一起形成更坚固的心脏组织，其收缩变得更加同步并且强度超过20倍，模仿人类心脏的关键特征。 “我们的SWIFT生物制造方法非常有效地从原始细胞聚集体到干细胞衍生的类器官的OBB中大规模地创建器官特异性组织，”相应的作者Jennifer Lewis，Sc.D。，核心教员在Wyss研究所以及SEAS的生物启发工程HansjörgWyss教授。 “通过将干细胞研究人员的最新进展与我实验室开发的生物打印方法相结合，我们相信SWIFT将极大地推动全球器官工程领域的发展。” 与Wyss Institute的教师Chris Chen，M.D.，Ph.D。正在进行合作。在波士顿大学和麻省理工学院的Sangeeta Bhatia，博士，博士，将这些组织植入动物模型并探索它们的宿主整合，作为由Lewis和Chris Chen共同领导的3D器官工程计划的一部分。 “通过血管通道支持活体人体组织的能力是朝着在体外创造功能性人体器官的目标迈出的一大步，”Wyss研究所创始主任Donald Ingber医学博士，博士，同时也是Judah Folkman HMS血管生物学教授，波士顿儿童医院血管生物学项目，SEAS生物工程教授。 “我们继续对Jennifer实验室取得的成就印象深刻，包括这项研究，最终有可能大大改善器官工程和自身器官衰竭的患者的寿命，” ——文章发布于2019年9月6日
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  • 《科学家通过改装3D打印机来打印完全由液体组成的3D结构》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-04-02
    • 来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员，已开发出一种新的打印方法。该方法通过改装过的3D打印机来打印完全由液体组成的3D结构。 该团队通过在硅油中注入水（用一种液体和另一种液体可制得雕刻管）实现了这一目标。这种方法可在10微米到1毫米直径的范围内打印。打印结构可具有不同的螺旋和分支，其长度可达数米。 材料也可适应周围环境并反复改变其形状。 伯克利实验室材料科学部的客座教授汤姆·拉塞尔在一份声明中说:“这是一种可重新配置自身的新型材料，它有可能被定制为具有许多用途的液体反应容器，应用范围包括：化学合成、离子传输及催化等诸多领域。” 首先，研究人员开发了一种方法，将水注入一种特殊的纳米颗粒表面活性剂中。这种表面活性剂将水锁住，防止管道破裂成水滴。研究人员称，这种表面活性剂是通过将黄金纳米颗粒分散到水和聚合物配体中来实现的。 当水注入到油中后，油中的几十个配体附着在水中的单个纳米颗粒上，形成纳米微粒的超级肥皂。这些超级肥皂聚集在一起玻璃化，这将使油和水之间的界面稳定，并使液体结构保持原位。 “这种稳定性意味着我们可把水延伸到管子里，当然，它仍是一根管子，”拉塞尔说。“或者我们也可以把水变成椭圆体—它仍是一个椭圆体。我们已用这些纳米颗粒来印出可持续数月的水管。” 研究人员随后改装了一个现成3D打印机，把打印塑料的部件设计成挤出液体的注射器泵和针头。然后，研究小组对一台打印机进行编程，将针插入到油基板中，并以预先确定的模式注入水。 “我们可以从针头上挤压液体，在三维空间中放置任何我们想要的水，”材料科学部门的博士后研究员Joe Forth在一份声明中说。“我们也可以用外力来破坏材料，这只是暂时打破超级皂的稳定性和改变了水螺纹的形状。”因为，这种结构是无限可重构的。 全液体材料可为液体电子设备铺平道路，这些液体电子能提供灵活可伸缩的装置，同时也能通过化学方法对管道和流动的分子进行化学调节，从而以新的方式来分离分子，或者也能精确地将纳米级的“建筑材料”运送到“建筑”主体中去。
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