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自適應3D打印技術開創(chuàng)生物體處理與冷凍保存新概念

牙科生物醫(yī)療
2024
08/21
11:56
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本帖最后由 冰墩熊 于 2024-8-21 14:53 編輯

2024年8月21日,南極熊獲悉,明尼蘇達大學雙城分校的研究人員開發(fā)了一種首創(chuàng)的自適應3D打印系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠識別隨機分布的生物體位置,并安全地將其移動到指定位置進行組裝。這項自主技術將為研究人員在生物成像、控制論、低溫保存和生物體設備整合等領域節(jié)省大量時間和成本。

△這個系統(tǒng)在本質上擴展了3D打印的應用領域,將其技術與生物體處理結合起來,提高了處理效率和精度,為生物研究和冷凍保存提供了新的解決方案

該技術與傳統(tǒng)的3D打印系統(tǒng)類似,它使用打印頭進行物質的添加或處理,但不同之處在于,這里打印頭用于處理生物體而非打印材料。


△打印策略示意圖

自適應3D打印系統(tǒng)提升生物體處理與研究效率

該系統(tǒng)能夠追蹤、收集和準確定位各種生物體,包括靜止的、處于液滴中的以及運動中的生物。依靠實時視覺和空間數據驅動的拾取和放置策略,該系統(tǒng)能夠靈活適應并確保生物體的精準放置。

明尼蘇達大學前機械工程博士后研究員、論文第一作者Guebum Han表示:“這臺打印機的工作方式類似于人類,打印機充當雙手,機器視覺系統(tǒng)相當于眼睛,而計算機則扮演大腦的角色。打印機能夠實時適應生物體的移動或靜止狀態(tài),并將其組裝成特定的陣列或圖案!

通常,這一過程是手動完成的,需要大量的訓練,并可能導致基于生物體的應用不一致。通過使用這種新型系統(tǒng),研究人員不僅能夠顯著節(jié)省時間,還能獲得更一致的實驗結果。

△自適應3D打印系統(tǒng)可識別隨機放置的生物體的位置,并安全地將它們移動到特定位置

該技術能夠增加用于冷凍保存的生物數量,并能夠區(qū)分活生物體與死生物體。它能夠將生物體放置在曲面上,并與可定制形狀的材料和設備整合。此外,這項技術為創(chuàng)建復雜的生物體結構奠定了基礎,能夠幫助我們設計類似于螞蟻和蜜蜂等昆蟲的復雜生物系統(tǒng)。例如,螞蟻和蜜蜂的每個成員都有明確的角色和任務,使得整個群體能夠高效運作。這種精細的組織方式可以作為設計和制造復雜生物體結構的重要參考。

該研究還可能推動自主生物制造的發(fā)展,通過評估和組裝生物體,探索新的應用可能性。例如,系統(tǒng)已經被用于改進斑馬魚胚胎的冷凍保存方法,相較于以往依賴手動操作的過程,新技術實現了處理速度提升12倍。另一個例子展示了其自適應策略如何有效跟蹤、拾取和放置隨機移動的甲蟲,并將其與功能設備整合在一起。

目前,研究團隊正在為這項技術申請專利。未來,研究人員希望將這項技術與機器人技術結合,以便方便地進行實地研究。這將使研究人員能夠在通常難以進入的地區(qū)收集生物樣本。



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