華裔教授3D打印排毒儀可模擬肝臟功能

      日前，由于受人體肝臟從血液中移除危險毒素功能的啟發(fā)，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究員開發(fā)出了一種3D打印排毒儀。該設(shè)備使用納米顆粒捕獲成孔毒素（pore-forming toxins），這種毒素可以破壞細胞膜，通常是蚊蟲叮咬以及細菌感染致病的關(guān)鍵因素。

3D打印裝置的靈感來自于肝臟（圖片：美國加州大學(xué)）

      如今納米粒子已被證明可以在血液中有效中和成孔毒素，但如果這些納米顆粒不能有效地被消化，它們會積聚在肝臟中，帶來二次中毒的危險，尤其是對于那些已經(jīng)面臨肝功能喪失風(fēng)險的病人，尤其危險。
      該研究小組由納米工程學(xué)教授陳紹琛領(lǐng)導(dǎo)。據(jù)了解，他們創(chuàng)造了一個3D打印的水凝膠基質(zhì)來容納納米粒子，形成模仿肝臟的結(jié)構(gòu)和功能的設(shè)備。它具有較大的表面積，能夠高效地感知、吸引并捕獲來自血液的毒素。每當(dāng)捕獲了足夠的毒素時，這個裝置就會變?yōu)榧t色。
      該裝置被設(shè)計為在人體體外使用，目前仍處于概念驗證階段。在體外研究中，它能夠完全中和成孔毒素。
       “使用3D打印在生物相容性水凝膠中封裝功能性納米粒子的概念是新穎的?！?陳紹琛教授說?！斑@將激發(fā)關(guān)于解毒技術(shù)更多的新設(shè)計出現(xiàn)，因為3D打印可實現(xiàn)根據(jù)不同的使用者以及具體情況量身定制高功能性產(chǎn)品。”

動態(tài)光學(xué)投影立體光刻技術(shù)

       陳紹琛教授使用的生物制造（biofabrication）技術(shù)，被稱為動態(tài)光學(xué)投影立體光刻（DOPsL），這種技術(shù)使用計算機投影系統(tǒng)和精確地控制微鏡在含有光敏生物聚合物和細胞的溶液選定區(qū)域閃光。此光致固化過程一次固化一層結(jié)構(gòu)，并逐層連續(xù)固化（注：類似常見的DLP技術(shù)）。

華裔教授陳紹琛

      DOPsL技術(shù)的分辨率可達微米或納米級，這樣的精度在打印模擬自然的細粒度生物組織（包括血管）十分關(guān)鍵，因為這類組織的首要功能就是在身體內(nèi)輸送發(fā)的營養(yǎng)和氧氣。
      2012年，陳紹琛教授的團隊就曾展示過DOPsL技術(shù)。他們在幾秒鐘內(nèi)用生物相容性水凝膠制造出微觀三維結(jié)構(gòu)。（見下圖）

      一個人造的生物器官，如肝或腎，如果不能打印血管，那么在再生醫(yī)學(xué)中毫無用處。使用DOPsL技術(shù)，陳教授的團隊能夠打印諸如花朵、螺旋和半球等在自然界常見的更復(fù)雜的幾何形狀。而目前其他在生物制造領(lǐng)域的3D技術(shù)，如雙光子聚合，可能需要幾個小時才能制作一個3D對象。
      該項目獲得了美國國立衛(wèi)生研究院150萬美元為期4年的資金資助，另外還獲得了美國國家科學(xué)基金會的資助。
      他們的研究結(jié)果發(fā)表在5月8日出版的《Nature Communications》上。