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杜克大学开发出修复膝盖损伤的3D打印软骨模拟材料

作者:亚博手机版 时间:2021-06-28 13:18
本文摘要:近日,来自北卡罗来纳州杜克大学的一组研究人员正在研发一种精致的生物3D打印机材料,可以用作为患者创立特异性软骨植入物。创意的软骨仿真材料由水凝胶混合物做成,可用作3D打印机半月板植入物修缮损毁的膝盖。 对于遭到膝伤的任何人来说,都必须在其生活中配戴膝盖支架,杜克大学的消息将不会十分激动人心。最近在ACS生物材料科学与工程杂志公开发表的一篇文章中,杜克大学的一个研究团队叙述了其研发基于水凝胶的材料的过程,该材料可以3D打印机到自定义的软骨仿真结构中。

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近日,来自北卡罗来纳州杜克大学的一组研究人员正在研发一种精致的生物3D打印机材料,可以用作为患者创立特异性软骨植入物。创意的软骨仿真材料由水凝胶混合物做成,可用作3D打印机半月板植入物修缮损毁的膝盖。

对于遭到膝伤的任何人来说,都必须在其生活中配戴膝盖支架,杜克大学的消息将不会十分激动人心。最近在ACS生物材料科学与工程杂志公开发表的一篇文章中,杜克大学的一个研究团队叙述了其研发基于水凝胶的材料的过程,该材料可以3D打印机到自定义的软骨仿真结构中。虽然该项目还正处于初期阶段,但研究人员显然证明了如何将300美元的低成本3D打印机用作将生物相容性材料3D打印机为半月板状结构,然后将其植入膝盖塑料模型。

杜克大学化学副教授BenjaminWiley说明说道:“现在我们早已非常容易地在一个比较非常简单和廉价的过程中打印机出与软骨机械性能非常相似的物体。”对于那些不熟知人类膝盖解剖学结构的人来说,Menisci是一对基于软骨的“减震器”,坐落于大腿和胫骨之间。当我们运动时,它们基本上负责管理缓冲器和维护我们的骨骼。

但是,当我们的半月板维护我们的膝盖时,它们会毁坏自身,因为即使严重的膝盖受损也有可能受损软骨,造成疼痛,并有可能引发关节炎等病症。目前,用作修缮或替换受损的半月板的化疗方法是受限的,但是现有的植入物不如完整软骨那样强健或者不几乎生物兼容。杜克大学正在展开的这项研究期望需要获取一种合适替代现有化疗方法,即获取生物相容性和强度的化疗方法。

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在生物医学领域内,水凝胶的益处更加显著,因为生物相容性材料具备与软骨相近的分子结构。然而,这些材料依然不存在一些挑战。“目前能用的凝胶知道不如人体的组织那么强劲,一般来说,当它们从打印机燃烧室吸管时,它们会逗留在一起,因为它们主要是水,所以它们不会遍布整个地方,”Wiley说道。

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杜克研究项目正在应付这些挑战,并找到了一种创意的方法来解决这些挑战,最少在3D打印机方面。该团队的研究人员FeichenYang仍然在尝试将两种有所不同类型的水凝胶混合在一起:一个柔软而强健,另一个坚硬而有弹性。通过用于“双网络”技术人组两个水凝胶,该团队需要创立一个可以调整以具备特定属性的材料。

然后,通过向混合物中重新加入纳米颗粒粘土,需要使水凝胶混合物反对3D可打印机。正如研究人员说明的那样,粘土使水凝胶混合物在剪切应力(如吸管)时变为液体,然后在形变消失时烧结。

通过他们的研究,研究人员期望,将来有一天,用于软骨仿真材料可以为待植入患者3D打印机自定义的形状。对于半月板处置,打印机自定义形状可以获取相当大的益处。如Wiley所言:“形状对于半月板来说十分最重要。在相当大的压力下,如果它不完全符合你的话,那可能会下滑,或者让人疲惫或伤痛。

”此外,需要调节水凝胶的性质,使其变化(即,一端较软,中间更加强劲)可以容许植入物更为仿效确实的半月板,这是在用于更加传统的成型技术时不有可能经常出现的伟业。尽管技术正处于初期阶段,但杜克大学的研究团队早已用于塑料膝盖模型展出了其可行性。更加具体地说,团队3D扫瞄塑料膝盖模型并创立了半月板的3D模型,然后用于双网络水凝胶3D打印机。

据报导,整个过程只花上了一天时间,这标志着一个新的期望的开始。“这知道是一个刚发展的、有期望的领域,”Wiley评论道。“我期望这一研究结果可以精彩构建,这将有助让许多其他人感兴趣,生产出有更为细致的半月板的组织,使其机械性能更加相似人体的组织。


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