3D打印人造色素可應(yīng)用于傳感器和可拉伸電子產(chǎn)品

海洋中最常見的八爪魚成為來自美國新罕布什爾大學(xué)的兩位研究人員對新型3D打印材料的靈感來源。作為頭足類家族的成員，章魚，魷魚和墨魚作為海洋中的偽裝大師，可以瞬時轉(zhuǎn)化自身的顏色用以適應(yīng)周圍環(huán)境。這是一種令人難以置信的偽裝，它可以讓這些深海生物在躲避掠食者以及更容易獵食獵物。

圖中畫圈處就是八爪魚的變色

目前來自新罕布什爾大學(xué)機(jī)械工程系的教授姜云耀教授和YaningLi用了大量時間來研究這種水生動物，并著眼于人工再造它們。首先，我們應(yīng)該仔細(xì)研究這種偽裝機(jī)制的運(yùn)作方式，因?yàn)樗�存在于自然界。被稱為偽裝的水下主人，頭足類動物由于其皮膚中高度敏感的色素體器官而具有驚人的偽裝能力。色素細(xì)胞器官的機(jī)制圍繞著一個含色素的單一色素細(xì)胞，與4至24個徑向排列的肌纖維結(jié)合在一起。

色素細(xì)胞快速變化從而有效地轉(zhuǎn)移皮膚色素

當(dāng)章魚肌肉收縮時，無論是逃離危險境地還是抓捕獵物，該生物的色素細(xì)胞都會快速的變化，從而有效地轉(zhuǎn)移皮膚色素。除了基本的顏色變化之外，頭足類動物還可以通過選擇性地和順序地擴(kuò)大和縮小不同組的色素細(xì)胞，在偽裝能力方面具有戰(zhàn)略意義，從而實(shí)現(xiàn)跨越很大范圍的顏色轉(zhuǎn)換。用外行人的話來說，章魚不僅能迅速改變顏色，它也可以有條不紊地與周圍環(huán)境相匹配。

受到這種自然奇觀的啟發(fā)，研究人員開始通過多種材料的3D打印方式開發(fā)自己的人造色素。盡管章魚使用他們的色素能力主要用于色素轉(zhuǎn)運(yùn)，但新罕布什爾大學(xué)的教授們試圖通過他們的工作帶來戲劇性的變化和獨(dú)特的順序開放機(jī)制。拉普拉斯效應(yīng)的科學(xué)概念是實(shí)現(xiàn)成功結(jié)果的關(guān)鍵，它允許材料在朝不同方向拉伸時沿一個方向擴(kuò)展。通過在兩個不同的方向上調(diào)整它們的手性幾何形狀，他們可以設(shè)計一種機(jī)制，僅在一個方向上加載時，可以使不同大小的單元順序打開。這意味著人工設(shè)計的單元格可以以不同的排序模式打開，并通過幾何和材料的組合進(jìn)行調(diào)整。

拉普拉斯效應(yīng)說明

作為一種有價值的新設(shè)計理念，研究人員的創(chuàng)新可能會對我們用于促進(jìn)藥物輸送和顏色變化的智能超材料產(chǎn)生嚴(yán)重影響。至少可以說，潛在的應(yīng)用很多。通過利用這些3D打印的色素，生物醫(yī)學(xué)支架，繃帶，藥物儲存器和支架可以設(shè)計得更加有效，以適應(yīng)佩戴者的身體。除了智能響應(yīng)復(fù)合材料，執(zhí)行器和傳感器以及可拉伸電子器件等領(lǐng)域外，可折疊或可展開器件的擴(kuò)展領(lǐng)域也可以從創(chuàng)新中受益。不僅可以在動物身上實(shí)驗(yàn)，人體皮膚也可以進(jìn)行3D打印。

目前3D打印正在嘗試不同的研究領(lǐng)域，人體皮膚3D打印就是其中之一。3D打印的皮膚不僅在制藥和化妝品檢測方面具有價值，還可以為燒傷或事故受害者提供皮膚移植物來改變身體狀況。目前工程皮膚構(gòu)造已被用于這些方向，但它們不具有天然皮膚的許多特征，如毛囊，汗腺和色素沉著。

3D打印人體皮膚可實(shí)現(xiàn)自然色素沉著

就像章魚的皮膚一樣，3D打印人體皮膚可實(shí)現(xiàn)自然色素沉著，新加坡研究所(SIMTECH)和南洋理工大學(xué)新加坡中心3D打印(SC3DP)已經(jīng)開發(fā)出，有色人體皮膚結(jié)構(gòu)的3D生物打印。研究小組使用生物打印技術(shù)來控制黑色素產(chǎn)生的皮膚細(xì)胞或黑色素細(xì)胞在仿生組織基質(zhì)上的分布，從而產(chǎn)生類似于真人皮膚的色素沉著的皮膚。

3D打印技術(shù)是精確沉積生物材料和活細(xì)胞以制造仿生皮膚的極好平臺，具有很高的可重復(fù)性，現(xiàn)在看不到3D打印的皮膚具有均勻的皮膚色素沉著。研究人員使用三種不同類型的皮膚細(xì)胞：黑色素細(xì)胞，角質(zhì)形成細(xì)胞和成纖維細(xì)胞，以及兩步生物打印方法，稱為“按需滴落”。

3D打印人體皮膚沒有毛囊、汗腺和色素沉著

“兩步生物打印策略包括制造皮膚的真皮區(qū)域，以及表皮細(xì)胞(例如角質(zhì)形成細(xì)胞和黑素細(xì)胞)在仿生皮膚構(gòu)建體上的預(yù)定義位置處的沉積，創(chuàng)造3D體外著色的人體皮膚構(gòu)造，研究發(fā)現(xiàn)3D打印的皮膚結(jié)構(gòu)與使用手工鑄造方法制造的皮膚結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較時，兩種制造方法，真皮區(qū)域頂部的細(xì)胞分布和真皮區(qū)域內(nèi)的微結(jié)構(gòu)之間的兩個明顯區(qū)別。與手工澆鑄方法相比，兩步生物打印策略能夠以高度可控的方式實(shí)現(xiàn)打印單元的標(biāo)準(zhǔn)化分布。

人類的皮膚顏色有著無數(shù)的變化，為什么很多女性很難找到完美匹配膚色的化妝品。如果這些研究人員能夠創(chuàng)造像天然皮膚那樣的色素，那么對于那些需要皮膚移植的人來說，這將是一大喜訊。皮膚移植可以挽救生命，也是愈合心靈創(chuàng)傷的關(guān)鍵，但從化妝品的角度來看，工程皮膚移植仍然有很多缺失。患者自然需要像皮膚一樣的新皮膚。

來源：ZOL中關(guān)村在線