自適應(yīng)3D打印技術(shù)開創(chuàng)生物體處理與冷凍保存新概念

2024年8月21日，南極熊獲悉，明尼蘇達大學(xué)雙城分校的研究人員開發(fā)了一種首創(chuàng)的自適應(yīng)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(shù)將為研究人員在生物成像、控制論、低溫保存和生物體設(shè)備整合等領(lǐng)域節(jié)省大量時間和成本。

△這個系統(tǒng)在本質(zhì)上擴展了3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域，將其技術(shù)與生物體處理結(jié)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(shù)與傳統(tǒng)的3D打印系統(tǒng)類似，它使用打印頭進行物質(zhì)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。

△該研究已發(fā)表在《Advanced Science》雜志上，題目為《通過輔助吸力自適應(yīng)策略實現(xiàn)3D打印生物體》（傳送門）

△打印策略示意圖

自適應(yīng)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(shù)據(jù)驅(qū)動的拾取和放置策略，該系統(tǒng)能夠靈活適應(yīng)并確保生物體的精準放置。

明尼蘇達大學(xué)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?qū)崟r適應(yīng)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(xùn)練，并可能導(dǎo)致基于生物體的應(yīng)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(jié)果。

△自適應(yīng)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(shù)能夠增加用于冷凍保存的生物數(shù)量，并能夠區(qū)分活生物體與死生物體。它能夠?qū)⑸矬w放置在曲面上，并與可定制形狀的材料和設(shè)備整合。此外，這項技術(shù)為創(chuàng)建復(fù)雜的生物體結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)，能夠幫助我們設(shè)計類似于螞蟻和蜜蜂等昆蟲的復(fù)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(wù)，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(shè)計和制造復(fù)雜生物體結(jié)構(gòu)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(yīng)用可能性。例如，系統(tǒng)已經(jīng)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(shù)實現(xiàn)了處理速度提升12倍。另一個例子展示了其自適應(yīng)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(shè)備整合在一起。

目前，研究團隊正在為這項技術(shù)申請專利。未來，研究人員希望將這項技術(shù)與機器人技術(shù)結(jié)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。