俄勒岡大學(xué)利用熔融電寫技術(shù)3D打印熒光結(jié)構(gòu)，具有醫(yī)學(xué)應(yīng)用潛力

2024年9月28日，南極熊獲悉，來自俄勒岡大學(xué)的研究人員生稱將熒光環(huán)狀分子混合到一種新穎的 3D 打印工藝中，從而形成復(fù)雜的發(fā)光結(jié)構(gòu)，支持開發(fā)新型生物醫(yī)學(xué)植入物。這一進(jìn)展解決了長期存在的設(shè)計(jì)難題，使這些結(jié)構(gòu)更容易在體內(nèi)隨時(shí)間跟蹤和監(jiān)測(cè)—使研究人員能夠輕松區(qū)分哪些是植入物的一部分，哪些是細(xì)胞或組織。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是保羅·道爾頓（Dalton）在菲爾和佩妮·奈特加速科學(xué)影響校園的工程實(shí)驗(yàn)室與俄勒岡大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院拉梅什·賈斯蒂的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室合作的成果。研究人員在《Small》雜志上發(fā)表的一篇題為“Cycloparaphenylenes asCompatible Fluorophores for Melt Electrowriting”論文中描述了他們的發(fā)現(xiàn)。

相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202400882

對(duì)于這項(xiàng)研究成果的取得，道爾頓表示：“我認(rèn)為那是一個(gè)奇怪的時(shí)刻，我們說，‘讓我們?cè)囋嚢伞?，結(jié)果幾乎立刻就成功了。”然而，在這個(gè)簡單的起源故事背后，是多年來在兩個(gè)截然不同的領(lǐng)域進(jìn)行的專業(yè)研究和專業(yè)知識(shí)，最終才走到一起。道爾頓的實(shí)驗(yàn)室專門研究復(fù)雜、新穎的 3D 打印形式。他的團(tuán)隊(duì)的標(biāo)志性開發(fā)是一種稱為熔融電寫技術(shù)，該技術(shù)允許以非常精細(xì)的分辨率 3D 打印相對(duì)較大的物體。

利用該技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)打印出了可用于各種生物醫(yī)學(xué)植入物的網(wǎng)狀支架。此類植入物可用于各種應(yīng)用，如新的傷口愈合技術(shù)、人造血管或幫助神經(jīng)再生的結(jié)構(gòu)。在最近的一個(gè)項(xiàng)目中，Jasti實(shí)驗(yàn)室與化妝品公司歐萊雅合作，利用支架制造出逼真的多層人造皮膚。

Jasti 的實(shí)驗(yàn)室以研究納米環(huán)而聞名。納米環(huán)是一種環(huán)狀碳基分子，具有各種有趣的特性，可根據(jù)環(huán)狀環(huán)的精確尺寸和結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。納米環(huán)在暴露于紫外線時(shí)會(huì)發(fā)出明亮的熒光，根據(jù)其尺寸和結(jié)構(gòu)發(fā)出不同的顏色。

道爾頓和賈斯蒂最初考慮將納米環(huán)整合到道爾頓正在研究的 3D 支架中，這樣可以使這些結(jié)構(gòu)發(fā)光，并使其更容易追蹤其在體內(nèi)的命運(yùn)，并將其與周圍環(huán)境區(qū)分開來?！拔覀冋J(rèn)為這可能不會(huì)奏效，”賈斯蒂說。

道爾頓表示，人們過去曾嘗試讓支架發(fā)光，但收效甚微。大多數(shù)熒光分子在 3D 打印技術(shù)所需的長時(shí)間加熱下會(huì)分解，但 Jasti 實(shí)驗(yàn)室的納米環(huán)在高溫下要穩(wěn)定得多。

Jasti 實(shí)驗(yàn)室的研究生Harrison Reid 說：“制作納米環(huán)非常困難，熔化電寫入也非常困難，因此我們能夠?qū)⑦@兩個(gè)非常復(fù)雜且不同的領(lǐng)域合并成一個(gè)非常簡單的東西，這真是令人難以置信。”

俄勒岡大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，只需將少量熒光納米環(huán)混入 3D 打印材料混合物中，即可產(chǎn)生持久發(fā)光的結(jié)構(gòu)。由于熒光是由紫外線激活的，因此支架在正常條件下仍然看起來很清晰。

道爾頓實(shí)驗(yàn)室的研究生帕特里克·霍爾說，雖然最初的概念很快就取得了成果，但還需要幾年的時(shí)間進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試，才能全面了解這種材料并評(píng)估其潛力。例如，霍爾和道爾頓進(jìn)行了一系列測(cè)試，以確認(rèn)添加納米環(huán)不會(huì)影響 3D 打印材料的強(qiáng)度或穩(wěn)定性。他們還證實(shí)，添加熒光分子不會(huì)使所得材料對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性，這對(duì)于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用很重要，也是在更接近人體應(yīng)用之前需要滿足的關(guān)鍵基準(zhǔn)。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)想了發(fā)光材料的一系列可能應(yīng)用。道爾頓對(duì)生物醫(yī)學(xué)潛力特別感興趣，但賈斯蒂說，在紫外線下發(fā)光的可定制材料也可能用于安全應(yīng)用。他們已經(jīng)為這項(xiàng)進(jìn)展提交了專利申請(qǐng)，并希望最終將其商業(yè)化。