生物工程师和化学家设计具有潜在医疗应用的荧光 3D 打印结构

俄勒冈大学的研究人员将荧光环形分子混合到一种新颖的 3D 打印过程中，就像将鸡蛋和面粉搅拌成煎饼一样简单。结果是：复杂的发光结构支持新型生物医学植入物的开发。

这一进步解决了长期存在的设计挑战，使结构更容易随着时间的推移在体内进行跟踪和监测，使研究人员能够轻松区分植入物的组成部分以及细胞或组织。

这一发现是由 Paul Dalton 位于 Phil and Penny Knight 校园的加速科学影响工程实验室与 Ramesh Jasti 位于俄勒冈大学艺术与科学学院的化学实验室合作得出的。研究人员在论文中描述了他们的发现发表今年夏天在杂志上小的。

“我认为这是一个奇怪的时刻，当我们说‘让我们尝试一下’时，它几乎立即奏效了，”道尔顿说。

但在这个简单的起源故事背后，是两个截然不同的领域多年的专业研究和专业知识，然后才最终走到了一起。

道尔顿的实验室专门研究复杂、新颖的 3D 打印形式。他的团队的标志性开发是一种称为熔化电写的技术，该技术允许以非常精细的分辨率 3D 打印相对较大的物体。利用该技术，该团队打印了可用于各种生物医学植入物的网状支架。

这种植入物可用于多种应用，如新的伤口愈合技术、人造血管或帮助神经再生的结构。在最近的一个项目中，该实验室与化妆品公司欧莱雅合作，使用支架创建了一个逼真的多层人造皮肤。

与此同时，Jasti 的实验室以其在纳米圈方面的工作而闻名，环状碳基分子它们具有各种有趣的特性，并且可以根据环形箍的精确尺寸和结构进行调整。当暴露于环境中时，纳米环会发出明亮的荧光，根据其尺寸和结构发出不同的颜色。

当道尔顿还是俄勒冈大学的新教授时，如果不是为了随意交谈，这两个实验室可能都会留在自己的车道上，渴望建立联系并结识其他教员。他和 Jasti 反复考虑将纳米环纳入道尔顿已经在研究的 3D 支架中。这将使这些结构发光，这是一个有用的功能，可以更容易地追踪它们在体内的命运，并将这些结构与周围环境区分开来。

“我们认为这可能行不通，”贾斯蒂说。但它确实做到了，而且很快。

道尔顿说，过去人们曾试图让脚手架发光，但收效甚微。大多数荧光分子在 3D 打印技术所需的长时间暴露于热量的情况下会分解。 Jasti 实验室的纳米环在高温下更加稳定。

尽管两个小组都可能让他们的工艺看起来很简单，“制造纳米环确实很困难，而熔化电写确实很难做到，所以我们能够将这两个非常复杂和不同的领域合并成非常简单的东西，这一事实令人难以置信，贾斯蒂实验室的研究生哈里森·里德说。

研究人员发现，只需将少量荧光纳米环混入 3D 打印材料混合物中即可产生持久的发光结构。由于荧光是由紫外线激活的，因此支架在正常条件下看起来仍然清晰。

道尔顿实验室的研究生帕特里克·霍尔说，虽然最初的概念很快就发挥了作用，但需要几年的进一步测试才能全面了解材料并评估其潜力。

例如，Hall 和 Dalton 进行了一系列测试，以确认添加纳米环不会影响 3D 打印材料的强度或稳定性。他们还证实，添加荧光分子不会使所得材料对细胞有毒，这对于以及在更接近人类应用之前需要满足的关键基线。

该团队设想了他们所创造的发光材料的一系列可能的应用。贾斯蒂说，道尔顿对生物医学潜力特别感兴趣，但在紫外线下发光的可定制材料也可能用于安全应用。

他们已经为这一进展提交了专利申请，并最终希望将其商业化。贾斯蒂和道尔顿都很感激让他们走到一起的机缘。

“通过让那些通常不讨论他们的科学的人聚集在一起，我们得到了很酷的新方向，”道尔顿说。