生物3D打印方法

卡内基梅隆大学的一组研究人员开发了一种新的生物3D打印方法，该方法可以生成逼真的全尺寸人类心脏模型。科学家的悬浮水凝胶自由形式可逆嵌入技术（FRESH）涉及将环保型藻酸盐聚合物挤出到定制的明胶容器中，利用他们新颖的方法，该团队旨在与外科医生合作，为手术训练和预计划应用创建针对患者的临床模型。

该项目的负责人亚当·费恩伯格教授说：“外科医生可以对其进行操纵，并使其真正像真实的组织一样做出反应。因此，当他们进入手术现场时，他们在该环境中又增加了一层实际操作。我们现在可以建立一个模型，该模型不仅可以用于可视化规划，还可以用于物理实践。”

一种“新鲜”的3D打印新方法

然后使用直径250微米的针头打印最终的设计，该针头将藻酸盐挤出到定制的容器中，该容器的大小足以容纳完整尺寸的复制品。最终发现该小组的新方法可以产生比以前更耐用的模型，从而有可能使它们更有效地用作外科手术训练工具。

该图显示了Feinberg及其团队制造的全尺寸3D打印成人心脏模型。图片来自卡耐基梅隆大学。

3D打印全尺寸手术模型

在3D打印过程中，科学家将藻酸盐用作模型的主要材料，因为它与有机心脏组织的质地和机械特性非常相似。更重要的是，较软的材料（例如TPU和硅树脂）在重力作用下会发生变形，从而使刚性稍高的藻酸盐成为更合适的选择。

有趣的是，该团队发现挤出机的针尖存在问题，因为它需要足够长的长度才能到达熔池的底部，并支撑印刷材料。为解决此问题，创建了3D打印的针头支撑环，可以随意更换并连接到打印机的挤出机头上。研究人员得出结论，他们的3D模型适合作为外科手术训练工具来进行缝合以及可以在真实的人心脏上进行的其他操作。总体而言，该项目可以开拓其他研究途径，并且在将来，该团队希望他们的FRESH方法能够导致生物医学测试工具的开发。

图像显示四次扫描，第一幅图像显示基于MRI扫描的心脏，最后一张图像是使用藻酸盐的全尺寸FRESH打印图像。

图片来自卡耐基梅隆大学。

近年来，各种科学家已经采用3D打印作为产生逼真的器官模型的方法，从而扩大了我们对人体的了解。2020年7月，明尼苏达大学开发了一种新型生物墨水，该墨水帮助他们创建了一种功能强大的3D打印跳动心脏，该心脏由充满细胞的生物材料制成。该小组的新颖材料使他们能够3D打印具有更多腔室，心室和高细胞壁厚度的主动脉副本。

同样在2018年，郑州大学的一群医生对25名患者进行了一项研究，以强调如何在心脏手术中使用3D打印的解剖模型。该团队最终使用CT扫描来开发特定于患者的模型，该模型可以1：1比例进行3D打印。