科學家開發出能自我摺疊的3D列印醫療植入物

眾所周知，3D生物列印器官和人體組織植入物是奇妙的，但它只是一個更加廣闊的領域——組織再生的一部分，這是當今醫學研究最受人關注的前沿陣地，其目標是使受損的組織、器官和骨骼再次生長。近日，來自荷蘭Maastricht大學和代爾夫特理工（TU Delft）大學的一支研究團隊在實現骨再生的道路上獲得了一個非常重要的突破，他們成功地3D列印出了一種帶有自我摺疊屬性的智能植入物，該植入物可促進骨細胞的再生。

目前該研究已經發表在了《Materials Horizons》雜誌的封面上，論文標題為《Programming the shape-shifting of flat soft matter: from self-rolling/self-twisting materials to self-folding origam》，作者是S. Janbaz、R. Hedayati和A. A. Zadpoor。他們披露，這項突破可以用於當下使用的各種醫療植入物當中。

據Amir Zadpoor博士解釋說，完全再生的功能性組織是組織工程的聖杯，可以使當前許多疑難病症的治療徹底改觀。但是有效的再生方法需要能夠促進細胞生長的多功能生物材料，而這正是此Maastrict大學和TU Delft聯合項目研究的重點。「在理想情況下，對於生物材料的優化應當不僅包括其3D結構，而且還要包括其表面的納米結構。」他解釋道。

據天工社了解，由於對象表面的限制，3D列印技術原本並不是研究人員們的首要選擇。「3D列印技術使我們能夠創建十分複雜的3D結構，但是由於其本身的特點，但對於在對象表面上的構建能力是非常有限的。納米光刻技術可以生成非常複雜的表面納米結構，但是一般僅限於平坦的表面。」Zadpoor 說。「沒有任何方式能夠將任意複雜的3D結構與任意複雜的表面納米結構結合起來。」

而為了實現他們的智能植入物研究的突破，科學家們從古老的摺紙藝術當中獲得了靈感。因為完全平坦的表面很適合3D列印，Zadpoor通過編程，設定這些3D列印的材料在暴露於一定溫度條件下時開始摺疊成特定的結構。

也就是說，科學家們先在平坦的表面3D列印出複雜的納米結構，然後在特定條件下（比如暴露於人體的高溫狀態時）將2D表面摺疊成預先設定好的3D結構。「自然使用各種激活機制來對活生物體的功能和形狀編排出複雜的變換。受到類似自然現象的啟發，我們的團隊先開發出一種平面（2D）的可編程材料，這種材料在受到某種刺激（比如溫度變化）時可以自我轉化成一個複雜的3D幾何形狀。」Zadpoor 解釋道。

具體來說，科學家們使用雙層和多層的形狀記憶聚合物和超彈性聚合3D列印出這些可變換形狀的對象。藉助四種不同的形狀轉換模式（自我滾動、自我扭曲，以及複合自我滾動和自我扭曲），它們可以調整自己以適應在人體內的任意位置和支持蜂窩材料的發展。這些模式可以被集成進2D結構，然後被激活以獲得能自我扭曲的類似於DNA的結構、能自組織的纖維等等。

儘管這項技術目前還不能用於臨床測試，但已經是朝著能夠促進細胞再生的3D列印生物植入物的方向上邁出的重要一步。