Boulder-ingenieurs van de Universiteit van Colorado hebben een 3D-printtechniek ontwikkeld die lokale controle over de stevigheid van een object mogelijk maakt, het openen van nieuwe biomedische wegen die ooit kunstmatige slagaders en orgaanweefsel zouden kunnen omvatten.

De studie, die onlangs in het tijdschrift werd gepubliceerd Natuurcommunicatie , schetst een laag-voor-laag afdrukmethode met fijnkorrelige, programmeerbare controle over stijfheid, waardoor onderzoekers de complexe geometrie van bloedvaten kunnen nabootsen die zeer gestructureerd zijn en toch buigzaam moeten blijven.

De bevindingen zouden op een dag kunnen leiden tot betere, meer gepersonaliseerde behandelingen voor mensen die lijden aan hypertensie en andere vaatziekten.

"Het idee was om onafhankelijke mechanische eigenschappen toe te voegen aan 3D-structuren die het natuurlijke weefsel van het lichaam kunnen nabootsen, " zei Xiaobo Yin, een universitair hoofddocent bij de afdeling Werktuigbouwkunde van CU Boulder en de senior auteur van de studie. "Deze technologie stelt ons in staat om microstructuren te creëren die kunnen worden aangepast voor ziektemodellen."

Verharde bloedvaten worden geassocieerd met hart- en vaatziekten, maar het ontwikkelen van een oplossing voor levensvatbare slagader- en weefselvervanging is historisch gezien een uitdaging gebleken.

Om deze hindernissen te overwinnen, de onderzoekers vonden een unieke manier om te profiteren van de rol van zuurstof bij het bepalen van de uiteindelijke vorm van een 3D-geprinte structuur.

"Zuurstof is meestal een slechte zaak omdat het onvolledige uitharding veroorzaakt, " zei Yonghui Ding, een postdoctoraal onderzoeker in Werktuigbouwkunde en de hoofdauteur van de studie. "Hier, we gebruiken een laag die een vaste zuurstofpermeatie mogelijk maakt."

Door strikte controle te houden over zuurstofmigratie en de daaropvolgende blootstelling aan licht, Ding zei, de onderzoekers hebben de vrijheid om te bepalen welke delen van een object worden gestold om harder of zachter te zijn, terwijl de algehele geometrie hetzelfde blijft.

"Dit is een diepgaande ontwikkeling en een bemoedigende eerste stap in de richting van ons doel om structuren te creëren die functioneren zoals een gezonde cel zou moeten functioneren, ' zei Ding.

Als demonstratie, de onderzoekers printten drie versies van een eenvoudige structuur:een bovenbalk ondersteund door twee staven. De structuren waren identiek van vorm, afmetingen en materialen, maar was bedrukt met drie variaties in staafstijfheid:zacht/zacht, hard/zacht en hard/hard. De hardere staven ondersteunden de bovenbalk, terwijl de zachtere staven ervoor zorgden dat deze geheel of gedeeltelijk instortte.

De onderzoekers herhaalden de prestatie met een kleine Chinese krijgerfiguur, het zo afdrukken dat de buitenste lagen hard bleven terwijl de binnenkant zacht bleef, de krijger achterlatend met een stoer uiterlijk en een teder hart, bij wijze van spreken.

De printer op tafelformaat is momenteel in staat om te werken met biomaterialen tot een grootte van 10 micron, of ongeveer een tiende van de breedte van een mensenhaar. De onderzoekers zijn optimistisch dat toekomstige studies de mogelijkheden nog verder zullen verbeteren.

"De uitdaging is om een ​​nog fijnere schaal te creëren voor de chemische reacties, " zei Yin. "Maar we zien enorme kansen voor deze technologie en het potentieel voor kunstmatige weefselvervaardiging."