俄勒岡大學利用熔融電寫技術3D打印熒光結構，具有醫(yī)學應用潛力

2024年9月28日，南極熊獲悉，來自俄勒岡大學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，從而形成復雜的發(fā)光結構，支持開發(fā)新型生物醫(yī)學植入物。這一進展解決了長期存在的設計難題，使這些結構更容易在體內隨時間跟蹤和監(jiān)測—使研究人員能夠輕松區(qū)分哪些是植入物的一部分，哪些是細胞或組織。

這項發(fā)現(xiàn)是保羅·道爾頓（Dalton）在菲爾和佩妮·奈特加速科學影響校園的工程實驗室與俄勒岡大學藝術與科學學院拉梅什·賈斯蒂的化學實驗室合作的成果。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)。

相關論文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202400882

對于這項研究成果的取得，道爾頓表示：“我認為那是一個奇怪的時刻，我們說，‘讓我們試試吧’，結果幾乎立刻就成功了�！比欢�，在這個簡單的起源故事背后，是多年來在兩個截然不同的領域進行的專業(yè)研究和專業(yè)知識，最終才走到一起。道爾頓的實驗室專門研究復雜、新穎的 3D 打印形式。他的團隊的標志性開發(fā)是一種稱為熔融電寫技術，該技術允許以非常精細的分辨率 3D 打印相對較大的物體。

利用該技術，研究團隊打印出了可用于各種生物醫(yī)學植入物的網狀支架。此類植入物可用于各種應用，如新的傷口愈合技術、人造血管或幫助神經再生的結構。在最近的一個項目中，Jasti實驗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 的實驗室以研究納米環(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)的精確尺寸和結構進行調整。納米環(huán)在暴露于紫外線時會發(fā)出明亮的熒光，根據(jù)其尺寸和結構發(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，這樣可以使這些結構發(fā)光，并使其更容易追蹤其在體內的命運，并將其與周圍環(huán)境區(qū)分開來�！拔覀冋J為這可能不會奏效，”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 打印技術所需的長時間加熱下會分解，但 Jasti 實驗室的納米環(huán)在高溫下要穩(wěn)定得多。

Jasti 實驗室的研究生Harrison Reid 說：“制作納米環(huán)非常困難，熔化電寫入也非常困難，因此我們能夠將這兩個非常復雜且不同的領域合并成一個非常簡單的東西，這真是令人難以置信。”

俄勒岡大學的研究人員發(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，即可產生持久發(fā)光的結構。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。

道爾頓實驗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，但還需要幾年的時間進行進一步的測試，才能全面了解這種材料并評估其潛力。例如，霍爾和道爾頓進行了一系列測試，以確認添加納米環(huán)不會影響 3D 打印材料的強度或穩(wěn)定性。他們還證實，添加熒光分子不會使所得材料對細胞產生毒性，這對于生物醫(yī)學應用很重要，也是在更接近人體應用之前需要滿足的關鍵基準。

研究團隊設想了發(fā)光材料的一系列可能應用。道爾頓對生物醫(yī)學潛力特別感興趣，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用。他們已經為這項進展提交了專利申請，并希望最終將其商業(yè)化。