基于藻酸盐的3D打印油墨用于生物医学模型

Azom与Anne Arnold博士谈论了她的研究，开发了新的基于藻酸盐的生物企业，用于3D打印结构，用于在一系列应用中，主要是在生物医学领域内。

您能告诉我们您自己，生物材料的背景以及启发您最新研究的原因亚博网站下载高级制造？

我是太平洋西北亚博网站下载国家实验室的材料化学家。我的生物材料工作始于我在卡内亚博网站下载基·梅隆大学（Carnegie Mellon University）的论文工作，我们的实验室正在设计材料，以促进受伤或疾病后的组织再生。

我真的很喜欢这项研究，因为我觉得它可以帮助人们过上更好的生活，因此这就是为什么我想在加入PNNL后继续在生物材料领域工作的原因。亚博网站下载考虑到这一点，我们在这里的最新研究的灵感来自于找到更好的病原体检测解决方案，我们认为可以用生物材料来解决。亚博网站下载这确实令人兴奋，因为再次，我们将重点关注可以真正使社会受益的生物材料研究。

您如何弥合从生物材料和生物检测到3D打印的差距？亚博网站下载

实际上，生物材料和3D打印亚博网站下载非常相互联系，尤其是在组织工程方面。为了能够基本上创建可以用来替代组织的某种类型的构造，您必须具有某种类型的三维结构。

3D打印是实现这一目标的绝佳方法，因为它是如此适应性，您可以打印许多不同类型的材料。亚博网站下载这实际上只是一项令人惊叹的技术，您可以用来量身定制脚手架，特定于患者的损伤几何形状。

您能给我们一些关于生物企业及其构图的概述吗？

生物企业由天然衍生的聚合物组成，例如我们使用的藻酸盐以及合成聚合物。当这些聚合物用水水合时，它们会形成非常厚的液体，其稠度与蜂蜜或糖蜜相似。

生物墨水也是生物相容性的，这意味着，当细胞添加到生物墨水中时，生物企业会帮助保持细胞的生存。因此，生物墨水确实是独一无二的，因为它们可以在室温下打印3D，以确保细胞存活。然后，生物企业适用于广泛的研究领域，包括组织再生，药物筛查，疾病建模以及在我们的情况下是传感器。

您能否向我们解释是什么导致您想到在生物企业中使用棕色海藻的藻酸盐的想法？

藻酸盐通常已被用作生物INK，但是基于公式或我喜欢称为Bio-Ink配方的生物INK的性能高度可调。因此，基本上，我们决定使用藻酸盐作为基础来创建自己的生物ink配方，以用于我们的生物检测应用。

图片来源：Robert Ford/Shutterstock.com

与其他可用的天然多糖相比，使用藻酸盐的优点是什么？

藻酸盐之所以有利的原因是因为它以非常低的成本广泛使用。它也是生物相容性的，并且有能力与钙离子形成交联。这有助于将生物焦从真正厚的液体转化为稳定的3D结构。

藻酸盐确实很酷的是，这种交联实际上是可逆的。这很重要，因为很难表征嵌入3D打印的单元格，但是由于交联用藻酸盐可逆，因此您实际上可以溶解打印，提取细胞并对它们进行更详细的分析。

您能否让我们完成这些生物企业的生产过程，以及如何管理它们来创建结构？

我们的Bio-Ink配方非常简单，我喜欢将其视为食谱。我们开始准备生物墨水的方式是将藻酸盐（即粉末）溶解到水中。同样，这会产生一种非常厚的液体，例如蜂蜜。这是您可以添加云母颜料的阶段，它们也是粉末，只需将它们搅拌到墨水中即可。

为了使这些墨水为3D打印做好准备，您需要将它们加厚。我们这样做的方法是添加一点钙溶液，该钙溶液再次与藻酸盐聚合物形成那些交联，因此您可以创建一个足够薄的生物墨水，可以从喷嘴中挤出，但足够厚印刷后，它保持了形状。因此，根据您添加的钙量，这实际上是一个可调的过程，这真的非常酷。

一旦拥有所有这些，并且使生物墨水变厚，您基本上只需将其加载到注射器中，就可以手工打印，或者可以在指定的3D打印机上打印。

正如您所说，您所有的生物企业都使用云母色素粉创造出生动的颜色。您为什么选择这些颜料？有什么理由吗？

我们之所以选择云母颜料与我们真正想知道坚实的添加剂（特别是纳米材料）如何影响我们生物墨水的特性的事实有关，因为纳米材料是改变它们的绝佳方法。亚博网站下载

图片来源：ladanifer/shutterstock.com

为此，我们将云母色素用作纳米材料的替代物，因为云母颜料是微米大小的颗粒，并且使用微米大小的颗粒实际上消除了与纳米材料工作相关的安全问题。亚博网站下载yabo214此外，云母颜料具有高度的色素，因此使它们在生物墨水中的可视化非常容易。

那么这些墨水将使用哪些生物检测应用？

从本质上讲，这将是病原体检测。例如，关于有害细菌并能够研究是否存在病原体或它们对人类细胞的作用。您可以在这些生物墨水中打印各种不同的人类细胞类型，例如肺部细胞，脑细胞和源自肝脏的细胞，以查看对这种病原体对所有这些不同细胞类型的影响。

除生物医学外，这些生物企业还可以使用哪些行业？

我认为可以将它们用于各种不同的目的。在生物医学方面，我认为它们可以用于创建可以在医疗领域中使用的组织和器官的解剖印刷品，例如，在对患者进行手术之前，请在3D印刷模型上练习。

它们也可用于为博物馆或教育目的重新创建罕见的医疗标本。就云母配方而言，我认为这些生物墨水可以用作蒸汽活动，真正教孩子基础科学概念，同时也能够利用其创造力来创造艺术品。亚博老虎机网登录最后，我认为显然这些可以用艺术家来创建真正独特的3D作品。

这些生物企业对您个人最令人兴奋的潜在用途是什么？

我是科学家，还是艺术家，在PNNL的蒸汽教育大使。我真的很高兴看到如何使用这种生物墨水材料来促进蒸汽教育。我认为这可能是我们走这条路时最令人兴奋的事情。

这种教育重点是艺术墨水和材料的下一步吗？亚博网站下载您是否真的有什么其他东西可以使用这些材料？亚博网站下载

在将其用于蒸汽教育方面，这是目前正在进行的事情。但是，我们也将继续在生物检测区域进行这种生物墨水配方。

至于PNNL，他们确实在进行大量的增材制造研究，而不仅仅是在生物场中。这真的很有趣，因为我还从事其他项目，我们正在为带有塑料的传统3D打印设计高性能材料。亚博网站下载

阿诺德博士的更多研究

安妮·阿诺德（Anne Arnold）博士和她的团队发表了一篇新论文，内容涉及上面讨论的云母颜料作为高性能热塑性添加剂的使用，可以打印3D。他们报告的3D丝是新颖的，并且云母颜料使打印热塑性塑料的熔化温度> 300 c，稀疏酸的溶解度更加容易，并具有将颜色赋予原本棕色材料的奖励。您可以阅读有关这项研究的更多信息这里。

关于安妮·阿诺德博士

安妮·阿诺德（Anne Arnold）是国家安全部PNNL的博士后研究员，在那里她是一名材料化学家。亚博网站下载在加入PNNL之前，她获得了学士学位。圣弗朗西斯大学的化学学士学位马萨诸塞大学洛厄尔大学的生物学博士学位和博士学位。卡内基·梅隆大学的化学专业。她在PNNL的工作涉及新材料的设计，合成和表征，或者修改/重新利用用于航空航天，威胁检测和复杂分离的市售材料。亚博网站下载安妮（Anne）努力确定与创造性方法相匹配的独特问题，以解决相关问题。她发现她的科学工作中涉及的复杂性和创造力补充了她在业余时间创建新艺术作品的。