ابداع روش نوین چاپ زیستی SLAM در دانشگاه بیرمنگام برای بافت‌های نرم و پیچیده
چاپ زیستی سه‌بعدی بافت‌های نرم یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های مهندسی بافت به شمار می‌رود. ساختارهای ژله‌ای و هیدروژل‌های زیست‌سازگار ویسکوزیته پایینی دارند. این مواد پس از خروج از نازل چاپگر، استحکام وزنی خود را از دست می‌دهند و بلافاصله فرو می‌ریزند. دانشمندان برای حل این معضل، از روش‌های چاپ درون حمام‌های شناور کمکی مانند تکنیک FRESH (جاسازی برگشت‌پذیر هیدروژل‌های معلق) استفاده می‌کردند.
با این حال، روش FRESH محدودیت‌های فیزیکی مشخصی دارد. ذرات ژلاتینی حمام ساپورت در حین حرکت سوزن پرینتر، اصطکاک و تنش برشی بالایی ایجاد می‌کنند. این اصطکاک باعث انحراف نوک نازل، اعوجاج لایه‌ها و کاهش شدید وضوح در چاپ اشکال ظریف و اندام‌های متخلخل می‌شود.
روش SLAM چیست و چه مزیتی دارد؟
تیم پژوهشگران دانشگاه بیرمنگام انگلستان برای رفع این موانع، روش ساخت افزایشی جدیدی به نام SLAM (مخفف Suspended Layer Additive Manufacturing یا ساخت افزایشی لایه‌ای معلق) را ابداع کردند.
در روش SLAM از یک حمام شناور ویژه بر پایه میکروژل‌های آگاروز خودترمیم‌شونده استفاده می‌شود. این پلیمرها رفتار سل-ژل (Sol-Gel) فوق‌العاده‌ای دارند. ویژگی‌های عملکردی این سیستم شامل موارد زیر است:
- کاهش چشمگیر اصطکاک برشی: شبکه به هم‌تنیده میکروژل‌های آگاروز با عبور نازل پرینتر به سرعت باز می‌شوند و بدون ایجاد مقاومت به جوهر اجازه خروج یکنواخت می‌دهند.
- بازیابی فوری ساختار ساپورت: به محض عبور نازل، ذرات ژل بستر شناور فوراً دوباره پیوند می‌خورند و فیلامان ژله‌ای تزریق‌شده را بدون هیچ تغییری در فضا معلق نگه می‌دارند.
- امکان چاپ با هیدروژل‌های بسیار رقیق: پژوهشگران با این روش می‌توانند جوهرهای زیستی با ویسکوزیته بسیار پایین و تراکم سلولی بالا را بدون نگرانی از افتادگی داربست پرینت کنند.
آزمون‌های تجربی و چاپ ساختارهای پیچیده هندسی
تیم تحقیقاتی دانشگاه بیرمنگام برای اثبات دقت هندسی و کارایی روش SLAM، نمونه‌های پیچیده و دشواری از بافت‌های نرم را با موفقیت پرینت کردند:
- دیسک بین‌مهره‌ای (Intervertebral Disc): بازسازی بخش مرکزی نرم دیسک ستون فقرات با دقت تشریحی کامل و انعطاف‌پذیری مکانیکی بالا.
- ساختارهای شبکه‌ای متخلخل (Porous Meshes): تولید داربست‌های چندلایه ظریف با کانال‌های باز جهت تسهیل رگ‌زایی و نفوذ سلولی.
- مدل هندسی عنکبوت زیستی: چاپ مدل مینیاتوری با پایه‌ها و اندام‌های بسیار نازک برای نمایش پایداری سازه بدون نیاز به ساپورت‌های سنتی جامد.
تحول در تولید ایمپلنت‌های سفارشی بافت نرم
روش نوین SLAM مرزهای چاپ زیستی بافت‌های نرم را جابه‌جا کرده است. این تکنیک مسیر پژوهشگران را برای تولید اندام‌های پیچیده‌ای مانند مغز، ریه، کلیه و بافت‌های غضروفی هموار می‌سازد. دقت ابعادی بالای SLAM، خطاهای مرسوم حین ساخت را حذف می‌کند و تولید ایمپلنت‌های زیستی سفارشی با سلول‌های زنده را در مقیاس درمانی امکان‌پذیر می‌سازد.
منابع