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3D打印技术

微重力中的生物打印:大家站在哪儿?


发布日期:2021-01-12 来源: 凌云3D


将生物医学临床研究和技术性转换为太空身心健康的重要一部分代表着太空工作人员将迫不得已造就自身的作用细胞,机构,乃至人体器官。虽然预估在未来十年内不容易完成可以效仿内脏器官在太空中移殖的生物研究解决方法,但科学研究工作人员早已在开发设计可在微重力标准下工作中的新技术新工艺。现如今,航天员患比较严重病症并必须重症监护室的风险性不大(在1%和2%中间),但这类状况有可能产生。在太空旅游中,身体特别是在这般 它将承担高些的工作压力,高些的动能,电磁波辐射和宇宙射线,进而提升密闭式器皿中长期太空航行的风险。

最坏的状况和假定状况是关键的技术性发展的优良起始点,尤其是涉及到宇宙空间时。伴随着NASA的阿蒂米斯计划方案整体规划根据,以使2024年月球的人们探寻和火花上很有可能的载客登录面到2030年,借助自主创新技术性存活离地球上将出示个性化的机遇,以在路轨上健康成长。因此,航天部门和民营企业一直在科学研究微重力做为生物打印技术性的輔助要素,以建立机构结构和实体模型。

到迄今为止,2个三维生物打印系统软件早已推广到国际空间站,运用微重力技术性能够迅速完成三维机构和人体器官构造的生物制造,比如人们心血管细胞或小白鼠甲状腺囊肿。在太空中开展生物打印有很多优势,比如,权威专家发觉微重力标准能够对具备裂缝,内腔和隧道施工的更繁杂几何图形样子的机构和人体器官结构开展三维生物打印。生物印痕能够应用不一样的全过程,包含挤压成型和带磁生物印痕,但最重要的是,沒有作用力的生物印痕清除了坍塌的风险性,使人体器官不用支撑架就可以生长发育。这能够改进对地球上病人的医治,并有利于创建可持续性的大行星中立国家。

3D生物打印Techshot和nScrypt的BioFabrication设备

在历史上,制造绵软的人体细胞(比如毛细血管和全身肌肉)一直很艰难。非常少有科学研究工作人员取得成功地对这种构造开展三维打印,由于她们尝试解决地球上生物打印的多元性。为了更好地处理这一局限,一家企业下手制造一种用以太空制造的生物打印机。微重力机器设备的商业服务营运商Techshot与工业生产三维生物打印机制造商nScrypt联合开发了三维生物打印机,致力于制造室内空间中的人体器官样机构。生物制造设备(BFF)于2019年7月运行,早已在国际空间站(ISS)试验室和国际空间站上取得成功印刷了含有很多人心血管细胞的机构样构造,也包含人们半月板。

更关键的是,尽管三维打印机的生物黑墨水包括例如心脏细胞,神经系统细胞和毛细血管细胞这类的细胞种类,但特别注意的是,它不包含一般 在地球上开展生物打印时抵御作用力的吸引力毁坏需要的钢管脚手架原材料或增粘剂。在2020年1月公布取得成功用人们心血管细胞开展三维生物打印的室内空间打印时,Techshot还叙述了“在地球上试着用绵软,易流动性的生物原材料开展打印时,机构在本身净重的功效下能坍塌-所造成的只是是水洼。可是,当在太空的微重力自然环境中应用这种同样的原材料时,三维打印构造将维持其样子。”

3D生物打印NASA航天员克里斯蒂娜·科赫(Christina Koch)运行了新的生物制造设备,以检测其打印细胞的工作能力

L型三合一存物柜尺寸的快递公司仓储货架重力梯度BFF仅为三英尺宽,两英寸高,但可容下四个打印头,应用大概是人发直徑二倍的点胶机针头来搭建特殊的细胞和细胞外原材料的生物构造体。生长发育机构将必须它。它根据可以以每秒钟700mm之上的速率驱动器的线形电机系统软件搭建,关键是由于速率是微重力中生物打印的实质。针对下一阶段,该企业决策将其带到地球上开展一些升級,但BFF将在诺斯罗普·格鲁曼公司(Northrop Grumman)的第16届NASA商业服务补充服务项目每日任务(NG)上于2021年7月回到国际空间站以后开始营业。-16)。

在2020年ISS国际性太空试验室机构试验室工程项目和生物研究讨论会系列产品中,Techshot的首席科学家Eugene Boland表述说:“在无热对流,水的浮力和按段的状况下,更非常容易在微重力下形成三维构造的缘故是,我们可以应用较高粘度的生物黑墨水,细胞和营养元素将保存在置放他们的部位。这事实上是生物打印的一种范式转变,在这类状况下,大家只有出自于生物学的目地而不是出自于结构力学的目地来打印生物学。因而,大家无须加上偶联剂和别的构造来固定不动他们,我们可以立即打印需要的样子。这恰好是您在微重力下能够保证的,而您在路面上没法保证,那便是转为三维打印,而不是二维和半二维打印。”

3D生物打印Techshot和nScrypt的BioFabrication设备內部工作中

在2019年秋季,美国国家航空航天局厅长Jim Bridenstine公布,虽然在人们长期性日常生活和工作中以前也有许多 工作中要做,“大家已经应用ISS来三维打印人体细胞,最后完成人们应用成体干细胞的人体器官,目地是在地球上更改我们的日常生活。” 自打2018年宣誓就职美国国家航空航天局(NASA)第十三任特首至今,布莱登斯汀一直在迅速追踪该组织的总体目标,即到2024年将第一名男孩和女孩着陆在月球上,并在本十年中后期创建可持续性的登月存有。

在对该组织的Artemis方案开展公布升级时,Bridenstine表明:“现阶段,大家已经勤奋在路轨上制造人工合成眼底黄斑。这种是因为原材料的层次方法而没法在地球上实行的实际操作,可是您能够应用ISS在室内空间的微重力中开展实际操作。想像一下一个合适您手掌心的小盒子,随后将它放进內部配有原材料的室内空间中。可是当哪个小盒子重回地球时,大家开启它来寻找一千个人工合成眼底黄斑。这种眼底黄斑能够协助身患黄斑病变并很有可能丧失眼睛视力的人。”

3D生物打印人力眼底黄斑

事实上,自主创新的生物技术性Lambda Vision的微重力制造的根据蛋白的人力眼底黄斑不但能够修复地球上视网膜疾病病人的眼睛视力,并且将变成该企业探寻怎样在太空中开展生产制造的一个非常好的起始点。用以很多不一样领域的别的生物医药学和关键技术。到迄今为止,Lambda Vision的CEONicole Wagner汇报说,微重力早已取得成功地证实了层次,能够在衬底的一些地区上堆积100层。

ISS也是乌克兰Organ.Aut 三维生物打印服务平台的所在城市,该服务平台已于2018年12月取得成功进到路轨。乌克兰航天部门Roscosmos方案与总公司坐落于Skolkovo的三维 Bioprinting Solutions企业协作,制造可管理方法机构的太空带磁三维生物打印机。圆球在微重力中。有希望发展趋势出三维生物打印技术性的新方式,比如应用图案化物理学场开展可预测分析的细胞外扩散的声学材料或带磁生物打印,摆脱一些普遍的局限,比如速度比较慢和没法建立具备繁杂几何图形样子的三维结构。

该系统软件早已在地铁站的零重力自然环境中对耗子的甲状腺囊肿开展了三维生物打印。乃至是人造肉,骨骼和三维病菌生物膜;及其蛋白化学物质的生长发育结晶和生物产品化的人们软骨组织机构。该企业制订了太空旅游的宏大方案,期待开发设计出将来版本号的生物打印机,以协助飞机驾驶员拆换人的身体部位,乃至可以为前往火星的大家打印食材。

3D生物打印阿莱维的ZeroG生物挤塑机,用以国际空间站上太空制造的AMF加工厂

别的生物打印机也在开发设计中。微重力制造权威专家企业在太空(MIS)与生物打印机制造商的合作方关联阿列维下手建立ZeroG出示生物挤塑机,这将非常容易地配置到MIS目前的防腐剂制造加工厂在国际空间站上。据AlleviCEO兼创始人Ricky Solorzano称,该服务平台将可以检测生物原材料并根据微重力完成各种各样几何图形样子,进而改变太空生物学科学研究。

“总体目标是掌握在微重力下开展试验的局限和使用价值。如同我们在路面上开展生物打印一样,大家坚信根据出示这种信息内容并开展试验,小区将掌握微重力,并寻找这些不但是科学研究并且是根据商品的应用软件,进而使该领域摆脱太空自然环境”,Solorzano也在国际性太空站国家级实验室太空讨论会系列产品中表述道。

德国三维生物打印机制造商Cellink还公布了与MIS的战略合作协议,认为ISS和将来的非国际性服务平台明确三维生物打印的发展趋势机遇。尽管ê在2019年arlier中,欧洲航天局(ESA)和德累斯顿技术性高校的高校医院门诊(TUD) 也证实了工作能力的三维打印生物化学物质在太空一样的地球污染。

3D生物打印生物医药学在太空中的演化

微重力生物打印开拓了一个全新升级的行业,也产生了新的挑戰。如同太空创业者埃隆马斯克·埃隆马斯克(Elon Musk)以前说过的那般,“太空难以”,而在地球上外开展生物打印则更为艰难。权威专家们早已发觉了一些局限,从生物黑墨水的个人行为方法到了解界面张力。为地球上和飞机驾驶员推动太空生物打印也有很多工作中要做,可是新的协作能够快速进到太空生物打印的下一阶段。


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