2026年7月26日，来自德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员开发出一种新型3D打印材料，它模拟了人体组织的分类和过滤能力，允许某些分子通过，同时阻止其他分子进入。这种广泛的功能意味着该材料可应用于医学、水处理和机器人等多个领域。
相关研究成果以题为“Jammed interconnected bilayeremulsions as 3D-printable biological tissue mimics”的论文发表在《自然材料》杂志上。
研究人员表示，目前构建小型类组织材料的方法无法扩展到足以满足实际应用所需的尺寸。研究团队利用简单的混合和离心技术，将数十亿个微小的水滴紧密地聚集在一起，从而克服了速度和可扩展性方面的难题，仅需几分钟即可形成大型的类组织材料。每个水滴之间都由一层薄膜隔开，这些薄膜可以相互连接，类似于人体组织中的细胞结构。科克雷尔工程学院法里博兹·马西赫土木、建筑和环境工程系以及麦凯塔化学工程系的教授马尼什·库马尔说道：“组织可以分离和运输离子和分子；这就是我们的肾脏或肠道的工作原理，只吸收它们需要的物质，而将其余的物质留在原地。”
这种柔性材料可以定制，模拟不同类型的组织。由于结构与真实组织高度相似，并且可以采用生物相容性材料进行3D打印，因此可以作为新组织或器官生长的支架。柔韧性和响应性使其成为软体机器人的理想基底——软体机器人能够像生物体一样运动和适应环境——可用于外科手术、搜救或传统机器无法进入的危险环境。
△这种3D打印组织模拟了人体组织的分类和过滤能力，允许某些分子通过，同时阻止其他分子进入。图片来源：德克萨斯大学奥斯汀分校
通过添加某些蛋白质，研究人员使这种材料具备了像神经组织一样传导离子电流的能力。这有望用于构建模拟人脑的计算系统。在另一项研究中，研究人员添加了一种蛋白质，使组织能够区分废水中的铵离子和其他离子。这些废水包括石油和天然气开采产生的废水以及市政污水，后者是库马尔近年来重点研究的领域。利用膜过滤掉不需要的离子，是一种很有前景的方法，可以从废水中回收和再利用关键的矿物离子和营养物质。这项新研究是历时十余年的研究成果的一部分。但真正将所有成果整合起来的，是他的学生艾达·菲卡。多年来，菲卡一直面临着形成缓慢和不稳定的难题。一次会议上，她听到了一些启发她新思路的内容。她和团队通过乳化技术破解了这一难题：将两种溶解度不同的油混合形成液滴，然后用离心机将它们挤压在一起。
菲卡说道：“这项技术现在提供了一种简单、可扩展的流程，应用范围极其广泛，而且只需要基本设备，因此可以在任何实验室实施。”库马尔补充道：“我们鼓励感兴趣的研究人员尝试这项技术，并将通过访问和交流，竭诚支持任何希望在增材制造领域工作的人员。”目前，研究人员正与美国能源部高级研究计划署（ARPA-E）合作，致力于将这项技术应用于锂和其他稀土元素的提取。Fica 和 Kumar 已通过德克萨斯大学的“发现到影响”（Discovery toImpact）办公室为这项技术及其多项下游应用申请了专利。本项目获得了伍德内克斯基金会、美国国家科学基金会、智利国家研究与发展署以及田纳西大学材料动力学与控制中心的资助。
来源：南极熊
0 留言