盡管全3D打印的心臟對(duì)于美國(guó)每年大約4,000名等待移植的人來(lái)說(shuō)并非現(xiàn)實(shí)，3D打印人體組織用于再生和修復(fù)是朝正確方向邁出的一大步。

來(lái)自卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（CMU）的創(chuàng)新研究人員長(zhǎng)期以來(lái)一直致力于3D打印技術(shù)的制造，并且來(lái)自該大學(xué)材料科學(xué)與工程（MSE）和生物醫(yī)學(xué)工程（BME）部門的團(tuán)隊(duì)最近開發(fā)了自己的低成本3D生物打印機(jī)，將設(shè)計(jì)作為開源發(fā)布，以便任何人都可以構(gòu)建它。

研究人員通過(guò)使用3D打印來(lái)修改標(biāo)準(zhǔn)桌面3D打印機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)DIY路線。

“從本質(zhì)上講，我們已經(jīng)開發(fā)出一種生物打印機(jī)，可以低于500美元打造，我認(rèn)為至少與許多花費(fèi)更多的錢相提并論。大多數(shù)3-D生物打印機(jī)的起價(jià)在1萬(wàn)美元到2萬(wàn)美元之間，“MSE和BME副教授Adam Feinberg解釋說(shuō)，他也是該大學(xué)Bioengineered Organs Initiative的成員。 “這顯著更便宜，我們提供非常詳細(xì)的教學(xué)視頻。這實(shí)際上是關(guān)于民主化技術(shù)，并試圖讓它進(jìn)入更多人的手中?！?/span>

市場(chǎng)上的商業(yè)3D生物打印機(jī)成本高達(dá)20萬(wàn)美元以上，并且通常也是專有的閉源機(jī)器，這些機(jī)器很難修改。但CMU研究人員已經(jīng)開發(fā)出了一種基于注射器的大容量擠出機(jī)（LVE），可用于修改任何FFF型3D打印機(jī)。

“我們創(chuàng)造的是一款大容量注射泵擠出機(jī)，幾乎適用于任何開源熔融沉積模擬（FDM）打印機(jī)，”MSI本科畢業(yè)生最近畢業(yè)的Kira Pusch說(shuō)道。 “這意味著對(duì)于使用3D打印機(jī)的人來(lái)說(shuō)這是一種便宜且相對(duì)容易的適應(yīng)?！?/span>

Pusch，BME博士后Thomas J.'TJ'Hinton和Feinberg最近在HardwareX雜志上發(fā)表了一篇名為“用于桌面3D打印機(jī)的大容量注射泵擠出機(jī)”的論文，該論文提供了一套完整的CAD和STL指令文件轉(zhuǎn)換為所需工具的類型，用于在典型的商業(yè)3D打印機(jī)上進(jìn)行3D打印和安裝LVE。為了他們的工作目的，CMU團(tuán)隊(duì)修改了PrintrBot Simple Metal 3D打印機(jī)。

該摘要寫道：“注射泵擠出機(jī)需要廣泛的3D打印應(yīng)用，包括生物打印，嵌入式打印和食品打印。然而，注射器的質(zhì)量成為大多數(shù)印刷平臺(tái)的主要挑戰(zhàn)，需要在速度，分辨率和/或體積方面做出妥協(xié)。為了解決這些問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了與低成本開源3D打印機(jī)兼容的注射泵大容量擠出機(jī)（LVE），并在此展示了其在PrintrBot Simple Metal上的性能。 LVE的主要內(nèi)容包括：（1）開放源代碼，與開源硬件和軟件兼容，使其價(jià)格低廉，可供3D打印社區(qū)廣泛使用;（2）使用標(biāo)準(zhǔn)60mL注射器作為其墨水庫(kù);有效地增加平均生物打印機(jī)的打印容量，（3）能夠回縮和高速運(yùn)動(dòng)，（4）可以使用小至100μm的噴嘴直徑打印流體，使用時(shí)可以打印復(fù)雜的形狀/物體與自由形式的可逆嵌入懸浮水凝膠（FRESH）3D打印方法相結(jié)合。通過(guò)利用海藻酸鹽作為模型生物材料油墨來(lái)制造參數(shù)化CAD模型和標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)對(duì)象，證明了LVE的打印性能?！?/span>

該團(tuán)隊(duì)使用常見藻酸鹽生物材料和懸浮水凝膠自由可逆嵌入（FRESH）技術(shù)在該論文中展示其系統(tǒng)，該技術(shù)是Feinberg實(shí)驗(yàn)室的簽名。

“生物打印歷史上數(shù)量有限，所以本質(zhì)上的目標(biāo)是在不犧牲打印的細(xì)節(jié)和質(zhì)量的前提下擴(kuò)大流程，”Pusch解釋說(shuō)。

本文的第一作者Pusch在實(shí)驗(yàn)室工作了三年，擔(dān)任本科生研究助理，目標(biāo)是開發(fā)其他研究人員可以開發(fā)并開發(fā)的開源生物醫(yī)學(xué)研究。 這項(xiàng)無(wú)障礙研究有望幫助創(chuàng)新傳播，以便像CMU所說(shuō)的那樣，“鼓勵(lì)生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，挽救生命”。

費(fèi)因伯格說(shuō)：“我們認(rèn)為這是我們推動(dòng)開放源碼環(huán)境推動(dòng)該領(lǐng)域向前發(fā)展的眾多技術(shù)中的第一種。 這是我們真正相信的?！?/span>

除了創(chuàng)新的LVE之外，其他幾個(gè)3D打印部件也被用于將Printrbot修改為3D生物打印機(jī)。 雖然LVE有助于降低成本，但它也為用戶提供了以更高分辨率和更大規(guī)模3D打印人造人體組織的機(jī)會(huì)。 然后，這可以讓您用3D打印生物材料和流體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

費(fèi)恩伯格說(shuō)：“通常情況下是一種折衷，因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)分配的材料數(shù)量較少時(shí)，我們擁有更多的控制權(quán)，并且可以打印高分辨率的小項(xiàng)目，但隨著系統(tǒng)變大，出現(xiàn)各種挑戰(zhàn)。 “LVE 3-D生物打印機(jī)使我們能夠在整個(gè)人類心臟范圍內(nèi)打印更大尺寸的組織支架，質(zhì)量更高?！?/span>