海洋中最常見的八爪魚成為來自美國(guó)新罕布什爾大學(xué)的兩位研究人員對(duì)新型3D打印材料的靈感來源。作為頭足類家族的成員，章魚，魷魚和墨魚作為海洋中的偽裝大師，可以瞬時(shí)轉(zhuǎn)化自身的顏色用以適應(yīng)周圍環(huán)境。這是一種令人難以置信的偽裝，它可以讓這些深海生物在躲避掠食者以及更容易獵食獵物。

圖中畫圈處就是八爪魚的變色

目前來自新罕布什爾大學(xué)機(jī)械工程系的教授姜云耀教授和YaningLi用了大量時(shí)間來研究這種水生動(dòng)物，并著眼于人工再造它們。首先，我們應(yīng)該仔細(xì)研究這種偽裝機(jī)制的運(yùn)作方式，因?yàn)樗嬖谟谧匀唤纭１环Q為偽裝的水下主人，頭足類動(dòng)物由于其皮膚中高度敏感的色素體器官而具有驚人的偽裝能力。色素細(xì)胞器官的機(jī)制圍繞著一個(gè)含色素的單一色素細(xì)胞，與4至24個(gè)徑向排列的肌纖維結(jié)合在一起。

色素細(xì)胞快速變化從而有效地轉(zhuǎn)移皮膚色素

當(dāng)章魚肌肉收縮時(shí)，無論是逃離危險(xiǎn)境地還是抓捕獵物，該生物的色素細(xì)胞都會(huì)快速的變化，從而有效地轉(zhuǎn)移皮膚色素。除了基本的顏色變化之外，頭足類動(dòng)物還可以通過選擇性地和順序地?cái)U(kuò)大和縮小不同組的色素細(xì)胞，在偽裝能力方面具有戰(zhàn)略意義，從而實(shí)現(xiàn)跨越很大范圍的顏色轉(zhuǎn)換。用外行人的話來說，章魚不僅能迅速改變顏色，它也可以有條不紊地與周圍環(huán)境相匹配。

受到這種自然奇觀的啟發(fā)，研究人員開始通過多種材料的3D打印方式開發(fā)自己的人造色素。盡管章魚使用他們的色素能力主要用于色素轉(zhuǎn)運(yùn)，但新罕布什爾大學(xué)的教授們?cè)噲D通過他們的工作帶來戲劇性的變化和獨(dú)特的順序開放機(jī)制。拉普拉斯效應(yīng)的科學(xué)概念是實(shí)現(xiàn)成功結(jié)果的關(guān)鍵，它允許材料在朝不同方向拉伸時(shí)沿一個(gè)方向擴(kuò)展。通過在兩個(gè)不同的方向上調(diào)整它們的手性幾何形狀，他們可以設(shè)計(jì)一種機(jī)制，僅在一個(gè)方向上加載時(shí)，可以使不同大小的單元順序打開。這意味著人工設(shè)計(jì)的單元格可以以不同的排序模式打開，并通過幾何和材料的組合進(jìn)行調(diào)整。

拉普拉斯效應(yīng)說明

作為一種有價(jià)值的新設(shè)計(jì)理念，研究人員的創(chuàng)新可能會(huì)對(duì)我們用于促進(jìn)藥物輸送和顏色變化的智能超材料產(chǎn)生嚴(yán)重影響。至少可以說，潛在的應(yīng)用很多。通過利用這些3D打印的色素，生物醫(yī)學(xué)支架，繃帶，藥物儲(chǔ)存器和支架可以設(shè)計(jì)得更加有效，以適應(yīng)佩戴者的身體。除了智能響應(yīng)復(fù)合材料，執(zhí)行器和傳感器以及可拉伸電子器件等領(lǐng)域外，可折疊或可展開器件的擴(kuò)展領(lǐng)域也可以從創(chuàng)新中受益。不僅可以在動(dòng)物身上實(shí)驗(yàn)，人體皮膚也可以進(jìn)行3D打印。

目前3D打印正在嘗試不同的研究領(lǐng)域，人體皮膚3D打印就是其中之一。3D打印的皮膚不僅在制藥和化妝品檢測(cè)方面具有價(jià)值，還可以為燒傷或事故受害者提供皮膚移植物來改變身體狀況。目前工程皮膚構(gòu)造已被用于這些方向，但它們不具有天然皮膚的許多特征，如毛囊，汗腺和色素沉著。

3D打印人體皮膚可實(shí)現(xiàn)自然色素沉著

就像章魚的皮膚一樣，3D打印人體皮膚可實(shí)現(xiàn)自然色素沉著，新加坡研究所(SIMTECH)和南洋理工大學(xué)新加坡中心3D打印(SC3DP)已經(jīng)開發(fā)出，有色人體皮膚結(jié)構(gòu)的3D生物打印。研究小組使用生物打印技術(shù)來控制黑色素產(chǎn)生的皮膚細(xì)胞或黑色素細(xì)胞在仿生組織基質(zhì)上的分布，從而產(chǎn)生類似于真人皮膚的色素沉著的皮膚。

3D打印技術(shù)是精確沉積生物材料和活細(xì)胞以制造仿生皮膚的極好平臺(tái)，具有很高的可重復(fù)性，現(xiàn)在看不到3D打印的皮膚具有均勻的皮膚色素沉著。研究人員使用三種不同類型的皮膚細(xì)胞：黑色素細(xì)胞，角質(zhì)形成細(xì)胞和成纖維細(xì)胞，以及兩步生物打印方法，稱為“按需滴落”。

3D打印人體皮膚沒有毛囊、汗腺和色素沉著

兩步生物打印策略包括制造皮膚的真皮區(qū)域，以及表皮細(xì)胞(例如角質(zhì)形成細(xì)胞和黑素細(xì)胞)在仿生皮膚構(gòu)建體上的預(yù)定義位置處的沉積，創(chuàng)造3D體外著色的人體皮膚構(gòu)造，研究發(fā)現(xiàn)3D打印的皮膚結(jié)構(gòu)與使用手工鑄造方法制造的皮膚結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較時(shí)，兩種制造方法，真皮區(qū)域頂部的細(xì)胞分布和真皮區(qū)域內(nèi)的微結(jié)構(gòu)之間的兩個(gè)明顯區(qū)別。與手工澆鑄方法相比，兩步生物打印策略能夠以高度可控的方式實(shí)現(xiàn)打印單元的標(biāo)準(zhǔn)化分布。

人類的皮膚顏色有著無數(shù)的變化，為什么很多女性很難找到完美匹配膚色的化妝品。如果這些研究人員能夠創(chuàng)造像天然皮膚那樣的色素，那么對(duì)于那些需要皮膚移植的人來說，這將是一大喜訊。皮膚移植可以挽救生命，也是愈合心靈創(chuàng)傷的關(guān)鍵，但從化妝品的角度來看，工程皮膚移植仍然有很多缺失?；颊咦匀恍枰衿つw一樣的新皮膚。

來源：ZOL中關(guān)村在線