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科学家以DNA做智能胶水用于3D生物打印

发布时间: 2015-01-16 07:01 来源: 天工社 作者: 网络 点击: 我要评论 条评论)

使用3D打印创建生物材料属于科学的前沿领域。迄今为止这样技术的应用任然受到诸多的限制,除了其昂贵的成本之外,最主要的问题是当前使用微型材料只能3D打印出极其微小的对象,这些都严重地限制了3D打印技术的潜在应用,比如3D打印活组织或器官等。

近日,美国得克萨斯大学奥斯汀分校化学与生物化学系的一群研究人员在美国化学学会的《ACS生物材料科学与工程(ACSBiomaterialsScience&Engineering)》杂志上发表了一篇题为《用核酸做胶粘剂进行3D打印(3DPrintingwithNucleicAcidAdhesives)》的论文。这篇论文提出了一种新颖的想法,即在实验室环境下进行组织和器官的3D打印时,将DNA作为一种实际的粘接剂将材料捻结在一起。据称,这种DNA胶水理论将给科学家们带来一种全新的视角,让他们以一种成本低得多的方式创建可行的生物材料。

当前使用纳米材料进行3D打印的技术有一些主要的缺点,其中包括成本惊人,以及打印尺寸过小的小问题。在以往,由于技术条件的限制,纳米级生物打印能够发挥的作用有限。现在,研究人员知道,这一技术是可能的,他们能够在实际应用中使用它,能够从中获益的应用包括损伤的修复,如组织撕裂,以及在更大的方面,如3D打印可移植器官等。

如今该研究团队已经开发出了自己的纳米颗粒——用聚苯乙烯(PS)或聚丙烯酰胺表面涂覆DNA。在这里DNA会起到胶水的作用把这些低成本的材料粘合在一起。

而且由于DNA能够一一种可预测的方式与其它DNA相互作用,研究人员戏称之为“智能胶”,它可以创建一个形状稳定的胶体凝胶。这种胶态凝胶可以反过来被用作3D打印机的材料以制造出人类肉眼能够看到的材料,并能够直接对其进行操作,而不必借助显微镜这样的方式,这与核酸以前在3D打印中的应用模式完全不同。

利用“DNA与DNA之间的相互作用”,研究小组能够操纵胶体凝胶的产生——不用显微镜即能实现很好的控制。通过实验,他们能够证明,这些凝胶可以提供一个人类细胞的生长环境,它们虽然是一个巨大的进步,但仍然是在实验室环境下创建完整组织的第一步。科学家们最终的目的是制造出可行的支架材料,这种支架材料上面将能够生长组织。

在论文中,研究团队还提出了DNA智能胶水的四大发现:

  • 通过3D打印机挤出后,该胶态凝胶能保持其形状。
  • 可以通过DNA粘合颗粒来控制微尺度结构的生成。
  • 在使用DNA涂层后,成本“大大降低”,以及宏观应用变得可行。
  • 该材料基质在经过生物技术组装后可以承载不断生长的细胞。

A)ABS塑料,B)3D打印机输出,C—E)DNA交联胶体凝胶被打印成金字塔的形状,挤出速率1.3、1.7和2.1微升/秒

这些研究结果为3D生物打印技术今后的发展铺平了道路,为科学家们构建3D生物组织提供了一个非常非常有用的工具。人类朝着实现3D打印人体器官这一目标又迈出了重要一步。

该论文的研究人员包括得克萨斯大学奥斯汀分校化学与生物化学系的PeterB.Allen、ZinKhaing、ChristineE.Schmidt和AndrewD.Ellington。

(责任编辑:单刀)
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