卡内基梅隆大学研究员发布低成本开源DIY 生物3D打印机

    尽管3D打印心脏对于美国每年大约4,000名等待移植的人来说并非现实，但用于再生和修复的3D打印人体组织是朝正确方向迈出的一大步。

     众所周知，卡内基梅隆大学（CMU）的创新研究人员长期以来一直致力于3D打印技术的研究。最近，由该大学材料科学与工程（MSE）和生物医学工程（BME）部门组成的研究团队开发了自己的低成本生物3D打印机，并且将设计作为开源发布，以便任何人都可以构建它。

     研究人员通过使用3D打印来修改标准桌面3D打印机，从而实现DIY路线。“从本质上讲，我们已经开发出一种生物打印机，成本低于500美元，其水平可以与许多造价昂贵的设备相提并论。大多数生物3D打印机的起价在1万美元到2万美元之间，”卡内基梅隆大学Bioengineered Organs Initiative成员、MSE和BME副教授Adam Feinberg解释说。“我们的低成本生物3D打印机非常便宜，并且我们提供非常详细的教学视频。这实际上是关于民主化技术，我们试图让它进入更多人的手中。”

   市场上的商业生物3D打印机成本高达20万美元以上，并且通常也是专有的闭源机器，这些机器很难修改。但CMU研究人员已经开发出了一种基于注射器的大容量挤出机（LVE），可用于修改任何FFF型3D打印机。

    “我们创造的是一款大容量注射泵挤出机，几乎适用于任何开源熔融沉积（FDM）打印机，”最近毕业的MSE本科毕业生Kira Pusch说道。“这意味着对于需要使用3D打印机的人来说，这是一种相对便宜且容易适应的设备。”据悉，Pusch、BME博士后Thomas J.'TJ'Hinton和Feinberg已于最近在HardwareX杂志上发表了一篇名为“用于桌面3D打印机的大容量注射泵挤出机”的论文。该论文提供了一套完整的指令，从CAD和STL文件到所需工具的类型，用于在典型的商用3D打印机上进行3D打印和安装LVE。为了他们的工作目的，CMU团队修改了PrintrBot Simple metal 3D打印机。

     该论文摘要写道：“注射泵挤出机适用于广泛的3D打印应用，包括生物打印、嵌入式打印和食品打印。然而，注射器的质量成为大多数打印平台面临的主要挑战，需要在速度、分辨率或体积方面做出妥协。为了解决这些问题，我们设计了与低成本开源3D打印机兼容的注射泵大容量挤出机（LVE），并在此展示了其在PrintrBot Simple metal上的性能。LVE的主要内容包括：（1）开放源代码，与开源硬件和软件兼容，使其价格低廉，可供3D打印社区广泛使用；（2）使用标准60mL注射器作为其墨水储存器，有效地增加生物打印机的打印容量；（3）能够收缩和高速运动；（4）可以使用小至100μm的喷嘴直径打印流体，当与自由形态的可逆嵌入悬浮水凝胶（FRESH）3D打印方法结合使用时，可以打印复杂形状。通过利用海藻酸盐作为模型生物材料油墨来制造参数化CAD模型和标准校准对象，这在一定程度上证明了LVE的打印性能。”

   该团队在论文中使用常见藻酸盐生物材料和可逆嵌入悬浮水凝胶（FRESH）技术展示了其系统。“历史上，生物3D打印数量有限，所以本质上的目标是在不牺牲打印细节和质量的前提下扩大流程，”Pusch解释说。本文的第一作者Pusch在实验室工作了三年，担任本科生研究助理，其目标是提供其他研究人员可以开展的开源生物医学研究。这项无障碍研究有望帮助创新传播，就像CMU所说的那样，“鼓励生物医学技术的快速发展，并挽救患者生命”。Feinberg说：“我们认为这是我们以开源形式推动技术发展的众多技术中的一种。”

     除了创新的LVE之外，其他几个3D打印部件也被用于将Printrbot修改为生物3D打印机。虽然LVE有助于降低成本，但它也为用户提供了以更高分辨率和更大规模3D打印人造组织的机会。然后，这可以让您用生物3D打印材料和流体进行实验。Feinberg说：“通常情况下这是一种折衷，因为当系统分配的材料数量较少时，我们拥有更多的控制权，并且可以打印高分辨率的小项目，但随着系统变大，出现各种挑战。LVE生物3D打印机使我们能够在整个人类心脏范围内打印更大尺寸且质量更高的组织支架。”