創新

生 物3D打印骨骼

可形成再生支架的3D打印骨骼

●創新點

目前，骨移植的最好辦法有兩種：一種是自體移植，即從患者身體的其他部分截取骨骼進行植入；另一種是同種異體移植，也就是使用其他人捐獻的骨骼。這兩種辦法都有自身的缺點，如自體骨移植取材有限、手術時間長、患者較為痛苦；同種異體骨移植則容易發生免疫排斥、晚期感染和異體骨愈合緩慢等問題。新西蘭都柏林先進材料與生物工程研究中心（AMBER）的一項研究成果可以解決這些問題，他們采用患者自己的組織來實現骨骼的修復。

●方法和結果

AMBER的研究者采用3D生物打印技術沉積不同的生物材料和成人干細胞，制造出可匹配脊柱內段形狀的軟骨模板。將模板植入皮膚下，這些模板隨著時間的推移發展成一個帶有自身血管的全功能骨器官，這個過程跟人體自身骨骼的發育過程是一樣的。盡管這項技術已經被用于開發相對簡單的組織，比如皮膚、血管和軟骨等，但是要開發出骨骼等更加復雜的帶有血管的實體器官，仍然遠遠超出了現有生物技術的能力范圍。

應用前景

全球每年有超過220萬人需要某種形式的骨移植。這項研究會對那些患有嚴重的脊髓、頜骨或顱骨問題的患者產生深遠的影響，可應用于從普通損傷到癌癥、先天缺陷等多種疾病的治療，特別是為患有復雜的骨外傷和由于腫瘤切除導致大面積骨缺損的患者提供了新的希望。此外，這種生物方法也可以用于開發下一代的生物植入物，以用于膝關節和髖關節置換。該研究組下一階段的目標是治療大段骨缺損，實現生物打印膝蓋。

Source：Daly Andrew C ,Cunniffe Gráinne M,Sathy Binulal N，et al. 3D Bioprinting of Developmentally Inspired Templates for Whole Bone Organ Engineering [J]. Advanced Healthcare Materials, 2016, 5(18): 2353～2362.

可 自愈的電子產品

實現快速、自主、環保的破損自愈

●創新點

很多電子產品的外殼都是由聚合物構成，容易磨損，造成電子產品的使用壽命縮短。為了開發使用壽命更長的電子產品，研究人員一直在積極尋找各種方法，例如，開發耐變形、可伸縮的部件。然而，即使電子設備具有可伸縮的性能，當應力超過極限時依然會斷裂。最近，有研究人員將研究方向轉向開發自愈材料，目前的自愈性材料都需要外部觸發才能啟動自愈過程，而且自愈的速度較慢，通常需要幾分鐘甚至幾天才能達到自愈效果，實際應用受到很大的限制。美國加利福尼亞大學圣地亞哥分校（UCSD）可穿戴傳感器中心主管、納米工程系主任約瑟夫?王（Joseph Wang）的課題組采用永久磁性微粒開發自愈、可3D打印的材料，實現了快速、自主、環保的破損自愈。

●方法和結果

UCSD的研究人員在打印原料中加入一種軟質磁性材料釹制成的合金微粒。這種微粒之間存在很強的磁場，這種強大的吸引力使得數毫米寬的材料裂縫得以愈合。這種磁性打印原料中還添加了用于提高電化學性能的碳，以及有助于將磁性顆粒和碳結合在一起的聚合物黏合劑等。為了防止微粒的磁場因為微粒排列原因互相抵消，研究人員在使用該原料進行打印時施加了一個外部磁場，從而保證其自愈效果。目前，該材料打印的設備可修復3毫米寬的裂縫，且不需要任何外部刺激就能達到自愈效果，損傷可在50毫秒內被修復。未來，研究人員將會使用不同的原料以制備不同的打印原料，擴寬該技術的應用領域。

應用前景

該材料對于柔性可穿戴裝備的廣泛使用具有積極意義，因為任何柔性裝備普遍要面對彎折斷裂的問題，而能夠自修復可以顯著減少這類設備的故障率。目前，研究人員已經用這種材料打印出電池、電化學傳感器以及嵌入可穿戴織物的簡單電路等。該研究團隊計劃持續研究這種磁性打印原料，進一步提高其自愈能力，為各種不同的應用開發一系列采用不同活性材料的打印原料，拓寬其應用范圍。

Source ：Bandodkar Amay J,López C S, Wang Joseph，et al.All-printed magnetically self-healing electrochemical devices[J]. Science Advances, 2016, 2(11): e1601465.