Технология 3D печати была запатентована еще в 1986 году, однако в нашей жизни она стала встречаться не так давно. И, если до недавнего времени под печатью в первую очередь имелась ввиду электрографическая (лазерные принтеры) или струйная офисная печать, то «выход в третье измерение» поменял представление о возможности печати в целом. Сегодня с помощью принтера можно не только напечатать документ, но и создать имплант, собрать модель, плату или даже построить дом.
Печать биотканей, имплантов и органов уже является частью медицины, развиваясь с каждым годом. К примеру, в 2013 году группа ученых из США представили технологию 3Dпечати человеческого уха, состоящего из клеточного гидрогеля и проводящего полимера с наночастицами серебра [1].
Рисунок 1. 3D изображение уха, нарисованное в CAD(A), материалы печати и сам принтер(B), рисунок получившегося уха [1].
К настоящему моменту наука уже перешла к технологии 4D печати. Что это такое, и какое же может быть четвертое измерение, если мы с вами живем в трехмерном мире? Если мы говорим о печати биоматериалов для организма, то мы должны учитывать, что процессы регенерации и восстановления тканей могут привести к их изменению и деформации. Поэтому важно, чтобы биосовместимые ткани могли такжеизменяться во временипри изменении внешних условий. То есть, четвертым измерением для материалов является время. Чтобы получить возможность деформироваться нужным нам образом, в состав веществ добавляют так называемые «умные материалы» (рисунок 2). Они могут «чувствовать» изменение внешней среды, например, изменение температуры, влажности, кислотности и соответствующим образом изменяться [2].
Рисунок 2. Процесс 4D биопечати [2].
Такие материалы уже давно используются для доставки лекарств в организм: когда нам нужно, чтобы активное вещество выпитой нами таблетки попало именно в желудок, а не раньше или позже, его покрывают материалом, который «раскроется» и выпустит лекарство именно в кислой среде желудка.
На рисунке 3 приведены напечатанные полимерные «хвататели» (grippers) размером всего несколько миллиметров. «Умный» материал, из которого сделаны эти зажимы деформируется при нагреве. При такой деформации «хвататели» сжимаются и могут переносить миниатюрные объекты[3].
Рисунок 3. Снимки процесса захвата объекта [3].
Список использованной литературы:
1. M. S. Mannoor et al., “3D printed bionic ears,” Nano Lett., vol. 13, no. 6, pp. 2634–2639, 2013.
2. N. Ashammakhi et al., “Advances and Future Perspectives in 4D Bioprinting,” Biotechnol. J., vol. 13, no. 12, pp. 1–12, 2018.
3. Q. Ge, A. H. Sakhaei, H. Lee, C. K. Dunn, N. X. Fang, and M. L. Dunn, “Multimaterial 4D Printing with Tailorable Shape Memory Polymers,” Sci. Rep., vol. 6, no. April, pp. 1–11, 2016.
Изображение на заставке взято с сайта: https://pixabay.com/
