Изготовление тканевых имплантатов с помощью рентгеновской 3D-печати

Ученые из американского Национального института стандартов и технологий разработали новую методику трехмерной печати мягких объектов, таких как гидрогели, с более высоким разрешением, чем это было возможно ранее. Технология использует рентгеновские или электронные лучи для взаимного связывания объектов из геля, помогая создавать сложные структуры в нанометрическом масштабе. Методика может иметь потенциал в создании инженерных тканевых конструкций для применения в регенеративной медицине.

Данные этой разработки были опубликованы в журнале ACS Nano.

Мягкие материалы, такие как гидрогели, обладают значительным потенциалом в тканевой инженерии, учитывая их механические свойства и биосовместимость. Трехмерная печать таких материалов могла бы позволить изготовить имплантаты на заказ, но была затруднена из-за плохого разрешения, которое препятствует созданию мелких структурных деталей, которые были бы полезны в тканевых инженерных конструкциях.

Как правило, 3D-принтеры функционируют посредством простого послойного осаждения. Однако, в случае гидрогелевой печати, свет обычно используется для активации связующих элементов внутри жидкости при печати, позволяя создавать полимерные цепи внутри печатного материала и формировать желаемую гелевую структуру. До сих пор этот световой процесс отверждения не имел нужной разрешающей способности, которое было бы особенно полезно для имплантируемых тканевых конструкций.

Ученые для создания печатных гелевых структур использовали вместо света рентгеновские лучи, либо электронные лучи. Преимущество этого метода заключается в том, что он основан на плотно сфокусированных лучах, которые могут создавать тонкие структуры внутри печатных объектов, и не требует добавления к гелю дополнительных "сшивающих" молекул.

Правда, источники излучения, использованные таким образом, могли работать только в вакууме, что делало невозможной печать гелевых структур, так как печатная жидкость испарялась до образования геля. Американские ученые использовали ультратонкий барьер из нитрида кремния, размещенный между вакуумом и жидкостью, чтобы предотвратить испарение жидкости, в то же время позволяя рентгеновским или электронным лучам воздействовать на жидкость.

До сих пор этот метод можно было использовать для создания структур, которые в 1000 раз тоньше человеческого волоса. При этом исследователи считают, что при оптимизации эта технология может создавать структуры размером с вирусные частицы.