چاپ سه بعدی زیستی و نحوه کارکرد آن

چاپ سه بعدی زیستی به منظور کمک به بخش پزشکی جهت مقابله با مسائل مختلفی که حل آنها مشکل می باشد شکل گرفته است. در این مقاله در خصوص فرایند تولید افزودنی صحبت می کنیم. در این فرایند به جای استفاده از مواد معمولی، از مواد بیولوژیکی برای ساخت بافت های طبیعی استفاده می شود. این مواد می توانند سلولها همراه با فاکتورهای رشدی باشند که ساختارهایی مشابه بافتها را تشکیل می دهند.

به عبارت دیگر شما می توانید با کمک چاپ سه بعدی زیستی اندامهای انسانی را تولید کنید. این فرایند شامل چاپ سه بعدی و استفاده از این فناوری جهت ساخت اجزاء زیست پزشکی در حین ترکیب مواد بیولوژیکی است.

اجزاء و قطعات زیست پزشکی در هر مرتبه به صورت یک لایه ایجاد می شوند، همانطور که در فرایند تولید افزودنی اتفاق می افتد و مراحل تا ساخت قسمت نهایی ادامه می یابند.

این فرایند به نظر می رسد بسیار شبیه به کار با چاپگر سه بعدی FDM است. اما آنقدر که به نظر می رسد کار آسانی نیست.
 

چاپ سه بعدی زیستی امید فراوانی را در صنعت پزشکی به ارمغان آورده است و محققان در حال کار برای یافتن ارتباط آن با پیوند عضو و کاربردهای مختلف دیگری هستند.

فناوری چاپ سه بعدی زیستی بر اساس تولید افزودنی عمل می کند. چاپگرهای سه بعدی برای چاپ زیستی به جای مواد استاندارد از جوهر زیستی یا بیواینک استفاده می کنند.

جوهر زیستی جهت ساخت ساختارهای شبیه به بافت مورد استفاده قرار گرفته و این ساختارها به صورت لایه به لایه شکل می گیرند.

این فرایند تأثیر شگرفی در حوزه های علوم پزشکی و مهندسی زیستی داشته است. چاپ سه بعدی بافت غضروف مورد نیاز برای بازسازی و رشد دوباره آن اکنون به یک واقعیت تبدیل شده است.

کار با این نوع چاپگر شبیه به سایر چاپگرهای سه بعدی است. به یک مدل دیجیتالی برای شروع چاپ سه بعدی اجزاء زیست پزشکی نیاز است و فرایند تولید نیز به صورت لایه به لایه اتفاق می افتد. با این حال، روند کار بایستی ضمن حفظ شرایط مناسب چاپ استریل انجام شود.
 

کل فرایند را می توان به سه مرحله مختلف طبقه بندی کرد:
 

این مرحله فرایند پیش آماده سازی قبل از شروع چاپ سه بعدی بافت را شامل می شود. در این فرایند کاربران یک مدل سه بعدی ایجاد کرده و نیز مواد سه بعدی برای استفاده در چاپ زیستی را انتخاب می کنند.
برای شروع فرایند، ابتدا باید بیوپسی اندام را بدست آوردبرای شروع فرایند، ابتدا باید بیوپسی اندام را بدست آورد. برای انجام مراحل، متداول ترین فناوری های موجود توموگرافی رایانه ای یا سی تی اسکن (CT) و ام آر آی (MRI‎)  می باشند.

این فناوری بازسازی توموگرافیک تصاویر را آغاز می کند و این تصاویر با جداسازی برخی سلولها و در صورت نیاز تکثیر آنها ایجاد می شوند.

به منظور اطمینان از در دسترس بودن اکسیژن، سلولها در یک مایع مخصوص قرار داده می شوند. این ماده سلولها را زنده نگاه می دارد.
 

در این مرحله چاپ واقعی اتفاق می افتد. به درون چاپگر سه بعدی، تصویر سه بعدی و جوهر سه بعدی جهت شروع به آماده سازی لایه ای وارد می شود.

مخلوط مایع و سلولها، جوهر زیستی و ماده زمینه ای برای شروع رسوب همزمان هر لایه، به کارتریج چاپگر وارد می شوند. این کار با استفاده از مرجع اسکن های پزشکی بیماران انجام می شود.
 

برای ایجاد ساختارهای پایدار، قطعات چاپگر بایستی تحت تحریک مکانیکی و شیمیایی قرار گیرند. در صورت عدم انجام مناسب این فرایند، یکپارچگی مکانیکی به علاوه عملکرد ساختار سه بعدی چاپ شده در معرض خطر قرار می گیرند.

به همین دلیل است که تحریک مکانیکی و همچنین شیمیایی بخشی از فرایند پس از تولید چاپ سه بعدی به حساب می آید. با استفاده از این تحریکات، سیگنالها به سلولهایی می رسند که بازسازی و نیز رشد این بافتها را هدایت می کنند.
 

امروزه چندین فرایند در چاپ سه بعدی وجود دارد و بر اساس فناوری خاص، اکستروژن، لیزر، جوهر افشان یا اکوستیک روش چاپ زیستی نیز متفاوت است.

از میان تفاوت هایی که بین این فناوری ها وجود دارد، جریان اصلی کار و روند معمول کمابیش شبیه به هم هستند. از اینرو، می توان کل کار را در مراحل زیر خلاصه کنیم.
 

تصویر برداری سه بعدی فرایندی است که به دستیابی ابعاد دقیق بافت بیمار کمک می کند. برای انجام این کار، متخصصان از یک سی تی اسکن استاندارد یا اسکن ام آر آی استفاده می کنند. برای کسب بهترین نتایج، فرایند تصویر برداری سه بعدی باید با دقت انجام شود.
 

در این بخش نرم افزار اتوکد بکار گرفته می شود. این نرم افزار به ایجاد طرح کلی بافت کمک می کند. این طرح کلی حتی دارای تمام دستورالعمل های لایه به لایه با جزئیات بسیار بالا در خود است.
 

جوهر زیستی همانطور که پیش از این عنوان شد، جزء اصلی و مهم چاپ زیستی سه بعدی به حساب می آید. این جوهر ترکیبی از یک پایه یا بیس سازگار مانند کلاژن، ژلاتین، ابریشم، آلژینات، هیالورونان یا نانو سلولز به همراه سلولهای زنده است. کل عملیات آماده سازی این ماده مخصوص بیمار و عملکرد خاصی است.
 

اکنون زمان چاپ سه بعدی با جوهر زیستی فرا رسیده است. در طی این فرایند، همانطور که در دستگاه چاپ سه بعدی استاندارد اتفاق می افتد، هر لایه رسوب کرده و بر روی لایه قبل سفت و سخت می شود و ساختار بافت را تکمیل می کند. ضخامت لایه 5ر0 میلیمتر یا کمتر از چیزی است که برای تکمیل فرایند نیاز داریم. میزان رسوب جوهر زیستی به نازل و نیز نوع بافت مورد استفاده برای چاپ بستگی دارد. این مخلوط رسوب شده بسیار چسبناک است.
 

لایه هایی که با یک مایع چسبناک بر روی هم قرار داده شده اند برای اطمینان از بی نقص بودن شکل، به صورت جامد در می آیند و عملیات جامد سازی با رسوب یک لایه بر روی لایه دیگر انجام می شود. کل فرایند، ترکیب و جامد شدگی لایه ها را شامل می شود.
 

این فناوری از جنبه های مختلف بر روی حوزه پزشکی تأثیر می گذارد. یکی از مهمترین دلایل اهمیت چاپ زیستی آن است که می تواند ساختارهای بافت مانندی را ایجاد کند که اکثراً شبیه به بافت ها و اعضای واقعی بدن انسان هستند.
چاپ زیستی در صورت موفقیت بیشتر، دارای پتانسیل عظیمی برای رفع مشکلات اهداء و پیوند عضو استمزایای بسیاری در این کار وجود دارد. از این رو وابستگی به آزمایش بر روی حیوانات را کاهش می دهد. چاپ زیستی در صورت موفقیت بیشتر، دارای پتانسیل عظیمی برای رفع مشکلات اهداء و پیوند عضو است. به جای انتظار طولانی برای پیوند عضو می توان آن را به راحتی چاپ کرد.

 
منبع: pick3dprinter