受世界上最大陸地動(dòng)物的啟發(fā)，研究人員創(chuàng)造并測(cè)試了他們所稱的世界上最小的3D生物打印機(jī)。該設(shè)備配備了一個(gè)2.7毫米寬的打印頭，安裝在一個(gè)長而靈活移動(dòng)的像象鼻一樣的機(jī)械臂末端，也許有一天，該設(shè)備可以幫助醫(yī)生在手術(shù)后輸送具有修復(fù)功能的水凝膠。

聲帶手術(shù)有時(shí)是切除增生組織或囊腫所必需的。圖片來源：Garo/Phanie/Science Photo Library

在10月29日發(fā)表于Device的報(bào)告中，研究人員證實(shí)該設(shè)備可通過醫(yī)生的手術(shù)鏡，將水凝膠沉積人造聲帶上?！斑@是我第一次見到適用于聲帶的生物打印技術(shù)。” 美國賓夕法尼亞州立大學(xué)大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師Ibrahim Ozbolat表示，“生物打印通常從外部修復(fù)皮膚缺陷，而在體內(nèi)觸及損傷的修復(fù)一直是該領(lǐng)域的一個(gè)挑戰(zhàn)?！?/p>

在接受聲帶囊腫或增生切除手術(shù)后，患者常因聲帶瘢痕化僵硬而出現(xiàn)發(fā)聲困難。研究表明，注射水凝膠能顯著促進(jìn)愈合過程，因?yàn)檫@種水凝膠可以模仿聲帶的自然結(jié)構(gòu)，并在新組織生長時(shí)支持新組織。但外科醫(yī)生難以精確輸送這種生物材料，因?yàn)樗麄儗?duì)喉部的觀察視野受限。

加拿大麥吉爾大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師Swen Groen想知道，自然界能否為這一問題提供解決方案。他和同事首先設(shè)計(jì)了一個(gè)直徑為8毫米的原型。然后，他們縮小了設(shè)計(jì)尺寸，使其能更易于穿過外科醫(yī)生手術(shù)中使用的寬度為一厘米的內(nèi)窺鏡，并證明了它可以精確輸送透明質(zhì)酸基水凝膠并將其填充到人造聲帶的縫隙中——這類人造聲帶通常用于外科手術(shù)訓(xùn)練。“微型化工作耗費(fèi)了大部分時(shí)間。”?Groen表示。

目前，訓(xùn)練有素的操作員使用PlayStation控制器手動(dòng)引導(dǎo)這臺(tái)微型打印機(jī)。但隨著團(tuán)隊(duì)推進(jìn)臨床試驗(yàn)階段的設(shè)備測(cè)試，他們希望對(duì)生物打印機(jī)進(jìn)行編程，使其能夠在接收手術(shù)部位圖像后，自主遵循預(yù)設(shè)的打印路徑。

Ozbolat好奇的是，該團(tuán)隊(duì)是否需要改變?cè)O(shè)計(jì)，以完成在人類臨床試驗(yàn)之前需要進(jìn)行的動(dòng)物試驗(yàn)。他說，例如，研究人員可能需要為猴子或老鼠調(diào)整設(shè)備的大小。

通過進(jìn)一步的改造和測(cè)試，該團(tuán)隊(duì)看到了該設(shè)備在聲帶修復(fù)之外的應(yīng)用前景。例如，醫(yī)生可能會(huì)使用這種機(jī)械臂來更精確地控制附加在其上的手術(shù)工具，包括手術(shù)刀和鑷子，這些工具在狹窄空間內(nèi)的操作靈活性遠(yuǎn)不及這種受大象啟發(fā)的裝置。

“這種多功能性將會(huì)非常有趣?！闭撐墓餐髡?、麥吉爾大學(xué)的機(jī)械工程師Luc Mongeau說。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.device.2025.100973

來源：中國科學(xué)報(bào)