近(25)日，新加坡南洋理工大學(NTU)研究團隊宣布，開發出一種結合向日葵花粉的3D列印墨水材料。當花粉堆積在表面上，其產生出的墨水能維持該形狀，可用於製造組織工程(tissue engineering)、毒性測試和藥物傳遞的模型零件。該研究刊登於《Advanced Functional Materials》。
 
組織工程旨為製造用於再生醫學(regenerative medicine)和藥物測試的功能性組織。目前，廣泛使用的生物列印(bioprinting)方式是使用擠壓式，其中墨水從噴嘴連續釋放並依照數位定義的路徑堆積，逐層製作3D結構。然而，此方法的挑戰之一，是難以在沒有支撐物的情況維持水凝膠(hydrogel)、細胞和生物聚合物等材料的3D結構或形狀。
 
研究團隊為克服挑戰，設計了一種由花粉衍生出的凝膠懸浮液，可作為複合式水凝膠墨水的強化劑或多功能且自由形態3D列印系統的支撐物質。為驗證新想法，研究人員在12分鐘內列印一個五層的組​​織工程支架，可用於培養細胞。接著將膠原蛋白添加到支架中，可提供細胞附著和生長的定位點。
 
研究團隊也嘗試將人類細胞移植到支架上，發現其細胞移植效率高達96至97%，與倒膠體晶體(inverted colloidal crystal, ICC)水凝膠的性能相當。ICC被廣泛用於3D細胞培養平臺，但製作過程費時且費力。
 
另外，因花粉會因應pH值而變化，促使研究人員測試3D支架作為刺激誘導的藥物傳遞系統的可行性。他們將螢光紅色染料滴到支架上時，發現具空心結構的花粉凝膠顆粒逐漸將染料釋放到支架中。結果表明，花粉支架有成為能控制釋放的藥物傳遞系統的可能性。
 
此外，研究人員發現，花粉凝膠顆粒可能成為可回收的支撐物質，將用於自由形態的 3D列印。當其中堆積的油墨凝固時，支撐物質可避免列印結構崩解。為了測試可行性，他們使用花粉凝膠做支撐，為手肘製作一個3D列印的矽橡膠(silicon rubber)網，並於列印時維持肘部網狀結構。
 
當列印產品以75°C凝固24小時後，研究團隊發現3D矽橡膠網可以適應人體肘部曲率。另外，以花粉凝膠支撐物質製作的矽橡膠產品，其機械性能與透過傳統鑄造的產品相似。
 
研究人員認為，與其他的天然材料相比，花粉粒具有幾項優勢特徵，包括自然豐富度、再生性、承受能力、加工簡易、單分散性(monodispersity)和可調整流變(tunable rheological)性。這些能力使其成為設計用於3D列印先進材料，具吸引力的候選者。
 
參考資料: https://www.genengnews.com/news/3d-printing-powered-by-pollen-for-tissue-engineering-and-drug-delivery/?utm

(編譯/實習記者 蕭宇軒)