新式3D立體生物列印原型機

Abstract

現今3D印表機已被廣泛運用，並解決許多工業製造上的問題，在許多情況下，可以快速的製造原型模組，相較於之前傳統的工業製造的方法，3D印表機足以生產出更複雜以及細微的零件，而3D印表機的使用上，已是一種普遍的技術形式，除了應用在製造業外，也普及於業餘愛好者以及一般的民眾來做使用，可以將創意的設計，在短時間內，製造出成品，縮短設計端到製造成品的時間，引領高效率、高產能的時代風潮。 3D印表機在生物與組織工程的範疇運用上，更為重要與值得開發，此基礎架構是將生物材料和細胞取代一般的3D結構的材料，使用3D印表機來印出整體的組織與架構，目前許多研究人員與科學家都致力於開發供3D印表機使用的生物材料，在未來可以印出活體組織與器官，並使用在動物或人體上。 本篇研究主要是創建一個具有功能性的3D生物印表機，並開發測試不同的生物材料，為了測試此自製的3D生物印表機的功能，首先使用凡士林加上蠟的混合物，形成的凝膠和糊狀物用以模仿生物材料，而3D印表機能夠成功的印出一致的原型機構，此顯示自製的3D生物印表機可以有效的運作。 在生物材料的研發上面，我們嘗試開發一些生物材料，可以讓細胞與生物材料能達到最大的相容性，並建立一套能夠實行的生物印表機系統，在先前研究指出，蠶絲萃取物〝絲素蛋白〞在組織工程和細胞培養的應用中，已經證明是一種有益於細胞生長的蛋白質，因此我們將此絲素蛋白經過甲醇處理後，讓新生大鼠心臟，純化出的心肌細胞生長於絲素蛋白，心肌細胞能穩定的貼於絲素蛋白，並能在此生物材料基底下，穩定的生長分化，利用此生物基底材料，成功的用於自製的生物印表機上，最終能夠呈現生物印表機的原型系統。

3D printing has become widely used as a solution to many problems in the manufacturing field. It allows for rapid creation of prototypes and, in many cases, can produce more complex and intricate parts than previous manufacturing methods. As this has becomes a more ubiquitous form of technology, it has begun to be used by more than manufacturers and hobbyists alone. 3D printing is especially of interest when combined with the fields of biology and tissue engineering. Using the basics of 3D printing to incorporate biomaterials and cells to make 3D structures and, eventually, living tissues has become the goal of many researchers. The research here was focused on creating a functional bioprinter for use in our lab and testing possible materials for later research. Testing if printer function while using gels or pastes was done using blends of petroleum jelly and wax. Using this material, we showed that this prototype can produce consistent prints with gels and pastes. We also attempted to establish a set of best practices for printing with Bombyx mori silk fibroin, a protein with previously demonstrated benefit in applications of tissue engineering and cell culture. We found that silk fibroin treated with methanol could be used as a substrate onto which neonatal rat ventricular myocytes could attach and proliferate.