生物工程师和化学家设计具有潜在医学应用的荧光3D打印结构

在将鸡蛋和面粉搅拌成煎饼这样简单的过程中，俄勒冈大学的研究人员将荧光环状分子混合到了一种新的3D打印工艺中。结果：复杂的发光结构支持新型生物医学植入物的开发

这一进展解决了一个长期存在的设计挑战，使结构更容易在体内随着时间的推移进行跟踪和监测，使研究人员能够轻松区分植入物的一部分和细胞或组织

这一发现来自Paul Dalton在Phil and Penny Knight加速科学影响校区的工程实验室与UO艺术与科学学院Ramesh Jasti的化学实验室之间的合作。研究人员在今年夏天发表在《Small》杂志上的一篇论文中描述了他们的发现

道尔顿说：“我认为这是一个奇怪的时刻，当我们说‘让我们试试吧’时，它几乎立刻奏效了。”

但在这个简单的起源故事背后，是两个截然不同领域多年的专业研究和专业知识，直到它们最终走到了一起

Dalton的实验室专门研究复杂、新颖的3D打印形式。他的团队的标志性开发是一种称为熔融电沉积的技术，该技术允许以非常精细的分辨率对相对较大的物体进行3D打印。利用这项技术，该团队已经打印出可用于各种生物医学植入物的网状支架

这种植入物可用于各种应用，如新的伤口愈合技术、人造血管或帮助神经再生的结构。在最近的一个项目中，该实验室与化妆品公司欧莱雅合作，利用支架制造出逼真的多层人造皮肤

与此同时，Jasti的实验室以其对纳米环的研究而闻名，纳米环是一种环状碳基分子，具有各种有趣的性质，并且可以根据环状环的精确尺寸和结构进行调整。当暴露在紫外线下时，纳米环会发出明亮的荧光，根据其大小和结构发出不同的颜色

当道尔顿还是UO的新教授，渴望建立联系并与其他教员见面时，如果不是因为一次随意的谈话，这两个实验室可能会保持各自的轨道。他和Jasti提出了将纳米环结合到道尔顿已经在研究的3D支架中的想法。这将使结构发光，这是一个有用的功能，可以更容易地追踪它们在体内的命运，并将结构与周围环境区分开来

Jasti说：“我们认为这可能行不通。”。但它做到了，很快

道尔顿说，过去人们曾试图让支架发光，但收效甚微。大多数荧光分子在长时间暴露于他的3D打印技术所需的热量下会分解。Jasti实验室的纳米环在高温下更稳定

尽管这两个小组可能会让他们的工艺看起来很容易，但“制造纳米环真的很难，熔融电沉积真的很困难，所以我们能够将这两个非常复杂和不同的领域融合成一个非常简单的东西，这一事实令人难以置信，”Jasti实验室的研究生Harrison Reid说。

研究人员发现，只需将少量荧光纳米环混合到3D打印材料混合物中，就能产生持久发光的结构。由于荧光被紫外线激活，支架在正常情况下看起来仍然清晰

Dalton实验室的研究生Patrick Hall说，虽然最初的概念很快奏效，但需要几年的进一步测试才能完全确定材料的范围并评估其潜力。例如，Hall和Dalton进行了一系列测试，以确认添加纳米环不会影响3D打印材料的强度或稳定性。他们还证实，添加荧光分子不会使产生的材料对细胞有毒，这对生物医学应用很重要，也是在接近人类应用之前需要满足的关键基线

该团队设想了他们创造的发光材料的一系列可能应用。Jasti说，道尔顿对生物医学的潜力特别感兴趣，但一种在紫外线下发光的可定制材料也可能在安全应用中使用

他们已经为这一进步提交了专利申请，并最终希望将其商业化。Jasti和Dalton都很感激将他们聚集在一起的偶然性

道尔顿说：“通过让那些通常不讨论科学的人聚在一起，我们得到了很酷的新方向。” More information: Patrick C. Hall et al, [n]Cycloparaphenylenes as Compatible Fluorophores for Melt Electrowriting, Small (2024). DOI: 10.1002/smll.202400882

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