俄勒冈大学利用熔融电写技术3D打印荧光结构，具有医学应用潜力

2024年9月28日，南极熊获悉，来自俄勒冈大学的研究人员生称将荧光环状分子混合到一种新颖的 3D 打印工艺中，从而形成复杂的发光结构，支持开发新型生物医学植入物。这一进展解决了长期存在的设计难题，使这些结构更容易在体内随时间跟踪和监测—使研究人员能够轻松区分哪些是植入物的一部分，哪些是细胞或组织。

这项发现是保罗·道尔顿（Dalton）在菲尔和佩妮·奈特加速科学影响校园的工程实验室与俄勒冈大学艺术与科学学院拉梅什·贾斯蒂的化学实验室合作的成果。研究人员在《Small》杂志上发表的一篇题为“Cycloparaphenylenes asCompatible Fluorophores for Melt Electrowriting”论文中描述了他们的发现。

相关论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202400882

对于这项研究成果的取得，道尔顿表示：“我认为那是一个奇怪的时刻，我们说，‘让我们试试吧’，结果几乎立刻就成功了。”然而，在这个简单的起源故事背后，是多年来在两个截然不同的领域进行的专业研究和专业知识，最终才走到一起。道尔顿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写技术，该技术允许以非常精细的分辨率 3D 打印相对较大的物体。

利用该技术，研究团队打印出了可用于各种生物医学植入物的网状支架。此类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，Jasti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。

Jasti 的实验室以研究纳米环而闻名。纳米环是一种环状碳基分子，具有各种有趣的特性，可根据环状环的精确尺寸和结构进行调整。纳米环在暴露于紫外线时会发出明亮的荧光，根据其尺寸和结构发出不同的颜色。

道尔顿和贾斯蒂最初考虑将纳米环整合到道尔顿正在研究的 3D 支架中，这样可以使这些结构发光，并使其更容易追踪其在体内的命运，并将其与周围环境区分开来。“我们认为这可能不会奏效，”贾斯蒂说。

道尔顿表示，人们过去曾尝试让支架发光，但收效甚微。大多数荧光分子在 3D 打印技术所需的长时间加热下会分解，但 Jasti 实验室的纳米环在高温下要稳定得多。

Jasti 实验室的研究生Harrison Reid 说：“制作纳米环非常困难，熔化电写入也非常困难，因此我们能够将这两个非常复杂且不同的领域合并成一个非常简单的东西，这真是令人难以置信。”

俄勒冈大学的研究人员发现，只需将少量荧光纳米环混入 3D 打印材料混合物中，即可产生持久发光的结构。由于荧光是由紫外线激活的，因此支架在正常条件下仍然看起来很清晰。

道尔顿实验室的研究生帕特里克·霍尔说，虽然最初的概念很快就取得了成果，但还需要几年的时间进行进一步的测试，才能全面了解这种材料并评估其潜力。例如，霍尔和道尔顿进行了一系列测试，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所得材料对细胞产生毒性，这对于生物医学应用很重要，也是在更接近人体应用之前需要满足的关键基准。

研究团队设想了发光材料的一系列可能应用。道尔顿对生物医学潜力特别感兴趣，但贾斯蒂说，在紫外线下发光的可定制材料也可能用于安全应用。他们已经为这项进展提交了专利申请，并希望最终将其商业化。