多亏了乔治亚理工学院研究员斯科特·霍利斯特(Scott Hollister)实验室发明的3d打印医疗设备，今年有孩子们和家人一起庆祝节日。十多年来，霍利斯特和他的合作者为患有罕见出生缺陷的婴儿开发了挽救生命的、针对患者的气道夹板。

　　这些个性化的气道支持装置是由一种叫做聚己内酯(PCL)的生物相容性聚酯制成的，它的优点是得到了食品和药物管理局的批准。研究人员使用选择性激光烧结来加热粉末聚酯，使其结合在一起形成固体结构。PCL制成的装置在植入病人体内时具有良好的安全记录。

　　不幸的是，PCL具有相对刚性和线性机械性能的缺点，这意味着这种有前途的生物材料尚未在功能上应用于其他一些关键的生物医学需求，例如软组织工程。如何将坚硬的热塑性塑料制成柔韧的东西，并可能随着病人的生长而生长?霍利斯特的实验室已经找到了方法。

　　“3D辅助设计，”Hollister实验室的研究科学家Jeong Hun Park说，他领导了团队最近的研究，展示了用于软组织工程的PCL的成功3D打印。与典型的普通弹性材料不同，一种非弹性材料的泊松比为负。这意味着如果你纵向拉伸一种不饱和材料，它也会在横向上膨胀，而大多数材料会在横向上变薄(因为它们的泊松比是正的)。

　　因此，一个辅助结构可以在两个方向上扩展，这在考虑人类的生物医学应用时是有用的，人类的身体和部位可以随着时间的推移而改变大小和形状，并包含许多不同的纹理和密度。霍利斯特的团队开始赋予通常坚硬的PCL一些新的辅助性能。

　　Park解释说:“虽然3D结构的机械性能和行为取决于基础材料的固有特性，但它也可以通过内部架构设计进行显著调整。”

　　Park指导了3d打印结构的设计，这些结构由微小的支柱组成，排列成直角——想象一下非常小的摩天大楼的骨架。该团队首先创建了立方体结构，以测试auxetic设计的灵活性、强度和渗透性。

　　这项研究发表在《高级功能材料》杂志上。

　　从根本上说，合成材料是通过组装单元细胞设计的网络结构。这些单元格由支柱和它们的相交节点组成，这是减震装置性能的一个重要方面。网络内相交节点在压缩或拉伸作用下的旋转会引起负泊松行为。它还为印刷设备提供了先进的性能，包括冲击能量吸收，抗压痕和高灵活性。

　　佐治亚理工学院和埃默里大学华莱士·h·库尔特生物医学工程系教授霍利斯特说:“当你看数字时，根据郑勋的工作，这种新结构比我们实验室用PCL制成的典型固体结构要灵活300倍左右。”霍利斯特还担任儿科技术的Patsy和Alan Dorris主席，并担任该部门的转化研究副主席。

　　在这里，装置的柔韧性和强度的结合尤为重要，Park说，因为这项研究的最终目标是“应用这种结构来开发一种乳房重建植入物，这种植入物具有与天然乳房组织相当的生物力学特性。”目前，我们在临床环境中还没有可生物降解的乳房植入选择。”

　　他解释说，这些可生物降解的乳房重建植入物是一种支架。他们的想法是，这种生物相容性材料(PCL)最终会降解并被人体吸收，同时保持与天然乳房组织相似的机械性能。

　　“我们希望原生组织首先渗透到可生物降解植入物的毛孔中，”Park说。“随着植入物降解，组织体积会增加，最终在植入物完全降解后，设备本身被组织所取代。”

　　从本质上讲，3d打印乳房植入物旨在提供重建支持，同时促进新组织的生长。

　　这些小支柱之间的空间对更大的设备来说是完全不同的，赋予它柔软和柔韧，否则是不可能的。这些空间最终可以被水凝胶填充，这将有助于促进细胞和组织的生长。

　　该团队的辅助设计还包括支柱内部空隙和空间的设计，创造了一种微孔隙，使氧气、营养物质和代谢物的大量运输能够促进细胞网络的扩张和生长。

　　Park正在与Emory外科医生Angela Cheng合作，为乳房植入物的进一步研究和测试提交拨款。该团队已经在将这项技术应用于其他领域。例如，这项研究的合作者之一是迈克·戴维斯，他在埃默里大学的实验室专注于心脏再生。

　　Hollister说:“由于它具有很大的灵活性，他们正在用它来重建梗死或坏死的心肌组织。”

　　帕克还开发了一种辅助版的小儿气管夹板。“这种设计的优势在于，它可以向两个方向扩展，”他说。“所以，随着年轻患者的成长，新设备将与他们一起成长。”