醫(yī)療機器人
近日，澳大利亞悉尼新南威爾士大學(xué)的研究人員表示，他們開發(fā)出了一種微型手術(shù)機器人手臂，可以直接在人體器官上3D打印生物材料。這種設(shè)備目前被稱為F3DB，可以像內(nèi)窺鏡一樣進(jìn)入人體，將生物材料輸送到內(nèi)部器官和組織的表面，并進(jìn)行3D打印。
新南威爾士大學(xué)的研究人員公布了一款名為F3DB的原型設(shè)備——一款用于3D生物打印的靈活機動的外科手術(shù)機械手。這種設(shè)備可以直接將3D活細(xì)胞打印到內(nèi)臟器官上，并可能用作多合一的內(nèi)窺鏡手術(shù)工具。
新南威爾士大學(xué)醫(yī)療機器人實驗室的博士ThanhNhoDo和博士MaiThanhThai共同開發(fā)了這項研究。NigelLovell教授、Hoang-PhuongPhan博士和JelenaRnjak-Kovacina副教授合作完成了這項研究，并發(fā)表在《高級科學(xué)》雜志上。
F3DB可以像內(nèi)窺鏡一樣進(jìn)入人體，直接將多層生物材料輸送到內(nèi)部器官和組織的表面。F3DB具有用于打印生物墨水的高度可操作的旋轉(zhuǎn)頭。它與一個長而靈活的機械臂的末端相連，機械臂由外部控制。
研究人員認(rèn)為，在五到七年內(nèi)，隨著進(jìn)一步的發(fā)展，醫(yī)療專業(yè)人員可以利用他們的技術(shù)通過皮膚小切口或天然毛孔進(jìn)入人體。體內(nèi)難以接近的地區(qū)。研究人員已經(jīng)在人造結(jié)腸中進(jìn)行了早期測試。他們還在豬的腎臟表面3D打印了各種形狀不同的材料。
▲悉尼新南威爾士大學(xué)研發(fā)的微型柔性3D生物打印機，可以在豬的腎臟表面3D打印出各種不同形狀的材料。
#傳統(tǒng)3D生物打印機的局限性
ThanhNhoDo博士表示，這種方法解決了現(xiàn)有3D生物打印機的局限性，如表面不匹配和結(jié)構(gòu)損壞。F3DB為精確三維傷口重建提供了新的方向，有望用于胃壁損傷或結(jié)腸損傷等疾病的治療。
▲thahnhodo博士(右)
憑借其靈活的身體，該原型可以在狹窄和難以接近的空間內(nèi)3D打印各種生物材料。
此外，他還表示:“現(xiàn)有的3D生物打印技術(shù)需要在體外制造生物材料，并植入人體。體內(nèi)通常需要大規(guī)模的開放手術(shù)，增加了感染的風(fēng)險。我們靈活的3D生物打印機意味著生物材料可以以微創(chuàng)的方式直接輸送到目標(biāo)組織或器官。"
F3DB的直徑和目前商業(yè)化的治療內(nèi)窺鏡差不多，大約11-13mm。該裝置小到足以進(jìn)入人類的胃腸道。研究人員表示，他們將繼續(xù)縮小機械臂的尺寸。
NigelLovell教授說:“目前，還沒有商用設(shè)備可以對遠(yuǎn)離皮膚表面的內(nèi)部組織或器官進(jìn)行原位3D生物打印。已經(jīng)提出了其他概念驗證模型，但是它們相當(dāng)死板。體內(nèi)復(fù)雜狹窄的空間也很難使用。"
#F3DB軟機器人裝置的特點
F3DB包括一個直接安裝在軟機器人手臂頂部的三軸打印頭。頭部有柔軟的人造肌肉，可以向三個方向運動。
柔軟的機械臂使用液壓系統(tǒng)來彎曲和扭轉(zhuǎn)。研究人員可以通過各種彈性管和織物調(diào)整機械手的長度，微調(diào)其硬度。
研究人員表示，他們可以對噴嘴進(jìn)行編程，以打印出預(yù)定的形狀。必要時還可以手動操作，進(jìn)行更復(fù)雜的生物打印。該團(tuán)隊引入了一種基于機器學(xué)習(xí)的控制器來輔助打印。
為了證明可行性，新南威爾士大學(xué)的團(tuán)隊在打印后測試了活體生物材料的細(xì)胞活力。實驗表明，這個過程對細(xì)胞沒有影響。大多數(shù)細(xì)胞在打印后是活的，并在接下來的七天內(nèi)繼續(xù)生長。研究人員觀察到，打印一周后，細(xì)胞體積增加了四倍。
#一體化內(nèi)窺鏡手術(shù)平臺
研究人員表示，F(xiàn)3DB可以成為一個一體化的內(nèi)窺鏡手術(shù)平臺，可以進(jìn)行一些癌癥切除手術(shù)(如結(jié)直腸癌)。機械臂的打印頭可以作為“電手術(shù)刀”來操作，標(biāo)記和切除癌癥病灶。醫(yī)生也可以通過噴嘴將水引入手術(shù)部位，以清洗血液和多余的組織。
上述功能已在豬腸中得到驗證。
MaiThanhThai說:“與現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡手術(shù)器械相比，F(xiàn)3DB將成為一種多功能一體的內(nèi)窺鏡，這將減少手術(shù)過程中器械的更換，有助于降低感染風(fēng)險，節(jié)省手術(shù)時間。”
在下一階段，該團(tuán)隊計劃對活體動物進(jìn)行研究。體內(nèi)實驗。該技術(shù)已獲得臨時專利，并計劃引入更多功能，如添加集成攝像頭和實時掃描系統(tǒng)。體內(nèi)通過三維斷層掃描對組織進(jìn)行掃描和重建。