醫(yī)療機(jī)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(kāi)發(fā)出了一種微型手術(shù)機(jī)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(jī)動(dòng)的外科手術(shù)機(jī)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(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的博士ThanhNhoDo和博士MaiThanhThai共同開(kāi)發(fā)了這項(xiàng)研究。NigelLovell教授、Hoang-PhuongPhan博士和JelenaRnjak-Kovacina副教授合作完成了這項(xiàng)研究，并發(fā)表在《高級(jí)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(gè)長(zhǎng)而靈活的機(jī)械臂的末端相連，機(jī)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(guò)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(cè)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(jī)，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(jī)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(jī)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(kāi)放手術(shù)，增加了感染的風(fēng)險(xiǎn)。我們靈活的3D生物打印機(jī)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(jī)械臂的尺寸。
NigelLovell教授說(shuō):“目前，還沒(méi)有商用設(shè)備可以對(duì)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(yàn)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(jī)器人裝置的特點(diǎn)
F3DB包括一個(gè)直接安裝在軟機(jī)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(gè)方向運(yùn)動(dòng)。
柔軟的機(jī)械臂使用液壓系統(tǒng)來(lái)彎曲和扭轉(zhuǎn)。研究人員可以通過(guò)各種彈性管和織物調(diào)整機(jī)械手的長(zhǎng)度，微調(diào)其硬度。
研究人員表示，他們可以對(duì)噴嘴進(jìn)行編程，以打印出預(yù)定的形狀。必要時(shí)還可以手動(dòng)操作，進(jìn)行更復(fù)雜的生物打印。該團(tuán)隊(duì)引入了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的控制器來(lái)輔助打印。
為了證明可行性，新南威爾士大學(xué)的團(tuán)隊(duì)在打印后測(cè)試了活體生物材料的細(xì)胞活力。實(shí)驗(yàn)表明，這個(gè)過(guò)程對(duì)細(xì)胞沒(méi)有影響。大多數(shù)細(xì)胞在打印后是活的，并在接下來(lái)的七天內(nèi)繼續(xù)生長(zhǎng)。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(tái)
研究人員表示，F(xiàn)3DB可以成為一個(gè)一體化的內(nèi)窺鏡手術(shù)平臺(tái)，可以進(jìn)行一些癌癥切除手術(shù)(如結(jié)直腸癌)。機(jī)械臂的打印頭可以作為“電手術(shù)刀”來(lái)操作，標(biāo)記和切除癌癥病灶。醫(yī)生也可以通過(guò)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(yàn)證。
MaiThanhThai說(shuō):“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(guò)程中器械的更換，有助于降低感染風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省手術(shù)時(shí)間?！?/p>
在下一階段，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃對(duì)活體動(dòng)物進(jìn)行研究。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)。該技術(shù)已獲得臨時(shí)專利，并計(jì)劃引入更多功能，如添加集成攝像頭和實(shí)時(shí)掃描系統(tǒng)。體內(nèi)通過(guò)三維斷層掃描對(duì)組織進(jìn)行掃描和重建。