创新

生 物3D打印骨骼

可形成再生支架的3D打印骨骼

●创新点

目前，骨移植的最好办法有两种：一种是自体移植，即从患者身体的其他部分截取骨骼进行植入；另一种是同种异体移植，也就是使用其他人捐献的骨骼。这两种办法都有自身的缺点，如自体骨移植取材有限、手术时间长、患者较为痛苦；同种异体骨移植则容易发生免疫排斥、晚期感染和异体骨愈合缓慢等问题。新西兰都柏林先进材料与生物工程研究中心（AMBER）的一项研究成果可以解决这些问题，他们采用患者自己的组织来实现骨骼的修复。

●方法和结果

AMBER的研究者采用3D生物打印技术沉积不同的生物材料和成人干细胞，制造出可匹配脊柱内段形状的软骨模板。将模板植入皮肤下，这些模板随着时间的推移发展成一个带有自身血管的全功能骨器官，这个过程跟人体自身骨骼的发育过程是一样的。尽管这项技术已经被用于开发相对简单的组织，比如皮肤、血管和软骨等，但是要开发出骨骼等更加复杂的带有血管的实体器官，仍然远远超出了现有生物技术的能力范围。

应用前景

全球每年有超过220万人需要某种形式的骨移植。这项研究会对那些患有严重的脊髓、颌骨或颅骨问题的患者产生深远的影响，可应用于从普通损伤到癌症、先天缺陷等多种疾病的治疗，特别是为患有复杂的骨外伤和由于肿瘤切除导致大面积骨缺损的患者提供了新的希望。此外，这种生物方法也可以用于开发下一代的生物植入物，以用于膝关节和髋关节置换。该研究组下一阶段的目标是治疗大段骨缺损，实现生物打印膝盖。

Source：Daly Andrew C ,Cunniffe Gráinne M,Sathy Binulal N，et al. 3D Bioprinting of Developmentally Inspired Templates for Whole Bone Organ Engineering [J]. Advanced Healthcare Materials, 2016, 5(18): 2353～2362.

可 自愈的电子产品

实现快速、自主、环保的破损自愈

●创新点

很多电子产品的外壳都是由聚合物构成，容易磨损，造成电子产品的使用寿命缩短。为了开发使用寿命更长的电子产品，研究人员一直在积极寻找各种方法，例如，开发耐变形、可伸缩的部件。然而，即使电子设备具有可伸缩的性能，当应力超过极限时依然会断裂。最近，有研究人员将研究方向转向开发自愈材料，目前的自愈性材料都需要外部触发才能启动自愈过程，而且自愈的速度较慢，通常需要几分钟甚至几天才能达到自愈效果，实际应用受到很大的限制。美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校（UCSD）可穿戴传感器中心主管、纳米工程系主任约瑟夫•王（Joseph Wang）的课题组采用永久磁性微粒开发自愈、可3D打印的材料，实现了快速、自主、环保的破损自愈。

●方法和结果

UCSD的研究人员在打印原料中加入一种软质磁性材料钕制成的合金微粒。这种微粒之间存在很强的磁场，这种强大的吸引力使得数毫米宽的材料裂缝得以愈合。这种磁性打印原料中还添加了用于提高电化学性能的碳，以及有助于将磁性颗粒和碳结合在一起的聚合物黏合剂等。为了防止微粒的磁场因为微粒排列原因互相抵消，研究人员在使用该原料进行打印时施加了一个外部磁场，从而保证其自愈效果。目前，该材料打印的设备可修复3毫米宽的裂缝，且不需要任何外部刺激就能达到自愈效果，损伤可在50毫秒内被修复。未来，研究人员将会使用不同的原料以制备不同的打印原料，扩宽该技术的应用领域。

应用前景

该材料对于柔性可穿戴装备的广泛使用具有积极意义，因为任何柔性装备普遍要面对弯折断裂的问题，而能够自修复可以显著减少这类设备的故障率。目前，研究人员已经用这种材料打印出电池、电化学传感器以及嵌入可穿戴织物的简单电路等。该研究团队计划持续研究这种磁性打印原料，进一步提高其自愈能力，为各种不同的应用开发一系列采用不同活性材料的打印原料，拓宽其应用范围。

Source ：Bandodkar Amay J,López C S, Wang Joseph，et al.All-printed magnetically self-healing electrochemical devices[J]. Science Advances, 2016, 2(11): e1601465.