心臟血管骨架(圖:Travis Ross)

許多廚師會利用糖熔化後的可塑性,雕塑出具觀賞價值的食物雕刻。此特性也被進一步用於 3D 列印中,將糖熔化後,以印表機噴出定型成一般手工難以製作的甜點造型。一組來自伊利諾大學( The University of Illinois )的研究團隊,便以此為基礎,建立了一種以糖為墨水的 3D 印表機,可建構出細微的生物結構,作為科學上的研究工具。

異麥芽酮糖醇

研究團隊以一種常用的代糖,異麥芽酮糖醇( isomalt )作為墨水。此種代糖比起一般的糖較不容易結晶化,且在熔融後也較不容易變色。其特性比一般糖類更加穩定,且成型的結構強度也較高,非常適合作為 3D 印表機的墨水。

研究團隊同時也透過精準控制列印速率、溫度和壓力,以便建構出如仿心臟血管骨架這種複雜結構,同時避免高溫導致骨架脆化。

研究用途

研究團隊成員,伊利諾大學癌症研究中心的主任巴爾加瓦博士( Rohit Bhargava )表示,此技術能為細胞提供一個堅硬的骨架,供細胞在骨架上成長成特定的組織。在成長後,僅需溶解代糖基質的骨架,便有類似血管等運輸營養管道的複雜結構存在於組織中。與過去僅能以二維結構研究不同,三維結構能提供動態的方式,觀察組織於生物體中真正的功用。

未來發展

此種具有水解性、生物可分解性的代糖骨架,在生物科技、癌症及藥物的研究上具有相當大的潛在應用價值。研究團隊也已開始將此 3D 印表機應用於微觀流體系統及生物細胞的研究上,巴爾加瓦博士表示:「此印表機結合了材料科學與電腦科學等基礎工程的知識,可創造用於研究生醫工程的裝置。」

 

參考資料:

  1. 3D printed sugar scaffolds could help grow organs, then dissolve away. (2018, May 24). FUTURISM
  2. Gelber, M., Hurst, G., Comi, T., & Bhargava, R. (2018). Model-guided design and characterization of a high-precision 3D printing process for carbohydrate glass. Additive Manufacturing, 22, 38-50. doi:10.1016/j.addma.2018.04.026
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