苏黎世联邦理工学院制出3D打印心脏还有什么不能打印

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2018-07-0400:07:16

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苏黎世联邦理工学院制出3D打印心脏还有什么不能打印

据苏黎世联邦理工学院官方报道，该校化学和应用生物科学系教授Wendelin Jan Stark领导的团队正在开发3D打印的人工心脏，已于7月公布首个样品。Stark教授的研究领域是将材料与工业和医学界的实际应用结合在一起，已经开发出了用于环境应用的纳米粒子，能提高水和溶剂净化的能源效率，从而进行大规模的水净化。在工业产品设计方面，他是探索纳米颗粒应用与毒理学的先驱。目前，Stark教授已经发起创建了6家公司，其中有研发制造高分子纳滤膜的novamem GmbH，生产磁性化学品和诊断试剂的Turbobeads GmbH、提供超过一百万种不同纳米粒子的nanograde AG等。2013年，化学和应用生物科学系功能材料实验室研究生Nicholas Cohrs在Stark教授引导下开始探索用新式制法和工艺打造全由软性材料制作的人工心脏，其硕士毕业论文就是《左心室辅助植入物无缝合吻合装置开发》，之后随着研究的深入，机械和工艺工程系产品开发小组研发主管Anastasios Petrou等人也加入进来，准备将概念具现化。经过4年研发，3D打印人造心脏的第一个样品终于在今年被制作出来，可以和真心脏一样输送血液，此时它的主要研究者Nicholas Cohrs此时已经是该校功能材料实验室的一位博士生。据悉，这枚心脏是用硅树脂弹性体，经由3D打印和失蜡铸造技术制成，结构上与真心脏类似，分为左右心室，由充当器官肌肉的腔室分隔。当腔室被加压空气充气和放气时产生动力，将液体从腔室中泵出。制造出样品后，研究者们进行了混合模拟循环评估，当以80次每分钟的心率运作时，血流量为2.2 L/min，体循环血管阻力（后负荷）为1.11 mm Hg s/mL，平均肺静脉压（预负荷）固定为10mmHg。此外，测量35mmHg的主动脉脉压，平均主动脉压为48mmHg。这么一堆数据表明，这款3D打印心脏具备实用的潜力。如果要进行临床试验，他们还要解决4个问题，一是将心脏小型化，不然无法植入，以已经商用化的SynCardia人造心脏为例，重量只有170克，大约为一位成年男性心脏的一半，比3D打印心脏轻220克；二是提高耐用度，目前这款样品只能承受约3000次跳动，以正常心率计算只有半个多小时的寿命；三是增加血液流量，正常人在不剧烈运动的状态下心脏血流量为4.5升以上，目前3D打印心脏只有这个的一半；四是要找到一种将3D打印心脏与动脉、静脉稳定连接的方法。用商业化的人造心脏和3D打印心脏比其实比较苛刻，一边是上亿美元的研究经费和数十人的研发团队，一边是几位博士生和教授组成的开发小组，因此，这款人造心脏的意义，主要还是学术与探索居多，未来一旦3D打印心脏商业化，最大的好处是成本低不少，目前的人造心脏动辄数十万美元的价格；其次是可以根据患者的情况定制；最后则是比带有金属元件的心脏更舒适，更安全。