محققان
Carnegie Mellon با استفاده از چاپ سه بعدی توانستند عروق در بافت مصنوعی را با مقیاس میکرو ایجاد کنند. می توان گفت این فرایند یک فرآیند جادویی است به طوریکه در عرض چند ثانیه شبکه ای از شاخه های کوچک که به طور کامل از یخ و به صورت سه بعدی ساخته شده اند، ایجاد می شود.
ساختن رگ کاری بسیار ظریف و مهم است. می توان در محیط آزمایشگاه، خوشه های سلولی بسیار بزرگی ایجاد کرد، اما اگر عروقی نباشد در مدت زمان کوتاهی می میرند و از بین می روند، زیرا مواد مغذی لازم را دریافت نمی کنند و موادی را هم دفع نمی کنند.
از روش
پرینت سه بعدی یخی می توان به عنوان الگویی قوی و سفت برای قالبگیری استفاده کرد. به این صورت که الگو پرینت می شود و با ماده دیگری پوشانده می شود، بعد از آن برداشته می شود تا قالبی با دیواره صاف و جزئیات دقیق به دست آید.
قبلا از چاپ قالب های مومی برای بازسازی عروق استفاده می شد، اما این روش رضایت بخش نبود. موم نمی توانست شکل خود را در حالت سه بعدی به اندازه کافی نگه دارد و شکل اصلی هندسه تغییر پیدا می کرد.
به همین دلیل گارگ، روش پرینت سه بعدی به وسیله آب را جایگزین کرد. در این روش از دستگاه رسوب قطرات استفاده می کنند، دمای آن را تا چیزی حدود -35 سانتی گراد پایین می آورند و آن را با یک چاپگر سه بعدی یخ ادغام می کنند. در این حالت قطرات به سرعت در جای خود یخ می زنند و شکل خود را حفظ می کنند و الگوهای یخی ساخته می شوند.
پس از تکمیل این قسمت، این الگوها به مخزن کلاژن، رزین یا مواد دیگر منتقل می شوند، پخته می شوند و بعد از آن می توان یخ ها را ذوب یا تصعید کرد.
بعد از اینکه عملیات ایجاد رگ تمام شد، الگوهای یخی باید از بین بروند. زیرا ذوب شدن آن ها قبل از حذف رگ ها می تواند به ساختار ظریف آن ها آسیب برساند. بهترین راه برای حذف الگوهای یخی تبدیل آن ها به بخار آب است تا به طور کامل از آن ساختار خارج شود و اثری باقی نماند.
در این فرآیند کنترل دما بسیار مهم است، اما علاوه بر دما فاکتورهای دیگری نیز اهمیت دارد. هر قطره قبل از اینکه یخ بزند، یک حوضچه آب تشکیل می دهد و هرچه قطره از صفحه سرد ساخت دورتر شود، بزرگتر می شود. اگر هنگام چاپ هیچ پارامتری را تغییر ندهیم به جای شکل ستونی مستقیم یک مخروط معکوس چاپ می شود.
برای رفع این مشکل باید فرکانس قطرات آب را با پیشرفت ساخت تغییر داد. به این صورت که هرچه قطره از پلت فرم ساخت دورتر باشد باید فرکانس کمتر باشد و زمان یخ زدن هر قطره نیز محاسبه شود.
اما این نکته را نیز باید ذکر کرد که انجماد سریع قطرات آب، آزادی هندسه بیشتری را فراهم می کند. به این صورت که پرینتر امکان چاپ در یک لحظه به صورت پیوسته در امتداد محور یا منحنی سازه را فراهم می کند. انتقال قطره به قطره نیز بسیار صاف است و هیچ خطی برای ایجاد لایه بعدی ایجاد نمی شود.
منظور از آزادی در هندسه این است که ساختارهای یخی در هر جهتی که می خواهیم رشد پیدا می کنند. به طور کلی توانایی کنترل فرکانس قطرات و حرکت به طور همزمان این امکان را می دهد که الگوها بدون هیچ گونه مواد پشتیبانی ایجاد می شوند و می توان به صورت همزمان رگ ها را به صورت شاخه ای یا تنه درختی ایجاد کرد، نه اینکه به صورت لایه لایه و جدا جدا.
آینده پرینت سه بعدی یخی
محققان توانسته اند ویژگی های میکرومقیاس تا حدود 20 میکرون را با تجهیزات فعلی چاپ کنند. این تیم در حال کار برای ارتقاء پرینترها برای ساخت الگوهایی دقیق تر و بزرگتر هستند که بتوانند ویژگی های واقعی را بر روی آن ها پیاده سازی کنند. آن ها امیدوارند بتوانند از هوش مصنوعی برای اصلاح و پیشرفت این تکنولوژی استفاده کنند.
در حال حاضر از این تکنولوژی در حوزه های پزشکی، زیستی، رباتیک نرم و هنر استفاده می شود، اما محققان در تلاشند تا بتوان در تمامی حوزه از آن استفاده کرد.
