醫療機器人
近日，澳大利亞悉尼新南威爾士大學的研究人員表示，他們開發出了一種微型手術機器人手臂，可以直接在人體器官上3D打印生物材料。這種設備目前被稱為F3DB，可以像內窺鏡一樣進入人體，將生物材料輸送到內部器官和組織的表面，并進行3D打印。
新南威爾士大學的研究人員公布了一款名為F3DB的原型設備——一款用于3D生物打印的靈活機動的外科手術機械手。這種設備可以直接將3D活細胞打印到內臟器官上，并可能用作多合一的內窺鏡手術工具。
新南威爾士大學醫療機器人實驗室的博士ThanhNhoDo和博士MaiThanhThai共同開發了這項研究。NigelLovell教授、Hoang-PhuongPhan博士和JelenaRnjak-Kovacina副教授合作完成了這項研究，并發表在《高級科學》雜志上。
F3DB可以像內窺鏡一樣進入人體，直接將多層生物材料輸送到內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頭。它與一個長而靈活的機械臂的末端相連，機械臂由外部控制。
研究人員認為，在五到七年內，隨著進一步的發展，醫療專業人員可以利用他們的技術通過皮膚小切口或天然毛孔進入人體。體內難以接近的地區。研究人員已經在人造結腸中進行了早期測試。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研發的微型柔性3D生物打印機，可以在豬的腎臟表面3D打印出各種不同形狀的材料。
#傳統3D生物打印機的局限性
ThanhNhoDo博士表示，這種方法解決了現有3D生物打印機的局限性，如表面不匹配和結構損壞。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3D打印各種生物材料。
此外，他還表示:“現有的3D生物打印技術需要在體外制造生物材料，并植入人體。體內通常需要大規模的開放手術，增加了感染的風險。我們靈活的3D生物打印機意味著生物材料可以以微創的方式直接輸送到目標組織或器官。"
F3DB的直徑和目前商業化的治療內窺鏡差不多，大約11-13mm。該裝置小到足以進入人類的胃腸道。研究人員表示，他們將繼續縮小機械臂的尺寸。
NigelLovell教授說:“目前，還沒有商用設備可以對遠離皮膚表面的內部組織或器官進行原位3D生物打印。已經提出了其他概念驗證模型，但是它們相當死板。體內復雜狹窄的空間也很難使用。"
#F3DB軟機器人裝置的特點
F3DB包括一個直接安裝在軟機器人手臂頂部的三軸打印頭。頭部有柔軟的人造肌肉，可以向三個方向運動。
柔軟的機械臂使用液壓系統來彎曲和扭轉。研究人員可以通過各種彈性管和織物調整機械手的長度，微調其硬度。
研究人員表示，他們可以對噴嘴進行編程，以打印出預定的形狀。必要時還可以手動操作，進行更復雜的生物打印。該團隊引入了一種基于機器學習的控制器來輔助打印。
為了證明可行性，新南威爾士大學的團隊在打印后測試了活體生物材料的細胞活力。實驗表明，這個過程對細胞沒有影響。大多數細胞在打印后是活的，并在接下來的七天內繼續生長。研究人員觀察到，打印一周后，細胞體積增加了四倍。
#一體化內窺鏡手術平臺
研究人員表示，F3DB可以成為一個一體化的內窺鏡手術平臺，可以進行一些癌癥切除手術(如結直腸癌)。機械臂的打印頭可以作為“電手術刀”來操作，標記和切除癌癥病灶。醫生也可以通過噴嘴將水引入手術部位，以清洗血液和多余的組織。
上述功能已在豬腸中得到驗證。
MaiThanhThai說:“與現有的內窺鏡手術器械相比，F3DB將成為一種多功能一體的內窺鏡，這將減少手術過程中器械的更換，有助于降低感染風險，節省手術時間。”
在下一階段，該團隊計劃對活體動物進行研究。體內實驗。該技術已獲得臨時專利，并計劃引入更多功能，如添加集成攝像頭和實時掃描系統。體內通過三維斷層掃描對組織進行掃描和重建。