Maaaring Baguhin ng 3D-Printable na PEG Polymer ang MedTech

Ang mga inhinyero mula sa University of Virginia ay nakagawa ng makabuluhang pag-usbong sa teknolohiya ng polymer. Ang kanilang bagong disenyo ay nag-aalok ng mas mataas na tibay at kakayahang yumuko kumpara sa mga naunang bersyon. Bukod dito, ito ay 3D printable at ligtas para sa tao, na nagbubukas ng pinto para sa mga inobasyon sa iba’t ibang industriya. Narito ang mga dapat mong malaman.

Polyethylene Glycol (PEG) na mga network

Ang pag-aaral na ito ay nakatuon sa Polyethylene Glycol (PEG) na mga network. Ang mga estrukturang ito ay patuloy na tinatanggap sa larangan ng biomedical, kung saan mahalaga ang mga ito para sa tissue engineering, paghahatid ng gamot, at iba pang mga aplikasyon na nagliligtas ng buhay.
Ang polyethylene glycol ay unang ginawa noong 1859, nang ang Portuges na kimiko na si A.V. Lourenço at ang Pranses na kimiko na si Charles Adolphe Wurtz ay magkasamang nag-ulat ng mga produktong polyethylene glycol. Ang paggamit ng PEG sa biomedical ay malaki ang paglawak matapos itong maisama sa mga pangunahing pharmacopoeia noong kalagitnaan ng ika-20 siglo. Mula noon, ang PEG ay patuloy na pinahusay sa disenyo at pag-unlad. Kamakailan, sinuri rin ito bilang isang posibleng paraan upang lumikha ng mga selula ng baterya.

Mga Problema sa PEG

Sa kabila ng patuloy na paglawak ng mga aplikasyon nito, ilang kahinaan pa rin ang kailangang malampasan upang higit pang mapabuti ang pagiging kapaki-pakinabang nito. Una, ang kasalukuyang paraan ng paggawa ay magastos at kumplikado.

Gumagamit ito ng sistemang batay sa tubig na sumusuporta sa cross-linking ng mga linear na polymer. Ang tubig ay nagsisilbing suporta para sa estruktura habang ito ay nagkikristal. Pagkatapos mabuo ang polymer network, ang tubig ay tinatanggal, na iniiwan ang natapos na estruktura.

Ang pamamaraang ito ay matagal, magastos, at hindi madaling palakihin. Dagdag pa rito, ang mga PEG network na nabubuo ay napakabrittle. Ang mga kristalinong estrukturang ito ay kulang sa kakayahang yumuko, na naglilimita sa kanilang mga aplikasyon, lalo na sa larangan ng biomedical.

Pag-aaral sa 3D Printed na Polymer

Isang pangkat ng mga inhinyero ang kamakailan lamang nakahanap ng paraan upang mas madaling gumawa ng PEG network, na nag-aalok ng mas flexible na alternatibo kumpara sa kasalukuyang mga opsyon. Ang kamakailang inilathalang pag-aaral Additive Manufacturing of Molecular Architecture Encoded Stretchable Polyethylene Glycol Hydrogels and Elastomers¹ ay nagpakilala ng ganap na bagong pamamaraan sa PEG network na may potensyal na pasiglahin ang pag-adopt nito.

Pinagmulan- Advanced Materials

Bakit Mahalaga ang Stretchability sa PEG Networks

Sa gitna ng pananaliksik na ito ay ang hangaring gawing mas flexible ang mga PEG network. Ang mga stretchable na PEG network ay maaaring magsagawa ng mas maraming gawain. Halimbawa, maaari itong magamit sa mas maraming medikal na aplikasyon at sa mas malaking sukat, na ang huling layunin ay gamitin ang mga estrukturang ito bilang scaffolding para sa paglago ng sintetikong organ.

Ligtas sa Immune System

Bilang bahagi ng pag-aaral na ito, kailangang tiyakin ng koponan na ang kanilang mga pagbabago sa materyal ng PEG network ay hindi magdudulot ng anumang immune response. Ang iyong immune system ay tumutukoy sa mga dayuhang intruder at inaalis ang mga ito mula sa iyong katawan, na nagiging problema kapag pinag-uusapan ang mga implant. Dahil dito, sinimulan ng mga inhinyero ang proseso sa pamamagitan ng pagsasaliksik at pagsintesis ng mga materyal at estruktura na ligtas sa immune system.

3D Printable

Ang susunod na hakbang ay tiyakin na ang materyal ay 3D printable. Ang pananaliksik na ito ay nagdala sa koponan sa napaka-stretchable na PEG-based na hydrogels na may kasamang solvent-free na elastomers. Napansin nila na, hindi tulad ng water-based na pamamaraan, ang mga network na ito ay maaaring likhain gamit ang mabilis na photopolymerization at mga komersyal na kemikal na magagamit.

Komplikadong Estruktura

Ang desisyon na umasa sa mga 3D printer ay isang malaking hakbang na nagbukas ng pinto para sa mas masalimuot at kapaki-pakinabang na mga parameter ng disenyo. Napansin din ng koponan na maaari nilang baguhin ang mga estruktura sa masalimuot na mga pattern sa pamamagitan lamang ng pag-aayos ng mga UV light.
Kapansin-pansin, nakalikha sila ng ilang iba’t ibang estruktura na bawat isa ay may natatanging benepisyo. Ang ilan sa mga estruktura ay matigas, habang ang iba ay maaaring i-stretch o i-bend. Muli, bawat isa ay nilikha gamit ang solvent-free na elastomers, na nagpalawak ng kanilang kakayahang i-adjust.

Naka-fold na Bottlebrush

Natuklasan ng mga inhinyero na ang mga linear na kadena ay hindi ang pinakamainam na opsyon. Sa halip, ipinakilala nila ang isang naka-fold na bottlebrush architecture. Ang disenyo na ito ay gumagamit ng mga internal na estruktura upang magdagdag ng mekanikal na kakayahan tulad ng pag-ikot, pag-stretch, at pag-bend.
Ang bottlebrush architecture ay nagbigay-daan sa mga makina na maiwasan ang kristalisasyon. Bilang resulta, napabuti nito ang tibay ng estruktura. Ang bagong high-strength polymer na ito ay maaaring i-extend tulad ng accordion nang hindi nasasakripisyo ang lakas. Napagpasyahan ng mga inhinyero na ang bottlebrush architecture ay dapat na malawak na compatible sa karamihan ng mga PEG-based polymer system, na malaki ang pagpapalawak ng potensyal nitong saklaw ng mga biomedical at engineering na aplikasyon.

Pag-layer

Masigasig, binuo ng koponan ang estruktura gamit ang pamamaraan ng pag-layer. Ang bawat layer ay nilikha sa ilalim ng UV light, pinapatuyo, at ang susunod na layer ay inilalagay sa ibabaw. Ang proseso ay tumatagal lamang ng ilang segundo at kinabibilangan ng pag-print ng komplikadong mga geometry.

Pagsusuri ng Biocompatibility at Pagganap ng Estruktura

Sa yugto ng pagsusuri, sinuri ng mga inhinyero kung ang PEG ay cell-compatible, na pangunahing alalahanin para sa paggamit sa mga tissue scaffolding na aplikasyon. Bilang bahagi ng pagsusuring ito, lumikha ang koponan ng mga cell culture na inilagay nila sa scaffolding at sinubaybayan ang mga reaksyon.
Sinuri din ng mga mananaliksik ang kakayahan ng proseso na suportahan ang komplikadong mga estruktura. Halimbawa, nag-print sila ng mga organ-like na geometry na cytocompatible.

Mga Resulta ng Mekanikal na Lakas at Biocompatibility

Ang kanilang mga resulta ng pagsusuri ay kahanga-hanga. Napansin ng koponan na ang kanilang PEG network ay parehong mekanikal na matibay at biocompatible. Ipinakita ng pagsusuri na ang mga cultured cells ay nagpapatuloy ng kanilang mga gawain nang walang masamang reaksyon sa PEG network, na nagbubukas ng pinto para sa posibleng medikal na paggamit.

Ipinakita rin ng pagsusuri kung gaano kalakas ang mga estruktura kumpara sa kanilang mga naunang bersyon. Partikular, ang mga hydrogel at elastomer ay may modulus na mula ≈1 hanggang ≈100 kPa. Pinabuti rin nila ang tensile breaking strain strength ng 1500%.

Mag-swipe upang mag-scroll →

Advanced na Arkitektura

Ipinakita ng pag-aaral na ang pamamaraan ng 3D printing ay nagbibigay ng pinakamalaking kakayahang mag-adjust sa disenyo ng estruktura. Ang bawat estruktura ay na-print sa isang target na paraan nang walang pagkawala ng stretchability. Dagdag pa rito, ang buong proseso ay isinagawa sa room temperature.

Pangunahing Benepisyo ng 3D-Printable na PEG Materials

May ilang benepisyo ang 3D printable na PEG materials na hatid sa merkado. Una, mas eco-friendly ang mga ito. Ang proseso sa room temperature ay nagpapababa ng gastos at komplikasyon, na nagbibigay-daan sa malawakang produksyon sa hinaharap.

Kakayahang Mag-iba-iba

Ang kakayahang mag-iba-iba ng 3D printed na pamamaraan ay hindi maaaring balewalain. Ang paggamit ng mga 3D printer ay nagbibigay-daan sa mga inhinyero na lumikha ng mas advanced na mga estruktura, na maaaring maging kritikal na bahagi ng artipisyal na paglago ng mga organ at iba pang advanced na teknolohiyang medikal.

Mga Totoong Aplikasyon at Timeline para sa 3D-Printable PEG

Ang listahan ng mga aplikasyon para sa photocurable na bottlebrush PEG networks ay sumasaklaw sa ilang industriya. Ang mga mikroskopikong network na ito ay maaaring magsilbing base para sa micro-architected na mga metal, functional na biomimetic vascular networks, at iba pa. Narito ang ilang posibleng aplikasyon para sa teknolohiyang ito.

MedTech

Ang pangunahing at pinakamahalagang aplikasyon ng teknolohiyang ito ay sa larangan ng regenerative medicine. Ang listahan ng naghihintay para sa mga organ ay patuloy na lumalaki. Sa kasamaang palad, maraming tao ang hindi makakakuha ng organ na kailangan para sa transplant upang mapabuti ang kanilang buhay. Gayunpaman, ang kakayahang magpalaki ng mga organ ng tao ay maaaring mag-alis ng problemang ito sa buong mundo at magpasimula ng bagong panahon ng pangangalagang medikal.

Battery Technology

Isa pang pangakong gamit para sa teknolohiyang ito ay sa paglikha ng mas malakas at magaan na mga baterya. Ang mga estrukturang ito ay maaaring magsilbing mga selula, na nagbibigay-daan sa ultra-high-performance solid-state electrolytes.

Timeline ng Komersyalisasyon para sa Bottlebrush PEG

Maaaring lumabas ang teknolohiyang ito sa merkado sa loob ng susunod na 5 taon. May matinding pangangailangan para sa mas magaan at mas matibay na mga opsyon sa baterya, at ang teknolohiyang ito ay maaaring makatulong upang maisakatuparan ang layuning iyon.
Maaaring umabot ng 10 taon o higit pa bago maging sapat ang teknolohiya upang magamit sa paglago ng artipisyal na mga organ. Mayroon pang karagdagang pananaliksik, kabilang ang pagsusuri at regulasyong pag-apruba, na maaaring magpabagal pa sa proseso.

Mga Mananaliksik ng 3D Printed Polymer

Ang Soft Biomatter Laboratory ng University of Virginia ang nanguna sa pag-aaral na ito. Binanggit sa papel sina Baiqiang Huang, Myoeum Kim, Pu Zhang, Emmanuel Oduro, Daniel A. Rau, at Li-Heng Cai bilang mga pangunahing kontribyutor. Kapansin-pansin, ang gawaing ito ay nakabatay sa iba pang mga proyekto kung saan nilikha ng koponang ito ang ultra-durable na synthetic polymers.
Ang pag-aaral ay nakatanggap ng pondo mula sa UVA LaunchPad for Diabetes, National Science Foundation, National Institutes of Health, at Commonwealth Commercialization fund ng Virginia Innovation Partnership Corporation.

Hinaharap ng 3D Printed Polymer

Ngayon, sisikapin ng mga inhinyero na magsaliksik ng iba pang mga estruktura at materyales. Ang kanilang layunin ay bumuo ng iba pang 3D printable na materyales na sumusuporta sa tiyak na mga gawain, na nagbubukas ng pinto para sa mas magaan at mas matibay na mga produkto, paggamot, at iba pa.

Pamumuhunan sa MedTech Innovations

Maraming biotech na kumpanya ang patuloy na itinutulak ang mga hangganan sa paglikha ng tissue at iba pang medtech na pag-unlad. Ang mga kumpanyang ito ay gumagastos ng milyun-milyong dolyar taun-taon sa pananaliksik ng iba’t ibang paraan upang mapabuti ang kasalukuyang mga pamamaraan o lumikha ng mas mahusay na mga metodo. Narito ang isang kumpanya na patuloy na nagdadala ng inobasyon sa merkado ng biotech.

United Therapeutics

Ang United Therapeutics (UTHR ) na nakabase sa Maryland ay pumasok sa merkado noong 1996. Ang tagapagtatag nito, si Martine Rothblatt, ay nakakita ng matinding pangangailangan para sa mas mahusay na mga paggamot matapos ma-diagnose ang kanyang anak na babae na may pulmonary arterial hypertension (PAH), at itinatag niya ang kumpanya upang bumuo ng mga life-saving na therapy para sa bihirang at madalas nakamamatay na sakit na ito.

Ang United Therapeutics ay may ilang mga paggamot at gamot na ginagamit sa buong mundo. Partikular, ang kanilang pangunahing produkto ay ang Remodulin (treprostinil). Natuklasan na ang gamot na ito ay tumutulong sa PAH at iba pang mga sakit sa puso. Ang mga naghahanap ng isang kilalang medtech na kumpanya na itinatag na may malinaw na layunin ay dapat magsagawa ng karagdagang pananaliksik tungkol sa United Therapeutics.

Pinakabagong Balita at Pagganap ng Stock ng United Therapeutics (UTHR)

3D Printed Polymer | Konklusyon

Ang gawaing inilunsad ng mga inhinyerong ito ay magkakaroon ng malakas na epekto sa larangan ng medisina at baterya sa darating na dekada. Bukod dito, makatutulong ito upang magpasigla ng inobasyon sa maraming industriya, na maaaring magdulot ng mga life-saving na medikal na breakthrough sa ating buhay. Dahil dito, karapat-dapat ang mga inhinyerong ito ng isang standing ovation.

Alamin ang iba pang Kagiliw-giliw na BioTech Breakthroughs Dito.

Mga Sanggunian

^{1. Huang, B., Kim, M., Zhang, P., Oduro, E., Rau, D. A., & Cai, H. Additive Manufacturing of Molecular Architecture Encoded Stretchable Polyethylene Glycol Hydrogels and Elastomers. Advanced Materials, e12806. https://doi.org/10.1002/adma.202512806}