2021 год объявлен Годом науки и технологий, а месяц июнь тематически посвящен новым производственным технологиям и материалам. Такие, например, цифровые новшества или новые материалы развиваются со скоростью света. Наши вчерашние представления о том, что хирургические операции в очках дополненной реальности или напечатанные зубные протезы, уже давно перестали быть чем-то фантастическим. Эра digital добралась и до медицины.

Начать био- и 3D-печать

Искусственное создание человеческой кожи, тканей и внутренних органов – вполне реалистичная задача для современной науки. 3D-печать и биопечать открывают новую веху для лечения пациентов и научных исследований.

Работает все так

Биопринтер Organovo создает ткани, которые имитируют структуру и состав различных органов человека / Источник: Pbs.org

Привычные офисные принтеры печатают в двух измерениях: текст создается на плоской поверхности, обычно на бумаге. Используются размеры: x (горизонтальный) и y (вертикальный). А в 3D-принтерах добавляется, еще одно измерение — глубина (z).

Во время печати элементы принтера перемещаются не только вверх и вниз, но и влево и вправо, вперед и назад. Вместо доставки чернил на бумагу распределяются особые материалы — полимеры, металл, керамика и другие. Создание целостного объемного предмета происходит слой за слоем, и называется «аддитивное производство».

Но прежде, чем создать такой объект, изготавливают его цифровой план – 3D-модель, которая затем отправляется на принтер. В котором уже «подготовлен» и готов к нагреву материал. Принтер читает 3D-план, а его подвижные элементы последовательно наносят слои выбранного вещества. Затем слои превращаются в твердую форму одним из нескольких способов: либо путем охлаждения, либо за счёт смешивания двух разных растворов. Несколько таких слоев один за одним превращаются в связный элемент.

Биопринтеры работают так же, но ключевое отличие кроется в слоях биоматериала – в нем могут быть живые клетки. Они нужны для создания сложных структур. Например, кровеносных сосудов или тканей кожи. Клетки используются живые и самые настоящие. Их берут у пациента, а затем культивируют до тех пор, пока их не станет достаточно для создания «био-чернил» для принтера.

Напечатанные органы

С механизмом печати все ясно, теперь о применении.