3D打印的组织模拟器有多好地代表生物软组织的复杂机制? 使用Stratasys的心血管组织矩阵材料的一个示例研究

科学领域:

• 生物材料工程 生物材料工程
• 机械工程 机械工程
• 医疗器械开发 医疗器械开发

背景情况:

• 模仿组织的材料对于医疗器械测试和外科训练至关重要.
• 在3D打印的进步允许复杂的几何形状和可调的材料特性在组织模仿.
• 与原生组织相比,3D打印组织模仿的机械忠实性在很大程度上仍未被描述.

研究的目的:

• 为了评估3D打印组织模拟在代表生物组织的机械性能的准确性.
• 为了研究3D打印模拟血栓,心肌和三管的3D打印模拟的硬度和断裂性.
• 识别当前3D打印技术的局限性,以创建定量组织机械表示.

主要方法:

• 使用Stratasys数字解剖学3D打印机创建具有与之前测试的生物样本相同几何形状的组织模仿器.
• 测试机械性能,包括硬度和骨折性 (对于血栓),使用相同的协议对仿真和生物组织.
• 比较了血块,心肌和三门的机械行为模仿与他们的本地同行.

主要成果:

• 与生物组织相比,3D打印的组织模拟器在机械行为上表现出相当大的偏差.
• 模仿者未能复制在软组织中观察到的特征性应变强化的行为.
• 从数量上讲,模仿者比生物组织更为硬,特别是在较低的菌株,有时是数量级.
• 经过测试的模仿组织的材料也表现出比其生物对应物明显更高的断裂性.

结论:

• 目前的3D打印技术,以Stratasys数字解剖学打印机为例,在准确模仿生物组织的机械特性方面存在局限性.
• 在使用这些3D打印材料时必须小心,特别是在需要对软组织力学进行定量表示的应用中.
• 需要进一步的研究来探索其他3D打印技术及其创造更准确组织模拟的潜力.