3D印刷“仿生”耳朵展示增强的听觉感应

科学家使用3-D打印来合并组织和能够接收无线电信号的天线。

普林斯顿的研究人员创建了一种3D印刷的“仿生”耳朵，其具有增强的射频接收听觉感测，通过3D打印合并生物和纳米电子功能。

普林斯顿大学的科学家使用了现成的印刷工具来创建功能耳朵，可以“听到”听到远远超出正常人类能力范围的无线电频率。

研究人员的主要目的是探讨高效且多功能的手段，以将电子器件与组织合并。科学家使用细胞和纳米颗粒的3D印刷，然后用细胞培养物将小卷材天线与软骨组合，从而创造它们术语耳朵耳朵。

“一般而言，普林斯顿机械和航空航天工程助理教授Michael Mcalpine表示，有机械和热挑战与生物材料，迈克尔·麦格莱斯（Michael Mcalpine）说，普林斯顿机械和航空航天工程助理教授。“此前，研究人员建议定制电子设备的一些策略，以便这种合并不太尴尬。通常发生在2D电子设备和组织表面之间。然而，我们的工作表明了一种新的方法 - 建立和发展与电子设备协同效应上和以3D交织格式的生物学。“

近年来麦尔皮斯的团队涉及使用小规模的医疗传感器和天线的近年来取得了一些进展。去年，由Mcalpine和Naveen Verma领导的研究努力，电气工程助理教授和塔夫茨大学Fio Opento，导致了由生物传感器和天线组成的“纹身”的发展牙齿的表面。

然而，该项目是团队的第一次创建一个全功能机构的努力：一个不仅复制人类能力，而且使用嵌入式电子产品延伸

研究人员在学术期刊Nano Letters中出现的文章中写道，仿生人类能力增强人类能力的仿生器官和设备的设计和实施是一个增加的科学兴趣。“该领域有可能为人体产生定制的替代零件，甚至可以创建包含超出人类生物学的能力的器官。”

标准组织工程涉及将细胞的播种类型，例如形成耳软骨的细胞，到称为水凝胶的聚合物材料的支架上。然而，研究人员表示，这种技术存在复制三维生物结构的问题。他们写道，耳朵重建“仍然是塑料和重建手术领域最困难的问题之一。”

为了解决问题，该团队转向了一种称为3D打印的制造方法。这些打印机使用计算机辅助设计来构思物体作为薄片阵列。然后，打印机沉积各种材料的层 - 从塑料到细胞 - 以构建成品。支持者说，通过允许小团队或辛勤队创建可能以前仅由工厂完成的工作来彻底彻底改变家庭产业的建筑承诺。

使用3D打印机创建器官是最近的进步;几个组在过去的几个月里据报道，在此目的中使用该技术。但这是研究人员首次证明3D打印是一种方便的策略来与电子进行交织。

该技术允许研究人员将天线电子器件与组织结合在人耳的高度复杂的拓扑内。研究人员使用普通的3D打印机将水凝胶和小牛细胞的基质与形成天线的银纳米颗粒组合。小腿细胞后来发展成软骨。

Man Mannoor是Mcalpine的实验室和纸质领先作者的研究生表示，添加剂制造开辟了新的方法，以考虑电子器件与生物组织的整合，并使得形成真正的仿生器官的形式和功能。他说，可以将传感器集成成各种生物组织，例如，以监测患者膝关节弯月面的压力。

Johns Hopkins and Co-Thanner of Publication的副教授David Gracias表示，弥合生物学和电子元学之间的跨界代表了一个强大的挑战，以便能够创建智能假体和植入物。

“生物结构是柔软的，柔软的，主要由水和有机分子组成，而传统的电子器件始终且干燥，主要由金属，半导体和无机电介质组成，”他说。“这两种材料类之间的物理和化学性质的差异不能更明显。”

完成的耳朵由软骨结构内的盘绕天线组成。两根电线从耳朵的底部和螺旋“耳蜗”的底部导线 - 感测声音的耳朵的一部分 - 这可以连接到电极。尽管在技术可以在患者使用之前需要进行进一步的工作和广泛的测试，但他说，耳朵原则上的耳朵可以用来恢复或增强人类听力。他说，由耳朵产生的电信号可以连接到患者的神经末梢，类似于助听器。目前的系统收到无线电波，但他表示，研究团队计划采用其他材料，如压敏电子传感器，使耳朵能够注册声学声音。

除了麦拉本，梵妈，Mannoor和Gracias，研究团队包括：普林斯顿机械和航空航天工程教授Winston Soboyjo;普林斯顿分子生物学系的凯伦Malatesta;普林斯顿机械和航空航天工程研究生Yong Link;约翰霍普金斯的化学和生物分子工程研究生和青少年詹姆斯。

该团队还包括一名高中学生的Ziwen Jiang，位于Hightistown的Peddie School，他们作为Mcalpine的实验室的年轻研究人员的一部分参与其中。

“Ziwen Jiang是我见过的最壮观的高中生之一，”Mcalpine说。“没有他，我们无法完成这个项目，特别是在他掌握仿生耳朵的CAD设计方面的技能。”

国防先进研究项目机构，科学研究，北部大学的大挑战计划提供了对该项目的支持。

出版物：Manu S Mannoor等，等，“3D印刷仿生耳，”纳米Lett。，2013; DOI：10.1021 / NL4007744

图像：弗兰克·沃霍奇沃斯基