如果你的3D打印機(jī)有眼睛和大腦會(huì )(huì)怎么樣？這就是GRACE背后的理念，GRACE是由荷蘭烏得勒支大學(xué)(xué)的一個(gè)(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)(fā)的打印技術(shù)(shù)。它是一種基于體積打印工藝和人工智能的工作流程，因此所使用的機(jī)器可以參與設(shè)計(jì)階段本身。具體來(lái)說(shuō)，例如，它能夠理解細(xì)胞在生物墨水中的位置，并在其周?chē)鷺?gòu)建血管網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)。這對(duì)醫(yī)療領(lǐng)(lǐng)域來(lái)說(shuō)是一個(gè)(gè)重大進(jìn)(jìn)步，盡管它仍處于起步階段。

生物打印技術(shù)(shù)無(wú)疑每天都在進(jìn)(jìn)步。如果您經(jīng)(jīng)常關(guān)(guān)注新聞，您無(wú)疑會(huì )(huì)注意到一些研究人員已經(jīng)(jīng)取得的進(jìn)(jìn)展和克服的障礙。當(dāng)然，還有很多挑戰(zhàn)。其中之一無(wú)疑是創(chuàng )(chuàng)建能夠?yàn)榧?xì)胞輸送氧氣和營(yíng)養(yǎng)的功能性血管。事實(shí)(shí)上，目前的生物打印技術(shù)(shù)甚至在知道細(xì)胞在所用生物墨水中的位置之前就需要設(shè)計(jì)這些血管的模型。如果不知道這些生命結(jié)構(gòu)的位置，就很難滿(mǎn)足它們的需求。

GRACE流程

Riccardo Levato是烏得勒支大學(xué)(xué)的教授，也是Levato實(shí)(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，該實(shí)(shí)驗(yàn)室率先推出了GRACE（生成式、自適應(yīng)式、情境感知式3D打?。┕に?。他和他的團(tuán)隊(duì)致力于開(kāi)發(fā)(fā)一種更高效、更智能、更可靠的生物打印解決方案。他很快轉(zhuǎn)向了體積打?。翰皇侵饘映練e細(xì)胞，而是一次性固化感光凝膠以創(chuàng )(chuàng)建完整的結(jié)構(gòu)。Riccardo Levato解釋說(shuō)：“為了構(gòu)建一個(gè)(gè)結(jié)構(gòu)，我們將一系列光圖案投射到一個(gè)(gè)裝有感光凝膠和細(xì)胞的旋轉(zhuǎn)管中。在光束匯聚的地方，材料會(huì )(huì)凝固。這使我們能夠一次性創(chuàng )(chuàng)建完整的3D物體，而無(wú)需接觸細(xì)胞?！邊@個(gè)(gè)過(guò)程更快，對(duì)細(xì)胞的傷害也更小。

這項(xiàng)技術(shù)(shù)需要了解細(xì)胞的位置，以便制作出最佳的打印件并保存它們。因此，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)(fā)了一套配備激光的系統(tǒng)，可以繪制待打印材料的化學(xué)(xué)和結(jié)構(gòu)成分圖。根據(jù)這種成分，機(jī)器會(huì )(huì)選擇合適的幾何形狀進(jìn)(jìn)行打印。它依賴(lài)于人工智能、3D成像、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和參數(shù)化建模的結(jié)合。Sammy Florczak是該實(shí)(shí)驗(yàn)室的博士生，他參與了這一流程的開(kāi)發(fā)(fā)：“過(guò)去，打印總是依賴(lài)于設(shè)計(jì)師的方案。如今，GRACE為設(shè)計(jì)本身做出了貢獻(xiàn)。打印機(jī)‘看到’材料中有哪些類(lèi)型的細(xì)胞以及它們的位置。然后，它使用人工智能工具，根據(jù)待打印的對(duì)象創(chuàng )(chuàng)建定制的設(shè)計(jì)。這臺(tái)新打印機(jī)本質(zhì)(zhì)上擁有自己的‘眼睛’（激光成像）和‘大腦’（新的人工智能軟件）。這種程度的定制可以使織物的壽命更長(cháng)，性能更好?！?/span>

血管網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)的形成取決于生物墨水中細(xì)胞的存在

因此，GRACE可以解決各種難題——我們討論的是血管，但應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不止于此。例如，以制藥行業(yè)(yè)為例——該流程可以設(shè)計(jì)出能夠以最佳劑量釋放藥物的結(jié)構(gòu)。該團(tuán)隊(duì)還探索了帶軟骨的骨骼模型的創(chuàng )(chuàng)建：用含有關(guān)(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞和骨髓干細(xì)胞的凝膠3D打印股骨。完成后，GRACE能夠自動(dòng)(dòng)定位并打印股骨頭周?chē)能浌?。

Riccardo Levato總結(jié)道：“GRACE的初步研究?jì)H僅是個(gè)(gè)開(kāi)始。我們目前正在努力增加可打印的細(xì)胞數(shù)量，以便我們也能打印其他組織，例如心臟和肝臟。此外，我們希望其他實(shí)(shí)驗(yàn)室也能使用這項(xiàng)技術(shù)(shù)，以便他們能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于自己的打印方法?！贝送?，GRACE未來(lái)是否會(huì )(huì)被醫(yī)療行業(yè)(yè)以外的其他行業(yè)(yè)所采用還不確定。您可以點(diǎn)(diǎn)擊此處查看完整的研究報(bào)告。

應(yīng)用范圍廣泛

編譯整理：3dnatives