EPFL मा, लेजर-आधारित भोल्युमेट्रिक प्रिन्टिङ जीवित कोषहरूसँग अझ प्रभावकारी र उपयुक्त हुन्छ, जसले पूर्ण-स्तरीय प्रत्यारोपणको लागि सम्भावनाहरू खोल्छ।

La Svizzera डेला अनुसन्धान र विकास बायोमेडिकलले फोटोनिक्स, स्मार्ट सामग्री र पुनर्जन्म औषधिलाई एकताबद्ध गर्ने सीमामा काम जारी राखेको छ: तह-तह अगाडि नबढाई जीवित कोशिकाहरूसँग मिल्दो नरम, जटिल, त्रि-आयामिक संरचनाहरू उत्पादन गर्ने क्षमता। नयाँ नतिजा यसबाट आउँछ।École Polytechnique Fédérale de Lausanne, जहाँ एप्लाइड फोटोनिक उपकरणहरूको प्रयोगशालाले होलोग्राम-निर्देशित भोल्युमेट्रिक थ्रीडी प्रिन्टिङ प्लेटफर्म विकास गरेको छ जुन फोटोसेन्सिटिभ रेजिनहरूलाई अधिक दक्षता, गति र परिशुद्धताका साथ ठोस बनाउन सक्षम छ।

मुख्य कुरा केवल मोडेलको प्रदर्शन मात्र होइन मानव कानवैज्ञानिक र औद्योगिक चासो प्रिन्ट भोल्युम भित्र प्रकाश कसरी नियन्त्रण गरिन्छ भन्ने कुरामा सम्बन्धित छ। परम्परागत थप्ने प्रविधिहरूमा, प्रक्रिया धेरै उन्नत हुँदा पनि, वस्तु प्रायः तह, रेखा वा भोक्सेलको अनुक्रमबाट उत्पन्न हुन्छ। टोमोग्राफिक भोल्युमेट्रिक एडिटिभ निर्माण, वा TVAM, ज्यामितिको सट्टा शीशीमा घुम्ने रेजिन भित्र प्रकाशको मात्रा वितरण गरेर निर्माण गरिन्छ, जबसम्म यो स्थानीय रूपमा पोलिमराइजेशन थ्रेसहोल्ड भन्दा बढी हुँदैन।

EPFL दृष्टिकोणले एउटा महत्त्वपूर्ण भिन्नता ल्याउँछ: यसले प्रकाशको तीव्रतालाई मात्र परिमार्जन गर्दैन, तर यसको नियन्त्रण गर्दछ अप्टिकल चरण, अर्थात्, प्रकाश तरंगहरूको पङ्क्तिबद्धता। व्यावहारिक सर्तहरूमा, यसको अर्थ लेजर बीमलाई अझ कुशलतापूर्वक निर्देशित गर्न होलोग्राम प्रयोग गर्नु हो, उपलब्ध शक्तिको धेरै ठूलो भाग सुरक्षित गर्नु। अनुसन्धानकर्ताहरूद्वारा प्रकाशित तथ्याङ्क अनुसार, नयाँ प्रणालीले एक ७० गुणा बढी दक्षता अघिल्लो प्लेटफर्महरूमा प्रयोग गरिएको एम्प्लिट्यूड एन्कोडिङको तुलनामा।

प्रकाश चरण थ्रीडी प्रिन्टिङको वास्तविक चालक शक्ति बन्छ

२०२५ मा, लुसेन समूहले पहिले नै देखाएको थियो कि कसरी होलोग्रामले प्रकाश चरण मार्फत त्रि-आयामी आकारहरू एन्कोड गरेर टोमोग्राफिक भोल्युमेट्रिक मुद्रण सुधार गर्न सक्छ। नयाँ कामले यो अन्तर्दृष्टिलाई थप स्केलेबल प्लेटफर्ममा ल्याउँछ: VAM प्रणालीमा पहिलो पटक, एक चरण प्रकाश मोड्युलेटर MEMS माइक्रोमिररहरूमा आधारित, अर्थात् इलेक्ट्रोमेकानिकल माइक्रोस्ट्रक्चरहरू जुन उत्कृष्ट परिशुद्धताका साथ ठाडो रूपमा सार्न सक्षम छन्।

यो प्राविधिक छनोटले तीन पक्षहरूलाई असर गर्छ। पहिलो ऊर्जा प्रयोग हो: कम-शक्तिको लेजर स्रोत जटिल वस्तुहरू उत्पादन गर्न पर्याप्त हुन्छ, अप्टिकल हार्डवेयरको तौल घटाउँछ। दोस्रो गति हो: प्रयोगहरूमा, अनुसन्धानकर्ताहरूले ठोस बनाएका छन् सेकेन्डमा मिलिमिटर आकारका वस्तुहरू र मिनेटमा सेन्टिमिटर-स्केल संरचनाहरू। तेस्रो जैविक सामग्रीहरूसँग अनुकूलता हो, किनभने स्व-उपचार किरणहरू हाइड्रोजेल र सेल-लोडेड रेजिनहरू जस्ता प्रकाश-छिटपुट मिडियामा राम्रोसँग प्रचार गर्न सक्छन्।

यो त्यहीँ हो जहाँ प्रविधिले बायोप्रिन्टिङको दृष्टिकोण अपनाउँछ। जीवित कोषहरू भएका सामग्रीहरूमा, प्रकाश पूर्ण रूपमा पारदर्शी माध्यमबाट जाँदैन: यो विचलित, फैलिएको र कमजोर हुन्छ। यसले सही आकार र चिल्लो सतहहरू प्राप्त गर्न अझ गाह्रो बनाउँछ। यद्यपि, चरण नियन्त्रणले थप बलियो प्रकाश क्षेत्रहरूको लागि अनुमति दिन्छ, जसले गर्दा बायोरेसिनमा छापिएका वस्तुहरूको अन्तिम गुणस्तरलाई सामान्यतया सीमित गर्ने केही त्रुटिहरू कम हुन्छन्।

"हाम्रो विधिद्वारा प्रदर्शन गरिएको दक्षता र शुद्धताले अन्ततः क्लिनिकलको नजिकको स्केलमा तन्तु जस्तो संरचनाहरू बायोप्रिन्ट गर्न सम्भव बनाउँछ,"

अमेरिका क्रिस्टोफ मोजर, जिम्मेवार एप्लाइड फोटोनिक उपकरणहरूको प्रयोगशाला EPFL को शब्दावली सावधानीपूर्वक तर महत्वपूर्ण छ।

"क्लिनिकल स्केलको नजिक"

यो अपरेटिंग कोठाको लागि तयार इम्प्लान्टको बराबर होइन, न त कार्यात्मक अंगको। बरु, यसले अप्टिकल प्रोटोटाइप र प्रयोगयोग्य बायोमेडिकल ज्यामिति बीचको दूरी साँघुरिँदै गएको संकेत गर्दछ। यस विशिष्ट अवस्थामा, अनुसन्धानकर्ताहरूले एक छापे पूर्ण आकारको कान १५० मिलिवाट लेजर डायोड प्रयोग गरेर जेल-आधारित रेजिनमा, यो एक महत्त्वपूर्ण प्यारामिटर हो किनभने यसले कम्प्याक्ट र अपेक्षाकृत पहुँचयोग्य स्रोतहरूसँग काम गर्ने सम्भावना देखाउँछ।

जीवित कोषहरू र हाइड्रोजेलहरूले प्रविधिलाई प्रोटोटाइपभन्दा धेरै टाढा पुर्‍याएका छन्।

सबैभन्दा नाजुक चरण कोशिकाको अस्तित्वसँग सम्बन्धित छ। बायोमेडिकल अनुप्रयोगहरूको लागि थ्रीडी प्रिन्टिङले सही आकार मात्र उत्पादन गर्नु हुँदैन: यसले कोशिकाको जीवनसँग मिल्दो अवस्थाहरू कायम राख्नुपर्छ, थर्मल तनाव, अत्यधिक प्रकाशको मात्रा, वा अत्यधिक आक्रामक रसायनहरूबाट बच्नु पर्छ। EPFL कार्यमा, सानो निर्माण, जसको आयतन ६४ घन मिलिमिटर, छ दिन पछि अवलोकन गरिएको थियो: समावेश गरिएका कोषहरू अझै पनि महत्त्वपूर्ण थिए र व्यवस्थित सञ्जालहरू बनाएका थिए।

यो तथ्याङ्कले मात्र पूर्ण रूपमा कार्यात्मक कपडाहरू निर्माण गर्ने सम्भावना देखाउँदैन, तर यसले प्रयोगात्मक दिशाको विश्वसनीयतालाई बलियो बनाउँछ। भोल्युमेट्रिक बायोप्रिन्टिङलक्ष्य केवल रिजोल्युसन बढाउनु मात्र होइन: यो गति, प्रक्रियाको स्वादिष्टता, ज्यामितीय निष्ठा, र जैविक अनुकूलतालाई संयोजन गर्नु हो। द्रुत मुद्रणले कोशिकाहरू र बायोइङ्कहरूलाई गैर-शारीरिक अवस्थाहरूमा पर्दाफास हुने समय घटाउन सक्छ, तर यसको लागि अन्तरिक्षमा प्रकाशको मात्राको राम्रो नियन्त्रण आवश्यक पर्दछ।

समूहले यस मुद्दालाई पनि सम्बोधन गर्‍यो धब्बा, होलोग्रामबाट उत्पादित वस्तुहरूको सतहहरूलाई दानेदार बनाउन सक्ने अनियमित हस्तक्षेप। प्रणालीले सबैभन्दा कुशल प्रकाश इन्जिनलाई यो अप्टिकल आवाज कम गर्ने रणनीतिसँग जोड्दछ, जसले सतहको गुणस्तर सुधार गर्दछ। बायोमेडिकल अनुप्रयोगहरूमा, सतह केवल एक सौन्दर्य विवरण मात्र होइन: यसले कोशिकाहरू, तरल पदार्थहरू, बाह्य कोशिकीय म्याट्रिक्सहरू, र भविष्यको एकीकरण प्रक्रियाहरूसँगको अन्तरक्रियालाई असर गर्न सक्छ।

"हाम्रो दृष्टिकोणले भोल्युमेट्रिक प्रिन्टिङलाई पूर्ण-स्केल इम्प्लान्ट र कम-शक्ति लेजर स्रोतहरूसँग जैविक रूपमा उपयुक्त निर्माणको नजिक ल्याउँछ,"

संक्षेप गर्नु मारिया इसाबेल अल्भारेज-कास्टानो, पीएचडी विद्यार्थीEPFL र अध्ययनका पहिलो लेखक

मा प्रकाशित वैज्ञानिक लेख प्रकाश: विज्ञान र अनुप्रयोगहरू यसले एक्रिलिक रेजिनदेखि नरम हाइड्रोजेलसम्मका विभिन्न सामग्रीहरूमा गरिएका परीक्षणहरूको पनि वर्णन गर्दछ। प्लेटफर्ममा सयौं माइक्रोमिटरदेखि सेन्टिमिटर आकारका वस्तुहरू छापिएका छन्, जसमा प्रति मिलिलिटर दस लाख कोषहरूको सांद्रता भएका कोष-युक्त हाइड्रोजेलहरू पनि समावेश छन्। माइक्रो-सीटी विश्लेषणहरूमा रिपोर्ट गरिएको उत्कृष्ट रिजोलुसनमा लगभग सकारात्मक विशेषता समावेश छ। 30,3 माइक्रोमिटर, प्रक्रियाको शुद्धता मूल्याङ्कन गर्न सान्दर्भिक परिमाणको क्रम।

प्रयोगशालादेखि पुनर्जन्म औषधिसम्म, नियन्त्रण अझै आवश्यक छ

भोल्युमेट्रिक प्रिन्टिङको औद्योगिक मार्ग जटिल नै छ। अनुकूलित इम्प्लान्ट, सेलुलर स्क्याफोल्ड, वा टिस्यु मोडेलहरूको उत्पादनको लागि द्रुत मेसिन मात्र नभई प्रमाणित सामग्री, दोहोर्याउन मिल्ने प्रोटोकल, गुणस्तर नियन्त्रण, बाँझोपन, ट्रेसेबिलिटी, र नियामक प्रमाणीकरण पनि आवश्यक पर्दछ। फोटोनिक्सले समस्याको केही अंश समाधान गर्न सक्छ, तर यसले सम्पूर्ण आपूर्ति श्रृंखलालाई प्रतिस्थापन गर्न सक्दैन। पुनर्जन्म औषधि.

ठ्याक्कै यसै कारणले गर्दा, लुसेनको नतिजालाई एक सक्षम प्रगतिको रूपमा हेर्नुपर्छ। TVAM ले स्तरित मुद्रणका केही बाधाहरूलाई कम गर्छ: यसले समर्थन बिना गुहा, ओभरह्याङ र नरम ज्यामितिहरू उत्पादन गर्न सक्छ, र यसले धेरै छिटो गर्न सक्छ। होलोग्राफीले प्रकाश क्षेत्रमाथि नियन्त्रणको स्तर थप्छ, जसमा रेजिनको वास्तविक व्यवहार र कोशिकाहरूको उपस्थितिमा ऊर्जा वितरण अनुकूलन गर्ने क्षमता हुन्छ। यदि प्रक्रिया अझ प्रभावकारी भयो भने, थप व्यापक प्रयोगको लागि हार्डवेयर थ्रेसहोल्ड पनि कम हुन्छ।

को भूमिका MEMS चरण मोड्युलेटरहरू यो विकासको केन्द्रबिन्दु हो। केही तरल क्रिस्टल मोड्युलेटरहरू भन्दा फरक, यी उपकरणहरू चिपचिपा अणुहरूको अभिमुखीकरणमा निर्भर हुँदैनन् र उच्च गति, चरण स्थिरता, र राम्रो चमकदार दक्षता प्रदान गर्न सक्छन्। मुद्रण प्लेटफर्ममा, यी गुणहरूले छिटो होलोग्राफिक अनुक्रमहरू प्रक्षेपण गर्ने र विकिरणित भोल्युममा थप स्थिर नियन्त्रण कायम राख्ने क्षमतामा अनुवाद गर्छन्।

जैविक स्केलेबिलिटीको मुद्दा खुला रहन्छ। कान जस्तै आकार छाप्नुको अर्थ इम्प्लान्टेसनको लागि तयार कार्यात्मक, भास्कुलराइज्ड कार्टिलेज उत्पन्न गर्नु होइन। यद्यपि, पहिचान गर्न सकिने शारीरिक मोडेल छनौट गर्नाले प्रविधिलाई वास्तविक ज्यामिति विरुद्ध मापन गर्न मद्दत गर्दछ, साधारण प्रयोगशाला नमूना होइन। अनुवादात्मक अनुसन्धानको लागि, यो चरण महत्त्वपूर्ण छ: यसले कुनै प्रविधिले कंक्रीट क्लिनिकल आवश्यकताहरूसँग मिल्दो वक्र, मोटाई, आयतन र विवरणहरू ह्यान्डल गर्न सक्छ कि सक्दैन भनेर प्रदर्शन गर्दछ।

अर्को सीमा अवस्थित वस्तुहरू भित्र प्रिन्ट गर्दैछ।

EPFL समूहले उल्लिखित दृष्टिकोणहरू मुख्यतया तीन क्षेत्रहरूमा केन्द्रित छन्। पहिलो भनेको प्रक्षेपण निष्ठा सुधार गर्नु हो, अर्थात्, गणना गरिएको प्रकाश क्षेत्रलाई वास्तवमा रेजिनमा जम्मा गरिएको क्षेत्रसँग बढ्दो रूपमा मिलाउने क्षमता। दोस्रो भनेको उच्च-घनत्व बायोरेसिनहरूमा बीम आकार दिने सीमाहरूको अध्ययन गर्नु हो, जहाँ प्रकाश छर्नु बढी गम्भीर हुन्छ। तेस्रो भनेको अवस्थित वस्तुहरूमा वा वरपर सिधै छाप्न सक्षम नयाँ प्लेटफर्महरूसँग सम्बन्धित छ।

यो अन्तिम बुँदाले चिकित्सा उपकरणहरू, माइक्रोफ्याब्रिकेसन, र कार्यात्मक घटक मर्मतको लागि रोचक प्रभाव पार्न सक्छ। अवस्थित संरचना वरिपरि प्रिन्ट गर्नु भनेको पृथक उत्पादनबाट एकीकृत दृष्टिकोणमा सर्नु हो: इम्प्लान्ट, सेन्सर, समर्थन, वा माइक्रोआर्किटेक्चर विभिन्न सामग्री र गुणहरूद्वारा निर्मित हाइब्रिड वस्तुको अंश बन्न सक्छ।

अर्को दिशामा रेजिन भित्र रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको भविष्यवाणी गर्नु समावेश छ। प्रकाश-आधारित मुद्रणमा, अन्तिम आकार अप्टिक्समा मात्र होइन, तर फोटोपोलिमराइजेसन, अवरोधक प्रसार, खुराक थ्रेसहोल्ड, र सामग्री गतिविज्ञानमा पनि निर्भर गर्दछ। यी प्रक्रियाहरूको मोडेलिङले त्रुटिहरूलाई पहिले नै सच्याउन अनुमति दिन्छ, प्रणालीको वास्तविक व्यवहारको लागि पहिले नै क्षतिपूर्ति दिइएका होलोग्रामहरू प्रक्षेपण गर्दै।

सोही विचारले रेजिन शीशीमा सिधै होलोग्रामको प्रक्षेपणको आधारमा कन्टेनरको घुमाउरो-मुक्त मुद्रणको बाटो पनि खोल्छ। यदि पछिल्ला परिणामहरू द्वारा पुष्टि भयो भने, यो विकासले प्रक्रिया मेकानिक्सलाई सरल बनाउनेछ र अप्टिकल सफ्टवेयर, गणना एल्गोरिदम, र प्रकाश क्षेत्र डिजाइन तर्फ प्राविधिक ध्यान केन्द्रित गर्नेछ।

पारिस्थितिक प्रणालीको लागि अनुसन्धान र विकास, मुद्दा EPFL यसले फोटोनिक्स, सामग्री र जीवविज्ञानको अभिसरणले कसरी additive manufacturing को अर्थ नै परिवर्तन गरिरहेको छ भनेर देखाउँछ। थ्रीडी प्रिन्टिङ अब ठोस कम्पोनेन्टहरू निर्माण गर्ने प्रविधि मात्र रहेन: यो संवेदनशील मात्रामा ऊर्जा, सूचना र रसायन विज्ञान वितरण गर्ने प्रक्रिया बन्दै गएको छ। यो यसै आधारमा हो कि Svizzera प्रयोगात्मक गुणस्तर दोहोरिने, सुरक्षित र प्रमाणित गर्न सकिने प्रोटोकलमा परिणत भएसम्म विज्ञानले प्रतिस्पर्धात्मक लाभ निर्माण गर्न जारी राख्न सक्छ।

यहाँ तीनवटा अन्तर्दृष्टिहरू छन् जुन तपाईंलाई चासो लाग्न सक्छ:

जैव-प्रेरित रोबोट र थ्रीडी प्रिन्टिङ: प्रोग्रामेबल लेटेक्सको सफलता
त्यसैले थ्रीडी प्रिन्टिङले गम्भीर अनुहार जलेका बालबालिकालाई निको पार्छ
थ्रीडी प्रिन्टिङको लागि पर्यावरणमैत्री ग्राफिन मसीको जन्म भएको छ