2026年2月11日，获悉密苏里大学工程学院的一个团队利用浸入式3D打印技术构建了人脑模型，这些模型能够模拟真实组织的机械、热学和介电特性。这项成果标志着医学研究和培训领域可能从基于计算机的模拟转向基于物理测试的平台。
相关研究成果以题为“3D-printing soft tissuephantom models from photo-crosslinkable poly(vinyl alcohol) methacrylate”的论文发表于《Materialia》期刊。
模拟体是能够模拟人体软组织材料特性和成像方式的测试样本和模型。为了复制许多软组织的高含水量和低模量，模拟体通常使用高度溶胀的聚合物网络（即水凝胶）作为类组织材料。这些水凝胶最初是聚合物溶液，然后经过凝胶化或交联形成柔软的弹性固体。因此，水凝胶模拟体的制造方法主要集中在将聚合物前体浇铸到预先定义的模具中，然后再启动凝胶化，这限制了在软组织模拟体中融入复杂结构和化学性质的能力。
为解决以上挑战，研究人员采用了浸入式3D打印技术：这种技术在制造过程中将柔软的材料悬浮在凝胶状的支撑液中，而不是在空气中逐层构建，为制造拟人化的软组织模拟体提供了新的机遇。这种方法对于在复制的大脑区域实现不同的刚度水平，同时保持大脑的褶皱和沟槽至关重要。
经过改良的光交联聚乙烯醇甲基丙烯酸酯（PVA-MA）聚合物定制液体墨水在制造过程中发挥了关键作用，因为它经过校准以匹配灰质和白质的行为。密苏里大学机械与航空航天工程系助理教授克里斯托弗·奥布莱恩表示：“人体组织极其复杂，由不同性质的材料构成。我们的3D打印技术能够以前所未有的方式捕捉到这种复杂性。”
研究团队打印了一个约为实际大脑尺寸15%的小型模型，并计划在2027年制作一个全尺寸版本。传统的软组织建模技术通常会产生结构均匀的模型，无法反映人体器官中物质刚度和纹理的变化。这项研究的潜在应用包括为医生提供外科手术培训环境，让他们可以在解剖结构精确的模型上练习手术操作。此外，利用患者特定的MRI或CT扫描数据制定个性化治疗方案，以及研究阿尔茨海默病和创伤性脑损伤等神经退行性疾病，也是可能的应用方向。
工程师还可以利用这种方法来测试医疗植入物或消费电子产品如何与脑组织相互作用。博士生兼首席研究员穆杰塔巴·拉菲克·戈托表示：“这项研究旨在为医学和科学界提供一种既实用又个性化的工具，它在改善健康和安全方面具有巨大的潜力。”
来源：南极熊
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