โครงน้ำตาลจากเครื่องพิมพ์สามมิติอาจใช้ช่วยปลูกสร้างเนื้อเยื่อได้อย่างน่าทึ่ง

น้ำตาลเป็นขนมหวานของโปรดสำหรับเด็กที่กินเท่าไรไม่รู้จักพอ มันสามารถถูกทำให้อ่อนตัวหลอมเหลวแล้วนำไปสร้างเป็นขนมรูปร่างต่างๆนานาได้อย่างไม่มีขีดจำกัด รวมทั้งใช้ทำขนมหวานจากเครื่องพิมพ์สามมิติ และตอนนี้มันกำลังถูกนำไปใช้สร้างเป็นโครงน้ำตาลรูปร่างพิเศษโดยเครื่องพิมพ์สามมิติ เพื่อใช้ประโยชน์ในงานวิศวกรรมเนื้อเยื่อ

มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ ที่เมืองชิคาโก ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้สร้างเครื่องพิมพ์สามมิติชนิดใหม่ที่สามารถพิมพ์โครงสร้างแบบพิเศษของน้ำตาลที่เครื่องพิมพ์สามมิติทั่วไปทำไม่ได้ แทนที่มันจะพิมพ์ซ้อนทับเป็นชั้นๆแบบการพิมพ์สามมิติทั่วไป มันกลับสร้างโครงข่ายที่ละเอียดของเส้นแข็งของไอโซมอลต์ (isomalt) ซึ่งเป็นน้ำตาลแอลกอฮอล์ชนิดหนึ่งที่มักพบในยาอมแก้เจ็บคอ

ผลที่ได้คือโครงน้ำตาลที่ใสเหมือนแก้ว ละลายในน้ำ และย่อยสลายได้เอง โครงน้ำตาลแบบนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในงานวิศวกรรมชีวการแพทย์ (Biomedical Engineering) งานวิจัยโรคมะเร็ง และการผลิตอุปกรณ์ได้เป็นอย่างดี

“นี่เป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการสร้างรูปร่างโดยรอบซึ่งจะทำให้เราสามารถทำรูปร่างของวัสดุอ่อนหรือปลูกเซลล์และเนื้อเยื่อตามโครงที่สร้างขึ้นได้โดยง่าย และเมื่อเสร็จแล้วโครงเหล่านี้ก็จะละลายหายไป” Rohit Bhargava ผู้อำนวยการศูนย์มะเร็งที่อิลลินอยส์ กล่าว “ตัวอย่างการนำไปใช้งานที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งได้แก่การปลูกเนื้อเยื่อหรือการศึกษาเนื้องอกในห้องแล็บ ตามปกติแล้วการเพาะเลี้ยงเซลล์จะทำบนจานแบนซึ่งทำให้เราได้เซลล์ที่มีคุณลักษณะแบบหนึ่ง แต่มันไม่ใช่วิธีที่สอดคล้องนักกับการทำงานจริงในร่างกาย เพราะในร่างกายมีการกำหนดรูปร่างไว้อย่างชัดเจน และรูปร่างกับหน้าที่การทำงานมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด”

ทีมงานได้ทำการออกแบบเครื่องพิมพ์สามมิติชนิดพิเศษนี้อย่างละเอียด ทั้งตัวกลไกในการพิมพ์และวัสดุที่ใช้ มีการควบคุมความเร็ว อุณหภูมิและความดันอย่างละเอียด เพื่อให้เครื่องพิมพ์สามารถพิมพ์ได้อย่างอิสระ หัวฉีดเคลื่อนไหวไปมาในที่ว่างอย่างอิสระ วัสดุเหลวที่ถูกฉีดออกมาแข็งตัวในเวลาพอเหมาะ ได้เป็นโครงสร้างที่มั่นคง เหมือนกับการวาดรูปกลางอากาศ

3dprinted-sugar-scaffold-2

นักวิจัยพบว่าไอโซมอลต์จากน้ำตาลแอลกอฮอล์สามารถใช้กับการพิมพ์แบบนี้ได้ดีและไม่ค่อยมีปัญหาเรื่องการเผาไหม้และตกผลึก จึงทำให้พวกเขาสร้างเครื่องพิมพ์ที่มีส่วนผสมที่ลงตัว อุณหภูมิของไอโซมอลต์และความดันขณะที่ปล่อยออกจากหัวฉีด รวมทั้งขนาดของรูหัวฉีดและความเร็วในการเคลื่อนที่ของหัวฉีดจะต้องพอดิบพอดี จึงจะทำให้การพิมพ์เป็นไปอย่างราบรื่นและไอโซมอลต์แข็งตัวเป็นโครงสร้างได้อย่างมั่นคง

นอกจากวัสดุและเครื่องพิมพ์แล้วองค์ประกอบสำคัญอีกอย่างหนึ่งคือโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการออกแแบบและควบคุมการพิมพ์ ทีมงานได้ร่วมมือกับผุ้เชี่ยวชาญสร้างอัลกอริทึมขึ้นมาเพื่อใช้ในงานนี้โดยเฉพาะ

ข้อได้เปรียบอีกอย่างหนึ่งสำหรับโครงสร้างพิเศษที่สร้างขึ้นมาด้วยเครื่องพิมพ์สามมิตินี้คือ มันสามารถถูกสร้างให้เป็นท่อหน้าตัดกลมขนาดเล็กจิ๋วซึ่งเมื่อน้ำตาลละลายหายไปแล้ว จะเหลือเป็นท่อกลวงเชื่อมต่อกันซึ่งสามารถใช้งานคล้ายกับหลอดเลือดสำหรับส่งอาหารในเนื้อเยื่อ หรือเป็นเส้นทางการลำเลียงของอุปกรณ์ระบบของไหลจุลภาคหรือไมโครฟลูอิดิกส์

ทีมงานกำลังพัฒนาสารเคลือบพิเศษที่ใช้สำหรับควบคุมระยะเวลาและความเร็วในการละลายของโครงน้ำตาล คล้ายกับการเคลือบยาเม็ด แม้ว่ามันยังคงต้องใช้เวลาอีกสักระยะหนึ่งก่อนที่โครงน้ำตาลนี้จะถูกใช้เพื่อสร้างอวัยวะมนุษย์หรืออุปกรณ์ทางการแพทย์อื่นๆ แต่เทคโนโลยีนี้ก็ยังเป็นความหวังและอาจเป็นความสำเร็จอีกอย่างหนึ่งของวงการแพทย์ในอนาคต

ชมตัวอย่างการพิมพ์สะพานจำลองด้วยไอโซมอลต์ในวิดีโอด้านล่าง

 
 

ข้อมูลและภาพจาก illinois.edu, futurism

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *