“生物打印机”团队制作了可以用来打印生物组织并且能够快速高效进行实验室研究的3D打印机,未来可以用于打印移植器官。大学生们的研发项目进入了“Start-up圣彼得堡国立大学2021”比赛的决赛。

两个挤压机和内部净化器

世界上有很多3D生物打印机公司,但是在俄罗斯还没有一个公司进行大量生产。现有的型号都非常昂贵,而且这些型号基本上都只有一个挤压机,这是用于进行打印的装置。大多数的生物组织都无法通过这种方法进行精确打印。圣彼得堡国立大学的学生决定自主制作带有两个挤压机和基础功能的打印机,用于完成不同的目的。

对于打印生物材料来说,空气的清洁度非常重要,因此在实验室中使用了专门的超净台用于创造干净的环境。为了简化工作,我们决定将这一功能添加到打印机的打印区。这样一来,就可以把打印机放在一般的工作台上,且不需要进行专门的准备工作就可以开始打印。

生物打印机”团队队长,物理学方向二年级硕士生帖木儿·阿米涅夫

这样研究的另一个优点是价格低。目前,只有一小部分实验室可以买到昂贵的生物打印机,并根据自己的需求进行改装。而且,这些设备还只能从国外购买,而当设备发生故障,必须返厂维修。这就会占用大量时间,提升了设备的成本。为了解决这一问题,大学生们自主设计打印机并研发软件。据队长帖木儿·阿米涅夫所说,一些小型的实验室可以使用“低配版”的3D生物打印机:项目成员预计,设备价格大约在30万卢布,这比现有的同类产品的价格低好几倍。

用生物聚合物代替塑料

3D生物打印机和一般的3D打印设备的主要区别是所使用的材料:挤压机使用生物材料和生物聚合物代替塑料,因此可以制作生物组织(比如在火灾中受损的人体皮肤),而在未来可以打印用于移植的完整器官。

“我们的项目有两个配置供选择:一个是功能最全的,一个是价格最便宜的。我们把第二种带有全部必备选项的打印机样品作为Start-up项目。现代实验室可以使用它来‘培养’组织并进行更加精确的研究。对此,我们使用了多功能的结构,挤压机也是我们自己制作,从而降低成品的成本”,生物打印机”团队队长,物理学方向二年级硕士生帖木儿·阿米涅夫提到。

团队在比赛中提供的测试样机中使用了两个不同类型的打印挤压机。带有两个热处理区的活塞式挤压机将进行生物物质的打印,而注射式挤压机则产生细胞悬浮液。也就是说,一个材料由另一个材料进行补充。通过这种打印方法,悬浊液从针孔直径非常微小的喷射器中流出,形成滴剂。之后,喷射器进行表面处理工作,滴剂留在表面,而喷射器转到另一个点时,再次重复这一过程。这样,细胞就进入了活塞式挤压机打印的生物材料骨架中。这种方法可以打印出更多的样品,从而提高研究速度。

对研发的兴趣

制作3D生物打印机的想法大约是在两年前产生的。圣彼得堡国立大学“项目工匠”提供可制作第一个模型的资金。去年,这些创业者就参加了Start-up比赛,但是没能通过初选。现在,经过完善的项目让他们进入了决赛,角逐用于发展项目的一百万卢布。

此外,该团队还与俄罗斯国家科学院细胞学研究所进行合作。为了通过科学组织找到合作伙伴,这些研发人员制作了打印机模型,分别寄送到圣彼得堡一些从事3D打印的实验室。细胞学研究所进行了回应并表示出对圣彼得堡国立大学大学生研发项目的兴趣,他们的生物打印机在未来能够帮助制作和研究人造软骨组织。

项目创始人指出,借助一台3D打印机来处理生物材料并制作器官是不够的。比如,制作人造皮肤这样的样品需要非常严格的工作条件:比如干净的空气、无菌储存以及仔细小心的生产。

圣彼得堡国立大学学生的研发项目可以帮助从事较为简单任务的实验室,比如研究培养皿中培育出的组织的形状。这样的组织可以在打印机上进行打印,并且可以进行更加精确和快速的研究。因此,可以对生物打印机进行完善,并在将来打印用于临床的器官和组织。

 “生物打印机”项目团队成员:

  • 帖木儿·阿米涅夫—圣彼得堡国立大学物理学方向二年级硕士生,负责打印机设计和团队工作
  • 瓦西里·库图佐夫—圣彼得堡国立大学物理学方向一年级硕士生,负责电子设备研发和打印机固件编辑
  • 彼得·图尔琴科—圣彼得堡国立大学物理学方向一年级硕士生,负责配件购买和打印机组装,以及系统测试
  • 亚历山大·科瓦里丘克—圣彼得堡国立大学应用数学和信息学方向三年级本科生,负责微控制器和软件研发
  • 波琳娜·茹库诺娃—俄罗斯联邦政府财政金融大学和俄罗斯普列汉诺夫经济大学世界经济学专业毕业生,圣彼得堡国立大学生物学方向一年级本科生,负责市场营销和商业分析

“Start-up圣彼得堡国立大学”已经举办六届。最具科学水平和商业前景项目的队伍将获得圣彼得堡国立大学捐赠基金会提供的奖金。第一名获得30万卢布,第二名获得20万卢布,第三名获得10万卢布。此外,还将有两支获胜队伍可以和圣彼得堡国立大学一起成立小型创业公司。发展资金分别为100万卢布和70万卢布。关于“Start-up圣彼得堡国立大学2021”比赛的详细信息可浏览圣彼得堡国立大学捐赠基金会网站