从患者血液中提取3D打印个性化微机械的简易策略——衍生生物材料
从患者身上采集的血液可以被快速和稳健地处理以获得血浆、白蛋白和血小板裂解物
我们使用这些生物大分子来制备包含光敏剂rose bengal和磁性氧化铁纳米粒子的微制造前体混合物，用于无线供电和控制
然后通过基于双光子聚合的三维打印来实现微机械的计算机辅助设计
在3D打印过程中，我们在垂直于微机械旋转轴的方向上施加均匀的磁场B→场，通过将磁性纳米粒子组装成定向链来最大化净磁化强度
信用:科学进展，10
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abh0273 无线微机械已经扩大了在生物医学中的应用范围，尽管它们相对于最小生物相容性的风险需要降低
大多数材料在生理环境中本质上不是生物相容的
在科学进展发表的一份新报告中，哈坎·塞兰和一个物理智能、生物医学工程和医学领域的国际研究团队提出了一种个性化的方法，将患者血液来源的生物材料作为影响生物相容性的基本结构
Ceylan等人
利用血浆、血清白蛋白蛋白和血小板裂解物的磁性纳米复合材料开发了3D打印多响应微锥和微收集器，它们对时变磁场做出响应，用于控制货物的递送和释放
蛋白质织物还允许酶降解，以降低长期毒性的风险
由此产生的产品可以影响未来许多由自体生物材料制成的医疗机器人和设备的发展，以提高生物相容性和生物医学应用中的智能功能
无线微机械 移动和无线微机械对于医学中的靶向治疗是微创的
尽管它们有先进的设计、制造和远程控制，但它们的相互作用动力学通常是未知的
因此，长时间在人体内部署这种微机械会带来相当大的安全风险，因为会阻碍消除产品的努力
消除依赖于建筑材料、暴露时间和工程设计，它们可以激活体内的防御级联
为了最小化细胞毒性和免疫反应的风险，Ceylan等人
提出了一种个性化的方法，患者血液衍生的生物大分子形成生物相容的微机械
微机械开发的个性化策略可以影响未来各种医疗机器人和设备的设计，以增强生物相容性和智能功能
概念和制造过程 在实验过程中，Ceylan等人
专注于血液成分，如血浆、白蛋白和血小板裂解物，以开发微机械
利用基于双光子聚合的三维打印，该团队制造了各种具有复杂特征的医疗微机械
这些方法允许具有亚微米特征的高度复杂的三维计算机辅助设计
科学家们通过制造一种由玫瑰红和磁性氧化铁纳米粒子组成的前驱混合物，从血液采集材料中开发出微机械
然后，他们将这种制造方法应用于常见且有前景的医疗微机械设计，包括单螺旋微锥和微观长度尺度的微锥
该团队在3D打印过程中优化了激光强度，并开发了具有不同激光强度的双螺旋微锥阵列，然后在荧光显微镜下观察它们，以观察高保真打印过程
基于磁力矩的微机械驱动和转向
不同设计的白蛋白微锥的游动轨迹和步出频率:(1)单螺旋微锥，(2)双螺旋微锥，和(3)微锥
通过逐步增加致动频率来确定失步频率
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abh0273 操纵微机械的磁驱动和生物降解性能 Ceylan等人
将旋转磁场与安装在倒置显微镜上的定制设计的亥姆霍兹线圈电磁系统结合使用，观察单螺旋和双螺旋微结构如何基于其不对称的身体形状将旋转运动转化为平移运动
同时，基于与表面的非滑动接触，微滚筒将旋转转换为方向移动
通过增加加载到微机械中的磁性纳米粒子
促进了微机械的快速移动
除此之外，医疗微机械的生物降解性也是装置长期生物相容性的一个重要方面
例如，在移植微机械后，它们应该理想地溶解在无毒的可溶性化合物中，因为长期存在不可降解的微机械会导致慢性炎症
为了实现这一点，Ceylan等人
使用胰蛋白酶作为模型蛋白酶，或降解酶，以了解微机械的酶降解性
科学家们记录了降解机制，并观察了白蛋白微锥在各种胰蛋白酶浓度下如何经历快速膨胀，随后其组成水凝胶网络完全溶解
细胞毒性和酸碱度响应形状记忆行为 白蛋白微球的酶促降解
(一)在胰蛋白酶的存在下，在延时弥散性血管内凝血成像下观察到的酶降解，其浓度与37℃时的胰液相当
(二)在微锥织物完全塌陷之前的降解过程中，白蛋白微锥的尺寸增加
(丙和丁)白蛋白微球降解产物的生物相容性通过暴露的骨髓间充质干细胞在24小时的生存力来评估
(三)代表性钙黄绿素乙酰氧基甲基酯/乙锭同二聚体-1-暴露的骨髓间充质干细胞的荧光染色图像
(四)根据定量的细胞内5′-三磷酸腺苷量评估暴露的骨髓间充质干细胞的生存能力
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abh0273 该团队通过将细胞暴露于白蛋白微锥和酶降解，进一步研究了微机械的生物相容性
细胞毒性试验检测了细胞膜的完整性和代谢活性，以表明敏感的干细胞如何不引起急性毒性反应
由于蛋白质还含有多种氨基酸和羧酸基团，它们可以相对于环境pH动态改变质子化状态，Ceylan等人
研究了在2
并记录了当pH值恢复到其原始值时白蛋白微锥如何表现出形状记忆行为
这些产品表现出双向形状记忆行为，在微环境中可能出现的生理相关的极端酸碱度变化下表现出稳定性和鲁棒性
牛血清白蛋白、小鼠血浆和人血小板裂解物的3D打印微机械
(一)用于制造白蛋白微锥的系统变化激光强度的彩色编码分配
(二)用差分干涉对比成像技术评估三维打印白蛋白微锥的结构质量
(三)作为所用激光强度的函数测量的微锥长度
三维打印白蛋白基微机械的弥散性血管内凝血和荧光图像
(六)鼠标等离子体微机械的制造策略
3D打印血浆和血小板裂解物微锥的弥散性血管内凝血和荧光图像
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abh0273 刺激响应货物放行 医疗微机械的药物输送应用也需要按需和靶向治疗释放
例如，对外部触发和环境变化具有响应性的智能材料系统可以改善受控货物放行
因此，对酸碱度和酶敏感的基于蛋白质的微锥作为环境敏感的药物输送和释放平台
作为概念的证明，Ceylan等人
将荧光小分子药物类似物和深红色染料加载到白蛋白微锥的多孔网络中，然后通过探测微锥中相对于pH变化和生理微环境中酶降解的荧光强度来测试分子的释放
该团队确定了对酸碱度和蛋白酶的固有响应，为特定的生物医学应用定制个性化的微机械
以这种方式开发的个性化机器人材料可以影响许多具有改善的生物相容性的医疗机器人和设备的设计
刺激响应型形状记忆白蛋白微锥
(一)对酸碱度敏感的白蛋白微球
(二)微锥的体积膨胀率与酸碱度的关系
溶胀比标准化为pH 7时的初始体积
(三)微锥对酸碱度变化的双向形状记忆行为
(四)酸碱度刺激，身体肿胀驱动药物从白蛋白微锥释放
(五)胰蛋白酶刺激的微锥两步药物释放动力学
pH 7时胰蛋白酶介导的货物释放动力学
(G)载药微锥的代表性荧光图像，显示药物通过酶促降解完全释放
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abh0273 观点 通过这种方式，哈坎·塞兰和他的同事开发了一种新的基于蛋白质的微机械，具有对酸碱度敏感和酶降解的特性
他们以可接受的安全水平装载氧化铁纳米粒子作为微机械的磁传感器
这项研究旨在最大限度地提高材料的生物相容性，同时承认由于其合成结构，逃避免疫系统的挑战
进一步的研究将有助于他们在病理生理学背景下防止吞噬微机械
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