受熱狗堡啟發！中科院上海矽酸鹽研究所用3D列印支架，幫兔子修復受損骨骼

中科院上海矽酸鹽研究所的團隊受到受歡迎的速食－熱狗激發靈感，研究出條狀麵包+肉腸相似結構的生物陶瓷材料，讓人工骨骼與骨骼修復工程的技術有了相當大的進展。

人類的身體就像台精密的生物儀器，體內的組織與器官構造不容易被仿造。隨著3D列印（積層製造）技術發展，「仿人體研究」的侷限不斷突破，以臨床醫學內科的骨骼修復工法來說，該技術攸關人工骨骼材料的革新。

本月初，有研發團隊聲稱受到風靡全球的速食啟發，打造出「熱狗般」（Hot Dog-Like）仿生材料的結構，這項成果使得人造骨頭的支架有更好的人體適應與修復效果。

在骨骼系統的疾病與創傷治療當中，修復重大骨骼的缺損一直是現代醫學的重大挑戰，植入骨骼支架是目前最常見的修復方法。3D列印技術幫助了修復工程得以運用可分解材料製作生物支架（bioscaffold），簡化了生產時間並減少人工骨頭對使用者的副作用。

不過，除了材料的考量，還得完美仿造出原生骨骼的多層結構，這些複雜的骨質結構發揮「傳送」與「儲存」營養的作用，這也是無法用硬度極高的金屬置入體內取代人骨的原因之一。

結合3D列印技術與冷凍澆注工法，實現具備對齊的層狀微結構的類熱狗骨骼支架（HD-AKT）。

Advanced Science

隸屬中國科學院的上海矽酸鹽研究所（SICCAS）受到熱狗的結構啟發，於《先進科學》雙周刊發表使用3D列印的直寫成形術（DIW）與雙向冷凍澆注法（bidirectional freezing process）打造的「類熱狗生物材料」支架。

與以往的3D列印多孔型支架（porous scaffold）不同，傳統多孔支架至多能做到大小不一的孔洞，用來幫助骨細胞生長，分布不一的孔洞卻無法形成連續孔道結構進一步幫助循環。

 SICCAS的類熱狗生物材料（簡稱H-AKT）支架，究竟跟自歐美發跡的食物「熱狗」關聯為何？

具體而言，該支架以孔徑約1毫米的中空生物材料陶瓷管作為主體（模仿熱狗的條狀麵包），嵌入直徑小於500微米（μm）的條狀生物陶瓷棒（模仿熱狗的肉腸），這些「肉腸」由直徑約30微米的微孔均勻排列而成，構築一層層的連續孔洞構造。

調整骨骼支架中類熱狗生物調料的比例（從20％到50％），獲得不同結構的熱狗樣支架，分別以HD-20AKT，HD-30AKT，HD-40AKT和HD-50AKT命名。

Advanced Science

類熱狗支架分層結構，有效改善骨細胞生物活性

研究指出，熱狗狀的生物陶瓷支架，微米／奈米大小的分層結構對生物材料的屬性有著很大的影響，生物的骨骼就是保有自然的分層結構，足以讓組織細胞運輸和儲存營養物質。

在SICCAS為期8週的效果測試，HD-AKT被植入實驗用兔的體內，判斷其是否能有效修補兔子缺損的股骨；結果該生物陶瓷不但沒有引起發炎反應，新形成的骨骼細胞在「熱狗支架」的層狀孔道（hierarchical rods）長成新的骨組織，證明了該支架有助骨細胞增生與分化（differentiation）。

植入類熱狗骨頭支架的兔骨有良好的生物活性，在3D顯微鏡圖像中，綠、紅和白色分別代表新骨、支架和主骨。2D圖像中新形成的骨骼（紅色）長成類熱狗支架的層狀微結構（綠色箭頭）。

Advanced Science

此外，如同熱狗結合麵包與肉腸提供人們能量和營養，經過測試，HD-AKT藉由模仿熱狗的實際分層結構，強化了兔骨隨細胞的藥物與蛋白質傳遞，成功改善人工骨骼支架傳遞營養物質的潛力。

SICCAS的研究表明，類熱狗生物材料，在生物組織工程、再生醫學與藥物投用領域都有良好的的應用前景。或許人們身旁不起眼的事物，都有可能成為某項創造性工作的靈感來源。

 

 

3D列印機的未來-星艦奇航的複製機?!

據CNET報導，下一代3D列印已經轉向從《星艦奇航》（Star Trek）中獲得一些靈感。加州大學柏克萊分校的研究人員已經打造出一台名為「 複製機（Replicator) 」 的3D印表機，它利用光線及凝膠狀溶液構建固體3D物體。它與《星艦奇航》的神奇設備擁有相同的名字。

然而這個版本的複製機並不是那麼先進，但它是3D列印的一個進步。Replicator使用改變用途的數位投影機作為光源來製作比傳統3D印表機更平滑、更易彎曲和更複雜的物體。

「基本上，你只要一個現成的數位投影機（這個是我從家裡帶來的），然後你把與一台筆記型電腦連接並使用它來投影一系列電腦圖像，而電機轉動一個圓筒，圓筒中有一個3D列印樹脂。」 加州大學柏克萊分校機械工程助理教授 Hayden Taylor表示。

該投影機裝有一系列3D計算模型，它在罐子內的凝膠狀樹脂中作為一系列光圖案發出光束。

樹脂由光敏素和溶解氧組成，並在光線照射時緩慢旋轉到位。當光照射到液體中時，氧氣被耗盡，這允許樹脂內的分子形成交叉鏈接。 這些交叉鏈接是將液體變成固體的關鍵。而傳統的3D印表機通常使用分層過程。

到目前為止，該團隊使用新印表機創建了許多不同的物體，包括羅丹的《沉思者》雕塑的複製品，光滑且易彎曲的甜甜圈和下顎模型。該印表機目前僅限於生產直徑為4英吋（10.16公分）的物體，並且不會產生任何浪費 - 黏性物質可以在後續列印中重覆使用。重要的是，它還允許研究人員在預先存在的結構周圍製作3D物體。例如，團隊在樹脂內放置了螺絲刀軸，然後用他們的印表機製作了一個手把。

Taylor表示：「我認為這是一種能夠更加大規模定製物品的途徑，無論是義肢還是跑鞋。」

該研究於2019年1月31日發表在《科學》雜誌上。

把家中塑膠垃圾帶來，The New Raw 團隊幫你把 3D 列印家具帶到街上

鹿特丹研究設計工作室 The New Raw 推出的「 Print Your City 」計劃，利用 3D 列印將塑膠垃圾轉化為城市中的傢俱。最近，The New Raw 將這個計劃擴大，並與希臘塞薩洛尼基 ( Thessaloniki ) 的 Zero Waste Lab 合作，邀請大家直接將家中的塑膠垃圾帶來實驗室，設計自己專屬的街頭傢俱，然後在機械手臂和位於現場的回收設備的幫助下，用 3D 列印將成品製作出來。

有了 Zero Waste Lab 的協助，The New Raw 開啟了透過回收塑膠垃圾，讓公民一同參與公共空間轉型的可能性。而在過程中，公民又能順便認識塑膠回收的過程，更加了解循環經濟的意義與運作，並且為自己的社區設計新的傢俱，可說是一舉非常多得。

在 Print Your City 的網站中，詳細說明了整個計劃。想要參與這項計劃的人，可以透過回答一連串的問題，參與客製化街頭傢俱的設計過程，包括挑選傢俱的樣式、顏色、擺放位置以及額外功能。傢俱的形狀是根據人體工學所設計，能讓人維持最輕鬆的姿勢，而傢俱的額外功能則包含了腳踏車架、迷你健身房、樹盆、狗碗、書櫃等等，等於是將健康和環境友善的生活型態，融入傢俱當中。傢俱完成後，The New Raw 還會在傢俱上附上一個金屬標籤，註明製作傢俱時所使用的塑膠公斤數。

最初的混合傢俱原型是在 2018 年夏天列印完成，放置在塞薩洛尼基的主要濱水區步道，而自從 Print Your City 的網站在去年 12 月向大眾開放以來，已經有超過三千件設計作品，在網站上提出。在眾多可供選擇的傢俱擺放地點中，從今年 1 月起，第一個雀屏中選的地方，是塞薩洛尼基是中心的 Hanth Park。

The New Raw 計劃在整個 Print Your City 計劃期間，回收四噸的塑膠垃圾，聽起來好像很多，不過這大約只是 14 個希臘家庭的塑膠垃圾生產量，所以......除了靠 The New Raw大力、用力、努力的宣傳 Print Your City 計劃以外，要拯救我們的環境，還是要靠大家主動愛物惜物，認真資源回收啊 ！

成真的「縮小燈」！只要雷射光和尿布材料就能讓物體迅速縮成千分之一

最近，MIT研發出一種只要照雷射光，就能讓物體縮小一千倍的技術，而且這個方法在物體變小之後，還不會恢復原狀。

這張照片就是MIT研究團隊利用「內爆製造」做出的3D奈米結構，再複雜的結構對於「內爆製造」來說，都能輕鬆縮小成一千倍。

地球圖輯隊

只需要雷射光和尿布

最近，麻省理工學院（MIT）找到了一種可以迅速將物體縮小1,000倍的方法，這種方法不只快速，而且材料便宜又容易取得──只需要雷射光和聚丙烯酸（polyacrylate）──聚丙烯酸這種材料因為吸水效果非常好，通常在嬰兒尿布裡就能找到，在多數的生物工程實驗室裡也很常見。

幾乎所有材質都適用

MIT將這項技術命名為「內爆製造」（implosion fabrication），不管是金屬、量子點（quantum dot）或DNA，都能利用「內爆製造」的方式，迅速將該物體3D等比例縮小1,000倍。

負責這項研究的MIT神經網路與大腦認知科學專家波伊登（Edward Boyden）表示，科學家們已經花了數年的時間在尋找能夠更方便製造奈米材料的技術，現在有了「內爆製造」，幾乎就能讓任何材料瞬間變成3D奈米尺度。

3D奈米尺度，方法有兩種

在「內爆製造」之前，如果想要打造3D奈米尺度的材料，可以分成兩種方法。

第一種方法是利用光先在面板上蝕刻（etching）出2D平面圖案，再將2D平面層層疊起，變成3D立體結構，但這種方法既耗時又很有挑戰性。

另一種方式則是利用3D列印技術，直接「印出」奈米尺度的物體。但受限於3D列印技術上的限制，用這種方法做出來的成品只能是特定的塑膠材質，在結構上也有一定的限制。

像照到縮小燈，一起縮小

但「內爆製造」和上述這兩種方法都不一樣，「內爆製造」不是從零開始做一個奈米尺度的材料，而是先有一個物體之後，接著像照了縮小燈一樣，讓物體等比例縮小成千分之一倍，如此一來就能輕鬆製作出更精巧、又是奈米尺度的物品。

這也是MIT研究團隊利用「內爆製造」縮小而成的奈米結構。

地球圖輯隊

從手機鏡頭到機器人

關於「內爆製造」的應用範圍，研究團隊認為在光學和機器人領域可以做為「內爆製造」的第一步。例如：利用「內爆製造」打造一個專門研究光的特製鏡頭，或讓智慧型手機的鏡頭、內視鏡或顯微鏡的鏡頭變得更好、更精巧。

如果將「內爆製造」用來打造奈米尺度的電子設備或微型醫療機器人，未來在癌症治療上，或許就能在癌症藥物當中加入奈米尺度的機器人，患者將癌症藥物和奈米機器人一起吞下肚後，就能用這個機器人尋找癌細胞「對症下藥」。

以後在家就能做

由於「內爆製造」所需的材料都能輕鬆取得，所有的材料都沒有毒性，或許未來這項技術就能讓大眾在學校或家裡自行操作。