研究:制作适合人类的人造心脏——用聚焦旋转射流旋转，而不是3D

多年来，科学家们推测，心脏的螺旋结构和复杂的肌肉组织能更有效地将血液泵入全身。由于在人工心脏中难以复制如此复杂和错综复杂的细节，研究这种现象被证明是困难的。

然而，在一项发表在科学在美国，一个由来自多个机构的研究人员组成的团队联合起来，利用一种新的、更先进的方法来制造人工组织和器官。这个团队包括匹兹堡大学斯旺森工程学院的助理教授刘启汉。

“制造模仿生物组织的材料是一个巨大的制造挑战，”刘说。“生物组织由各种复杂的空间变化排列的微/纳米纤维组成。的安排自然是如何规划这些纤维的丰富的机械行为生物组织．然而，目前还没有一种制造工具可以捕捉这种复杂的排列。虽然常见的3D打印方法可以轻松实现复杂的纤维排列，但3D打印无法打印出与组织工程相关的纳米纤维吞吐量。虽然现有的纳米纤维纺丝技术(如静电纺丝)可以生产出量产水平的高通量纳米纤维，但复杂的纤维排列尚未实现。”

因此，研究人员提出了聚焦旋转射流纺丝工艺。FRJS是一种利用离心纺丝快速形成纤维的增材制造方法。纤维随后被聚焦、对齐，并在受控气流中沉积到目标位置。通过使用气流，该方法可以同时操作数千个微/纳米纤维，确保了高吞吐量。通过特殊设计的气流，FRJS可以制造出比现有方法更复杂的3D纤维结构。

研究人员将他们的方法与另外两种制造人造器官和组织的方法进行了比较:3D打印和纤维纺丝。虽然3D打印技术继续为人造器官的发展做出重大贡献组织，研究人员反驳说，3D打印需要太长时间才能达到FRJS所能提供的细节和复杂性。

另一种目前使用的方法是纤维纺丝，它允许更快的生产，但没有FRJS那么多的细节和复杂性。因此，研究人员将FRJS作为一种以更及时的方式进行更复杂创作的方法。

为了在这种情况下展示FRJS的可能性，研究人员使用该过程创建了样本，包括一个全尺寸纤维人类心脏模型，以显示制造复杂3D结构的能力，一个三层双室心室模型，以显示捕获生物组织中复杂纤维排列的能力，单层心室与大鼠、猫、人和12000磅的小须鲸大小，以显示制造过程的可扩展性。研究人员还展示了FRJS创建的这些模型如何被用来理解心脏内螺旋细胞排列的功能。

然而，这些示例只是FRJS的一个展示。

“这篇论文只是用这种方法所能做的一个示范，真的，”刘说。“天空是极限。”

刘说，在未来，FRJS可以用于重建血管软骨和其他纤维增强组织。这将为在机器人、工程等领域模仿生物组织提供无数的可能性。用FRJS制成的纤维增强复合材料甚至可以用更轻的纤维增强材料建造汽车和飞机，这种材料使用优化的纤维排列来更好地处理负载。

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