近期，澳大利亚新南威尔士大学悉尼分校的研发人员表示，已经开发出一种能够直接在人体器官上3D打印生物材料的微型手术机器人机械臂。该装置目前被称为F3DB，可以像内窥镜一样进入人体，将生物材料输送到内部器官和组织的表面，并进行3D打印。
新南威尔士大学的研究人员公布了一款名为F3DB的原型设备——一款灵活、柔软、用于3D生物打印的手术机械臂。该设备可以直接将活体细胞3D打印到内部器官上，并有可能被用作多合一的内窥镜手术工具。
新南威尔士大学医疗机器人实验室的博士Thanh Nho Do与他的博士生Mai Thanh Thai共同研发，Nigel Lovell教授、Hoang-Phuong Phan博士和Jelena Rnjak-Kovacina副教授合作完成了这项研究，该研究发表在Advanced Science期刊上。
F3DB可以像内窥镜一样进入人体，直接将多层生物材料输送到内部器官和组织的表面。F3DB有一个高度可操作的旋转头，用于打印生物墨水。它与又长又灵活的机械臂的末端相连，机械臂由外部控制。
研究人员认为，在五到七年内，随着进一步的发展，医疗专业人员可以利用他们的技术，通过小的皮肤切口或自然孔道进入身体内难以到达的区域。研究人员已经在一个人造结肠内进行了早期测试。他们还在猪的肾脏表面3D打印了各种具有不同形状的材料。
▲新南威尔士大学悉尼分校研发的微型柔性3D生物打印机能够在猪的肾脏表面3D打印出各种不同形状的材料
一、传统3D生物打印机的局限性
Thanh Nho Do博士表示，该方法解决了现有3D生物打印机的局限性，如表面不匹配和结构损坏等。F3DB为精确的3D伤口重建提供了新的方向，有望用于胃壁损伤或结肠损伤等疾病的治疗。
凭借灵活的机身，该原型机可以在狭窄和难以触及的空间内3D打印各种生物材料。
此外，他还表示：“现有的3D生物打印技术需要在体外制作生物材料，而将其植入人体内通常需要进行大型的开放手术，这就增加了感染风险，我们灵活的3D生物打印机意味着生物材料可以用一种微创的方法直接送入目标组织或器官。”
F3DB的直径与目前商业化的治疗用内窥镜相似，约11-13毫米。该设备尺寸足够小，可以进入人类的胃肠道中。研究人员表示，他们将继续缩小机械臂的尺寸。
Nigel Lovell教授表示：“目前，还没有商业上可用的设备能够在离皮肤表面较远的内部组织或器官上进行原位3D生物打印。其他一些概念验证模型已经提出，但它们比较僵硬，在身体内部复杂和狭窄的空间使用起来也很困难。”
二、F3DB软体机器人装置的特点
F3DB包括一个直接安装在软体机器人手臂顶端的三轴打印头。头部具有柔软的人工肌肉，可以在三个方向上移动。
软体机械臂使用液压系统来弯曲和扭曲。研究人员可以调整机械臂的长度，并通过各种弹性管和织物对其硬度进行微调。
研究人员称，他们可以对喷嘴进行编程，以打印出预先确定的形状。在需要时，它也可以手动操作，进行更复杂的生物打印。该团队引入了一个基于机器学习的控制器来协助打印。
为了证明可行性，新南威尔士大学团队在打印完成后测试了活体生物材料的细胞活力。实验表明，该过程对细胞没有影响。大多数细胞在打印后是活的，并在接下来的七天里继续生长。研究人员在打印一周后观察到细胞的体积增长了4倍。
三、多合一内窥镜手术平台
研究人员称，F3DB可以成为一个多合一的内窥镜手术平台，能够进行一些癌症的切除手术（如结直肠癌）。而机械臂的打印头可以作为一种“电动手术刀”来操作，以标记和切掉癌症病灶。医生还可以通过喷嘴将水引入手术部位，清理血液和多余的组织。
以上功能已经在猪的肠道上得到了验证。
Mai Thanh Thai称：“与现有的内窥镜手术器械相比，F3DB将成为一款多合一的内窥镜，减少手术过程中器械的更换，有利于降低感染风险，节约手术时间。”
下一阶段，团队计划对活体动物进行体内试验。该技术已经获得临时专利，并计划引入更多功能，如加入集成摄像头和实时扫描系统，以对体内组织进行三维断层扫描和重建。
