پرینت سه بعدی ، ابزاری قدرتمند در نانو تکنولوژی

 پرینت سه بعدی ، ابزاری قدرتمند در نانو تکنولوژی

کدمطلب: ۹۹۰۶۰۴۰۱
در مقاله‌های پیشین، با تکنولوژی پرینت سه بعدی، مزیت‌ها و کاربرد آن در حوزه درمان آشنا شدیم.
در این مقاله به استفاده از پرینت سه بعدی زیستی در نانو پزشکی می‌پردازیم.
کاربرد چاپ سه بعدی در نانو پزشکی به استفاده از این تکنولوژی در حوزه تشخیص و درمان پزشکی اشاره دارد. با به‌کارگیری این تکنیک، می‌توان نانوساختارهای مواد اولیه خود را در اشیا پرینت شده جاسازی کرد.
همچنین می‌توان اشیا را مستقیما در رزولوشنی با ابعاد نانو پرینت کرد.
اجسام پرینت شده با رزولوشنی در ابعاد نانو، اثرات درمانی خاص و مطلوبی اعمال می‌کنند. کنترل رهش دارو با پراکندگی زمانی و مکانی بهینه، شبیه‌سازی به محیط سه بعدی محل مصرف برای بهبود عملکرد سلولی در کاربردهای مهندسی بافت و ساخت نانودستگاه‌های کوچک تشخیصی از شاخصه‌های این ترکیب پرینت سه بعدی زیستی با نانو تکنولوژی و نانو پزشکی می‌باشند.
با شتابدهنده دارویی هنام تا پایان این مقاله همراه باشید!

تکنیک پرینت سه بعدی با رزولوشن در ابعاد نانو

نانورزولوشن
با رزولوشن‌ تکنیک‌های لیتوگرافی می‌شود قلعه‌ای روی نوک مداد ساخت!

تکنیک‌های مرسوم این تکنولوژی پرینت سه بعدی زیستی مثل استریولیتوگرافی، چاپ سه بعدی تزریقی و مدلسازی ته‌نشینی گداخته به ندرت اجسامی با رزولوشن کمتر از چند میکرون تولید می‌کنند. گرچه بعضی تکنیک‌ها با پایه لیتوگرافی به نتایج خوبی می‌رسند اما آن‌ها هم به‌جای تولید ساختارهای سه بعدی پیچیده تنها قادر به تولید ساختارهایی از لایه‌های نازک دوبعدی با نسبت طول به عرض بالا هستند.

یک تکنیک جالب توجه

درحال حاضر یک تکنیک جالب توجه پرینت سه بعدی قادر به تولید اجسام در رزولوشن نانو می‌باشد. این تکنیک پلیمریزاسیون دو فوتونی (two-photon polymerization/ TPP) برپایه پرینت سه بعدی نام دارد. تکنیک چاپ سه بعدی بر پایه TPP برای تولید نانوساختارهای سه بعدی فوق دقیق از لیزر فمتوثانیه فروسرخِ نزدیک برای انجماد مواد حساس به نور استفاده می‌کند.
رزولوشن به قدرت لیزر و زمان تماس با لیزر بستگی دارد و عمدتا توسط کارایی و موفقیت در مراحل اولیه TPP مشخص می‌شود. پرینت سه بعدی بر پایه TPP به علت رزولوشن فضایی بالا در زمینه‌های مختلفی به‌کار گرفته شده است. زمان‌بر بودن مراحل تولید و کمبود مواد محلول در آب، برای استفاده در مراحل آغازین، موانعی بر سر راه استفاده گسترده از این تکنیک در پزشکی غربی محسوب می‌شوند.

چاپ سه بعدی زیستی ترکیبات نانو با کاربرد در نانو پزشکی

نانوساختار - نانو پزشکی
نانوساختارهای پرینت شده در مقیاس نانو

چاپ سه بعدی مستقیم با رزولوشن در ابعاد نانو به توسعه متدولوژی‌های پیشرفته پرینت سه بعدی بستگی دارد. به همین دلیل اضافه کردن نانومتریال به جوهرهای قابل پرینتی که با آن نانو ترکیبات سه بعدی را می‌سازیم، استراتژی فراگیرتری محسوب می‌شود. تجهیز کردن ماتریس میزبان با نانومتریال‌هایی مثل نانوتیوب‌های کربن، گرافن‌، کوانتوم دات‌ها و نانوپارتیکل‌های دیگر باعث می‌شود نانوترکیبات پرینت شده خصوصیات ماتریس بالک و خصوصیات نانوپارتیکل‌ها را همزمان داشته باشد. در یک بیان ساده، افزودن نانومتریال‌ها باعث بهبود ویژگی‌های مکانیکی، اصلاح رسانش الکتریکی و گرمایی و خصوصیات بیولوژیکی دیگر می‌شود.

چاپ سه بعدی موفقیت آمیز

برای چاپ سه بعدی موفقیت آمیز در نانو تکنولوژی پزشکی و درمانی، نانومتریال‌ها جوهر باید قابلیت پرینت بالا، پتانسیل ایجاد رزولوشن بالا و همچنین کاربری راحتی داشته باشد.برای رسیدن به بهترین عملیات پرینت و داشتن تکرارپذیری، علاوه‌بر درنظر داشتن موارد بالا باید به خصوصیاتی مثل ویسکوزیته، پایداری و درجه تر شوندگی هم توجه داشت.
بزرگترین چالش در مسیر پرینت نانومتریال‌ها تراکم و رسوب آن‌ها در جوهر پرینت می‌باشد.
به همین دلیل معمولا برای پرینت نانومتریال‌ها مراحل پایدار سازی جوهر برای یکنواخت سازی پراکندگی نانومتریال‌ها، مثل افزودن عوامل پایدار کننده، ضروری تلقی می‌شوند.

پرینت سه بعدی داربست‌ها با ساختمان نانو برای مهندسی بافت

بافت‌ها و ارگان‌های طبیعی درون محیطی از ماتریس خارج سلولی با ساختار نانو احاطه شده‌اند. درنتیجه نانومتریال‌ها ابزارهای جالب توجهی در دستکاری داربست‌های مصنوعی برای پیوند موفق بافت؛ به شمار می‌روند. با جاسازی نانومتریال‌ها درون ساختارهای پرینت سه بعدی می‌توان همزمان روی شکل داربست کنترل داشت و پارت دیمنشن‌ها را دستکاری کرد؛ مثلا ساخت سطوحی که ساختمانی از نانو دارد.

الحاق نانومتریال ها

ملحق شدن نانومتریال‌ها با تغییر خصوصیات بیولوژیکی، مکانیکی، گرمایشی و الکتریکی داربست باعث بهبود عملکرد سلولی و تسریع ساخت بافت‌های جدید می‌شود. وقتی داربست‌های پرینت سه بعدی با ترکیبات نانو در محیط in vivo استفاده می‌شوند؛ علاوه‌براینکه نانومتریال‌ها به احیای بافت کمک می‌کنند، شکل داربست نیز منطبق با نیازمندی‌های خاص بیمار می‌باشد. بیشتر نانومتریال‌ها با فراهم کردن نانورابط‌های زیستی مناسب و تمدید عملکرد طبیعی ماتریس خارج سلولی در چند نسل، رشد و تمایز سلولی را تنظیم می‌کنند. به‌ بیان دقیق‌تر، نانورابط زیستی درون نانوترکیبات پرینت سه بعدی روی فعل و انفعالات میان سلول‌ها و ماتریس خارج سلولی تاثیر می‌گذارد. این فعل و انفعالات چسبندگی، تکثیر و تمایز سلولی را تعیین و شکل‌گیری بافت را مشخص می‌کنند.

نانو داربست ها

نانو داربست‌های پرینت شده علاوه‌بر ترمیم بافت‌های آسیب دیده می‌توانند در محیط in vitro و مدل‌های بافت یا ارگان برای مطالعه پیشرفت بیماری و کشف داروهای جدید استفاده ‌شوند. مدل‌های مهندسی شده سه بعدی در محیط in vitro با سلول‌ها و نانوماتریس خارج سلولی همراه با ترکیبات زیستی دیگر یک محیط بیولوژیکی مشابه بدن را شبیه‌سازی می‌کنند. این مدل مهندسی شده in vitro از محیط in vivo سیستم بدن تقلید می‌کند. این کار نیاز به مدل‌های حیوانی را درحین تحقیقات کمتر می‌کند.

پرینت سه بعدی در فارماسیوتیکس و دارو رسانی نانو تکنولوژی

چاپ سه بعدی درمقایسه با اشکال دارویی جامد مرسوم که تنوع دوز محدودی دارند، تولید اشکال دارویی با دوزهای دارویی متنوع و شخصی‌سازی شده را ممکن می‌کند. شخصی‌سازی داروها هدف بلند مدتی در حوزه درمان بود و از سال‌ها پیش دنبال می‌شد. شخصی‌سازی داروها با نانو تکنولوژی بزرگترین مزیت را برای کودکان و افراد سالمند دارد.
چرا که عملکردهای فیزیولوژیک و متابولیک کودکان به‌سرعت درحال تغییر است.
سالمندان اغلب با بیماری‌های زمینه‌ای مختلف و اختلالات گوارشی و کلیوی درگیر هستند.

در همین رابطه در هنام بخوانید: نقش پرینت سه بعدی در تحقق شخصی‌سازی داروها

دارورسانی

ترکیب پرینت شده نانوسوسپانسیونِ نانوپارتیکل‌های دارو علاوه‌بر شخصی‌سازی کردن مشکلات حلالیت در داروهای کم محلول‌ را نیز حل می‌کند. ظاهرا ۴۰% از داروهای جدید که توسط غربالگری شناسایی شده‌اند، حلالیت کمی در آب دارند. درنتیجه از فراهمی زیستی خوراکی پایین و جذب نوسانی برخوردار هستند. روش‌های مختلفی برای افزایش فراهمی زیستی و جذب خوراکی داروهای جدید بررسی شدند اما نتایج رضایت بخش نبودند.
نانوپارتیکل‌های دارویی ترکیبات جامد خالص دارویی درسایز کوچک هستند. این ترکیبات استراتژی دارورسانی موفقی برای بهبود فراهمی زیستی و افزایش تماس دارو در اشکال دارویی خوراکی و پوستی محسوب می‌شوند. درنتیجه اضافه کردن نانوپارتیکل‌ها به مراحل پرینت سه بعدی در توسعه دارورسانی شخصی‌سازی شده و دارورسانی داروهای کم محلول نتایج مطلوبی دربر خواهد داشت.

چاپ سه بعدی نانودستگاه‌های تشخیصی

سنسور گرافن - نانو پزشکی
سنسور پرینت شده از جنس گرافن

بسیاری از نانومتریال‌های حوزه نانو تکنولوژی مثل کربن نانوتیوب‌ها، گرافن و نانوپارتیکل‌های فلزی قدرت رسانش مخصوص به خود را دارند. با درنظر داشتن این خصیصه می‌شود از آن‌ها برای پرینت بخش‌های الکترونیکی در توسعه نانو دستگاه های تشخیصی جدید استفاده کرد. یکی از محبوب‌ترین زمینه‌های تحقیقاتی در این بخش توسعه سنسورهای الکترونیکی برای پایش حیات سلول یا بافت می‌باشد. این سنسورها استفاده گسترده‌ای در حوزه‌های تحقیقاتی و بخش‌های مختلف بالین مثل انکولوژی، نوروبیولوژی و فارماکولوژی دارند.
این سنسورها پایش زنده و مستقیم سلول‌های دارای حیات را ممکن می‌سازند.

پلتفرم رایج

اگرچه رایج‌ترین پلتفرمی که در این روزها استفاده می‌شود، پلتفرم سه الکترودی، مراحل استفاده طولانی دارد.
در این فرآیند باید سلول‌ها را جدا کرد و به سطح الکترود متصل کرد. طی انجام این مراحل پاسخ سلولی و نسبت سیگنال به نویز کاهش می‌یابند. با کمک این تکنولوژی ما قادر به ساخت یک سیستم حسی پیشرفته سه بعدی هستیم. در این سیستم الکترودهای حسی به صورت عمودی در پشت چیپ قرار می‌گیرند و سنسورها در تماس نزدیک با سلول یا بافت درحال آزمایش قرار می‌گیرند. همچنین با تجهیز پرینت سه بعدی به نانورزولوشن، سیستم حسی در مقیاس میلی‌متر یا میکرون خواهد بود.
در این حالت مشکلات سیستم‌های بزرگ مثل محدود کردن انتشار را نخواهیم داشت.

چالش‌ها و چشم‌انداز آینده پرینت سه بعدی زیستی

با وجود اینکه پرینت سه بعدی زیستی پتانسیل بالایی در نانو پزشکی دارد، اما چالش‌هایی هم در مسیر آن وجود دارند. برای رسیدن به رزولوشن پرینت در مقیاس نانو باید تجهیزات و متودولوژی‌های پرینت توسعه پیدا کنند. درعین حال محققان باید در گسترش محصولاتی که با کاربرد پرینت سه بعدی در نانوپزشکی تولید می‌شوند بکوشند. این‌کار همچنین نیازمند تلاش بیشتری برای یافتن بایومتریال‌های قابل پرینت می‌باشد. این بایومتریال‌ها برای کاربرد در پزشکی باید علاوه‌بر داشتن قابلیت پرینت پذیری بالا، زیست سازگار هم باشند. در پرینت نانوترکیبات برای جلوگیری از تشکیل لخته‌های بزرگ از نانومتریال‌ها، باید فرایندهای پایدارکننده با دقت بالایی انجام شوند.
درنهایت برای فعال کردن اشیا پرینت شده به انجام فرایندهای پس از پرینت هم نیاز خواهد بود.

شتابدهنده دارویی هنام فارمد، آماده پذیرش طرح‌ها و ایده‌های استارتاپی شما در حوزه توسعه فناوری پرینت سه بعدی، پرینت سه بعدی زیستی و نانوتکنولوژی است. کافیست وارد وبسایت شده و ایده خود را ثبت کنید.
از صفر راه اندازی استارتاپ تا صد رسیدن به درآمد و صادرات همراه شما هستیم.
شرکت شتابدهنده دارویی هنام فارمد

منابع

?How can 3D printing be a powerful tool in nanomedicine

تبلیغات دیجی کول

مرضیه نظری

من مرضیه هستم، دانشجوی داروسازی ورودی ۹۵ دانشگاه آزاد تهران.به عقیده من ما در برهه ای هستیم که قراره شاهد آغاز تغییرات زیاد و نقش پررنگ استارت آپ ها و شتاب دهنده ها در حوزه های دارویی تو کشورمون باشیم. من سال هاست در زمینه زبان انگلیسی فعالیت می کنم و امیدوارم بتونم با کمک این توانایی اخبار خارجی استارت آپ های برجسته و تغییرات دنیای امروز رو به خوبی به شما منتقل کنم. پس با ما باشید تا ببینیم تو دنیا چی میگذره!

Write a Review

پیشنهاد می‌کنیم این‌ها را هم بخوانید:

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *