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中山大學(xué)周建華、黃璐團(tuán)隊(duì) AFM:人工智能輔助高通量篩選水凝膠結(jié)構(gòu)打印條件,用于加速糖尿病傷口愈合
2022-07-18  來(lái)源:高分子科技

  優(yōu)化打印條件以得到具有高幾何均一性的支架在生物3D打印中至關(guān)重要。現(xiàn)在,打印具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的均勻支架依然是具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題,對(duì)打印參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化通常依賴于操作者的先驗(yàn)知識(shí)以及大量繁瑣的驗(yàn)證試驗(yàn)。另外,隨著生物墨水種類以及支架幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性的大量增加,傳統(tǒng)的優(yōu)化策略可能將滿足不了要求。因此,迫切需要發(fā)展一種新的用于快速篩選打印條件的策略,以促進(jìn)得到最佳的打印條件和產(chǎn)品質(zhì)量。


  近期,中山大學(xué)周建華教授、黃璐助理教授生物醫(yī)學(xué)傳感及微流控技術(shù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Yu Shrike Zhang教授團(tuán)隊(duì)提出了一種人工智能輔助的高通量印刷條件篩選系統(tǒng)(AI-HTPCSS該系統(tǒng)由可編程氣動(dòng)擠壓生物打印機(jī)和人工智能輔助圖像分析算法兩部分組成(圖1A)。基于AI-HTPCSS,得到了打印海藻酸鹽-明膠墨水的不同相圖(圖1B1C)并用于優(yōu)化生物3D打印參數(shù),其中包括打印壓力、噴嘴移動(dòng)速度和打印距離。基于優(yōu)化條件,打印了不同結(jié)構(gòu)的3D網(wǎng)格狀水凝膠支架(圖1D),優(yōu)化的打印條件下的結(jié)果顯示出了良好的與數(shù)字模型匹配的一致性,并且對(duì)應(yīng)著更好的機(jī)械性能。為了更進(jìn)一步驗(yàn)證支架的生物性能,實(shí)施了體內(nèi)與體外實(shí)驗(yàn),證明了優(yōu)化條件后打印的支架能加速糖尿病傷口的愈合。 


AI-HTPCSS用于快速篩選優(yōu)化擠出生物打印條件,對(duì)于特定的生物打印機(jī)和生物材料墨水組合的的示意圖


  在這項(xiàng)工作中提出的AI-HTPCSS為快速篩選某種特定生物打印機(jī)和生物材料墨水組合的最佳打印條件提供了一個(gè)通用平臺(tái),對(duì)3D生物打印組織工程支架和可能負(fù)載細(xì)胞的組織結(jié)構(gòu)的制造具有指導(dǎo)價(jià)值。該工作以題為“Artificial Intelligence-Assisted High-Throughput Screening of Printing Conditions of Hydrogel Architectures for Accelerated Diabetic Wound Healing”發(fā)表在《Adv. Funct. Mater.》(Adv Funct Mater 2022, 2201843)上。文章第一作者是中山大學(xué)碩士陳柏岐。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、深圳市科技計(jì)劃和中央高校基本科研專項(xiàng)資金的支持。


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202201843

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