オレゴン大学は、医療用途の可能性のある蛍光構造を溶融電筆法で3Dプリントする

2024年9月28日、アンタークティックベアは、オレゴン大学の研究者が、蛍光リング分子を新しい3Dプリントプロセスに混ぜて複雑な発光構造を形成し、新しいバイオメディカルインプラントの開発をサポートしていると主張していることを知りました。この進歩により、長年の設計上の課題が解決され、体内でこれらの構造を長期間にわたって追跡および監視することが容易になり、研究者はインプラントの一部と細胞または組織を簡単に区別できるようになります。

この発見は、フィル・アンド・ペニー・ナイト・キャンパスの加速科学インパクトにあるポール・ダルトンの工学研究室とオレゴン大学人文科学学部のラメシュ・ジャスティスの化学研究室との共同研究の結果である。研究者らは、雑誌『スモール』に発表された「溶融電着書き込みに適合する蛍光体としてのシクロパラフェニレン」と題する論文で、その発見について述べている。

関連論文リンク: https://doi.org/10.1002/smll.202400882
「『これを試してみよう』と言って、すぐにうまくいったのは奇妙な瞬間だったと思います」とダルトン氏は研究が実を結んだ経緯について語った。しかし、この単純な起源の物語の背後には、2つのまったく異なる分野での長年にわたる献身的な研究と専門知識があり、最終的に融合したのだ。ダルトンの研究室は、複雑で斬新な 3D プリント形状を専門としています。彼のチームの代表的な開発は、溶融エレクトロライティングと呼ばれる技術で、これにより比較的大きな物体を非常に細かい解像度で 3D プリントすることが可能になります。

研究チームはこの技術を使用して、さまざまな生体医学的インプラントに使用できるメッシュの足場を印刷しました。このようなインプラントは、新しい創傷治癒技術、人工血管、神経再生を助ける構造など、さまざまな用途に使用できます。最近のプロジェクトでは、ジャスティ研究室は化粧品会社ロレアルと協力し、足場を使用してリアルな多層人工皮膚を作成した。
ジャスティの研究室はナノリングに関する研究で知られている。ナノリングは、環状の炭素ベースの分子であり、環状リングの正確なサイズと構造に応じて調整できるさまざまな興味深い特性を備えています。ナノリングは紫外線にさらされると明るい蛍光を発し、そのサイズと構造に応じてさまざまな色を発します。

ダルトン氏とジャスティス氏は当初、ダルトン氏が研究していた3Dスキャフォールドにナノリングを組み込むことを検討していた。これにより、構造体が光り、体内での運命を追跡し、周囲と区別しやすくなるからだ。「これはうまくいかないかもしれないと思った」とジャスティス氏は語った。
ダルトン氏は、過去にもステントを光らせる試みがあったが、成功は限られていたと述べた。ほとんどの蛍光分子は、3D プリントに必要な長時間の加熱によって分解しますが、ジャスティ研究室のナノリングは高温でもはるかに安定しています。
「ナノリングを作るのは非常に難しく、溶融物を電気的に書き込むのも非常に難しい。そのため、これら2つの非常に複雑で異なる分野を非常に単純なものに融合できたのは驚くべきことだ」と、ジャスティ研究室の大学院生、ハリソン・リード氏は語った。

オレゴン大学の研究者たちは、3Dプリントされた材料の混合物に少量の蛍光ナノリングを混ぜるだけで、持続的に光る構造を作り出すことができるということを発見した。蛍光は紫外線によって活性化されるため、通常の状態ではステントは透明に見えます。
当初の構想はすぐに実現したが、この材料を完全に理解し、その可能性を評価するには、さらに数年のテストが必要になるだろうと、ダルトン研究室の大学院生、パトリック・ホール氏は述べた。例えば、ホール氏とダルトン氏は、ナノリングを追加しても 3D プリントされた材料の強度や安定性に影響がないことを確認するために一連のテストを実施しました。また、蛍光分子を添加しても、結果として得られる物質が細胞に対して有毒にならないことも確認された。これは、生物医学的用途にとって重要であり、人間へのより本格的な使用の前に満たす必要のある重要な基準である。
研究チームは、この発光材料のさまざまな応用可能性を構想している。ダルトン氏は特にバイオメディカル分野での可能性に興味を持っているが、ジャスティス氏は紫外線下で光るカスタマイズ可能な素材はセキュリティ分野でも応用できる可能性があると述べた。彼らはこの進歩について特許を申請しており、最終的には商品化することを望んでいる。

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