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就像把鸡蛋和面粉搅拌成煎饼一样，俄勒冈大学的研究人员将荧光环状分子混合到一种新颖的3D打印工艺中。结果是：复杂的发光结构支持新型生物医学植入物的发展。这一进展通过使这些结构更容易在体内跟踪和监测，解决了一个长期存在的设计难题，使研究人员能够轻松区分植入物和细胞或组织。这一发现源于菲尔和潘妮·奈特科学影响加速校园的保罗·道尔顿工程实验室和俄勒冈大学艺术与科学学院拉梅什·贾斯蒂化学实验室之间的合作。
研究人员在今年夏天发表在《小》杂志上的一篇论文中描述了他们的发现。“我认为这是我们其中一个奇怪的时刻之一，当我们说，’让我们试试吧，’几乎立即起作用了，”道尔顿说。但在这个简单的起源故事背后，是两个非常不同领域多年专业研究和专业知识的积累，最终他们走到了一起。道尔顿的实验室专门研究复杂的新型3D打印形式。他的团队标志性的发展是一种称为熔融电写的技术，该技术可以以非常细的分辨率打印相对较大的物体。
使用这种技术，团队已经打印出可以用于各种生物医学植入物的网状支架。这些植入物可以用于从新的伤口愈合技术、人工血管到帮助再生神经的结构等多种应用。在最近的一个项目中，实验室与化妆品公司欧莱雅合作，使用这些支架创建了一个现实的多层次人工皮肤。与此同时，贾斯蒂的实验室因其在纳米环方面的工作而闻名，这是一种具有多种有趣特性并且可以根据环形箍的精确大小和结构调整的碳基分子。
纳米环在紫外光照射下会发出明亮的荧光，根据其大小和结构发出不同颜色。如果不是因为道尔顿是俄勒冈大学的新教授，渴望建立联系和结识其他教员，在一次随意的对话中，他和贾斯蒂讨论了将纳米环结合到道尔顿已经在工作的3D支架中的想法，这两个实验室可能会一直各自为政。这将使结构发光，这一有用的特性将使它们在体内易于跟踪并将其与周围环境区分开来。“我们认为它可能不起作用，”贾斯蒂说。但它确实很快就成功了。
道尔顿说，过去人们曾尝试使支架发光，但几乎没有成功。大多数荧光分子在他3D打印技术所需的长时间热暴露下会分解。贾斯蒂实验室的纳米环在高温下更为稳定。尽管这两个团队可能会让他们的技术看起来很简单，“制作纳米环真的很难，而熔融电写真的很难做到，所以我们能够将这两个非常复杂和不同的领域融合成一个非常简单的东西，这真是不可思议，”贾斯蒂实验室的研究生哈里森·里德说。
研究人员发现，将少量荧光纳米环混合到3D打印材料混合物中会产生持久发光的结构。因为荧光是由紫外光激活的，所以支架在正常条件下仍然看起来是透明的。尽管最初的概念很快就起作用了，但经过几年的进一步测试才全面探索材料并评估其潜力，道尔顿实验室的研究生帕特里克·霍尔说。例如，霍尔和道尔顿进行了大量测试，以确认添加纳米环不会影响3D打印材料的强度或稳定性。
他们还确认了添加荧光分子不会使生成的材料对细胞有害，这对生物医学应用非常重要，这是其向人类应用迈进之前需要达到的关键基线。团队设想了他们创建的发光材料的多种可能应用。道尔顿特别对生物医学潜力感兴趣，但一种在紫外光下发光的可定制材料在安全应用中也可能有用，贾斯蒂说。他们已经为这一进展申请了专利，并最终希望将其商业化。贾斯蒂和道尔顿都对使他们走到一起的幸运事件表示感谢。
“通过让那些通常不讨论自己科学的人走到一起，我们得到了新的方向，”道尔顿说。
