自适应3D打印技术开创生物体处理与冷冻保存新概念

2024年8月21日，南极熊获悉，明尼苏达大学双城分校的研究人员开发了一种首创的自适应3D打印系统，该系统能够识别随机分布的生物体位置，并安全地将其移动到指定位置进行组装。这项自主技术将为研究人员在生物成像、控制论、低温保存和生物体设备整合等领域节省大量时间和成本。

△这个系统在本质上扩展了3D打印的应用领域，将其技术与生物体处理结合起来，提高了处理效率和精度，为生物研究和冷冻保存提供了新的解决方案

该技术与传统的3D打印系统类似，它使用打印头进行物质的添加或处理，但不同之处在于，这里打印头用于处理生物体而非打印材料。

△该研究已发表在《Advanced Science》杂志上，题目为《通过辅助吸力自适应策略实现3D打印生物体》（传送门）

△打印策略示意图

自适应3D打印系统提升生物体处理与研究效率

该系统能够追踪、收集和准确定位各种生物体，包括静止的、处于液滴中的以及运动中的生物。依靠实时视觉和空间数据驱动的拾取和放置策略，该系统能够灵活适应并确保生物体的精准放置。

明尼苏达大学前机械工程博士后研究员、论文第一作者Guebum Han表示：“这台打印机的工作方式类似于人类，打印机充当双手，机器视觉系统相当于眼睛，而计算机则扮演大脑的角色。打印机能够实时适应生物体的移动或静止状态，并将其组装成特定的阵列或图案。”

通常，这一过程是手动完成的，需要大量的训练，并可能导致基于生物体的应用不一致。通过使用这种新型系统，研究人员不仅能够显著节省时间，还能获得更一致的实验结果。

△自适应3D打印系统可识别随机放置的生物体的位置，并安全地将它们移动到特定位置

该技术能够增加用于冷冻保存的生物数量，并能够区分活生物体与死生物体。它能够将生物体放置在曲面上，并与可定制形状的材料和设备整合。此外，这项技术为创建复杂的生物体结构奠定了基础，能够帮助我们设计类似于蚂蚁和蜜蜂等昆虫的复杂生物系统。例如，蚂蚁和蜜蜂的每个成员都有明确的角色和任务，使得整个群体能够高效运作。这种精细的组织方式可以作为设计和制造复杂生物体结构的重要参考。

该研究还可能推动自主生物制造的发展，通过评估和组装生物体，探索新的应用可能性。例如，系统已经被用于改进斑马鱼胚胎的冷冻保存方法，相较于以往依赖手动操作的过程，新技术实现了处理速度提升12倍。另一个例子展示了其自适应策略如何有效跟踪、拾取和放置随机移动的甲虫，并将其与功能设备整合在一起。

目前，研究团队正在为这项技术申请专利。未来，研究人员希望将这项技术与机器人技术结合，以便方便地进行实地研究。这将使研究人员能够在通常难以进入的地区收集生物样本。