Ανάπτυξη, σχεδίαση και κατασκευή υποδομών τρισδιάστατης εκτύπωσης εμφυτευμάτων από σύνθετα προηγμένα υλικά με βιοτεχνολογικές εφαρμογές
Authors: Ρογκώτης Κωνσταντίνος 
Published: December 2022

Οι τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης (3D printing) είναι πλέον ώριμες για ποικιλία νέων εφαρμογών στον τομέα της βιοτεχνολογίας και στη χρήση νέων προηγμένων (βιο)υλικών, παρέχοντας νέες δυνατότητες στο ερευνητικό γίγνεσθαι. Οι εφαρμογές αυτές σχετίζονται τόσο με τη βιοϊατρική, τη φαρμακολογία, τη μηχανική ιστού, κ.ά., όσο και με την έμμεση επίδραση στη ζωή των ανθρώπων και των ζώων, όπως είναι η τεχνολογία τροφίμων και οι εφαρμογές της στις συσκευασίες των προϊόντων, από τη βιομηχανία, με νέες βιοδραστικές ιδιότητες που θα τα προφυλάσσουν από τις αλλοιώσεις και θα παρατείνουν το χρόνο ζωής τους στο ράφι. Στη βιοϊατρική και ειδικά στην έρευνα που σχετίζεται με την ανάπτυξη ιστού, η χρήση τεχνολογιών 3D printing βρίσκεται στην κορυφή, με πληθώρα εργασιών που σχετίζονται με τα υλικά, τη δυνατότητα εκτύπωσής τους, τη μορφολογία των προϊόντων εκτύπωσης, τις ιδιότητές τους και την αλληλεπίδρασή τους με τη βιολογία του δέκτη ώστε να υπάρχει επιτυχία κατά την εφαρμογή. Έτσι, η μελέτη της χρήσης χωρο-δικτυωμάτων ή ικριωμάτων (scaffolds) τόσο σε 3D όσο και σε 2D μορφή (π.χ. πλέγματα) αποτελεί αιχμή της έρευνας στη μηχανολογία ιστού, είτε αφορά σε μαλακό, είτε σε σκληρό ιστό. Ειδικά, για το σκληρό ιστό των οστών, υπάρχει πλήθος εργασιών που προσεγγίζουν με διάφορους τρόπους το θέμα. Περαιτέρω, μελετώνται μορφολογικά μοντέλα, είτε απλοί κύβοι που αποτελούνται από κυβικά κενά, προσομοιώνοντας το πορώδες των οστών, είτε ποιο σύνθετα με πολύπλοκη μαθηματική έκφραση, που σχηματίζουν σύνθετες επιφάνειες στο χώρο. Η κλίμακα κατά τη σχεδίαση και την εκτύπωση είναι βασική παράμετρος για την προσέγγιση των μοντέλων στην πραγματική φυσιολογία των οστών. Στον τομέα των τροφίμων, η σύνθεση νέων σύνθετων υλικών συσκευασίας και υποστήριξης με αντιμικροβιακές ιδιότητες, οι οποίοι σκοπό έχουν από τη μια να προστατεύουν το περιεχόμενο από τις αλλοιώσεις και από την άλλη να είναι ασφαλή για τον καταναλωτή, βρίσκονται στο κέντρο της έρευνας ανάπτυξης τεχνολογίας τροφίμων. Η ανάπτυξη υλικών για την κατασκευή υμενίων (films) που συνδυάζουν τις απαραίτητες μηχανικές ιδιότητες με τις βιοδραστικές ιδιότητες και ταυτόχρονα καθιστούν δυνατή τη χρήση τους σε 3D printing εφαρμογές για κατασκευή υλικών συσκευασίας αποτελεί σημαντικό στόχο της έρευνας σε διεθνές επίπεδο. Επιπλέον, αναπόσπαστο κομμάτι της έρευνας αποτελεί η ανάπτυξη μεθοδολογιών σύνθεσης των υλικών και η κατασκευή υμενίων με συγκεκριμένο πάχος, με προσθήκη ειδικών βιολογικών παραγόντων, με σκοπό την ανάπτυξη των ιδιοτήτων που αναφέρθηκαν προηγουμένως.Τέλος, η κατασκευή και ανάπτυξη τεχνολογίας μικρο-ροών (microfluidics) για μελέτες βιολογικής συμπεριφοράς ρευστών και την επίδραση των συνθηκών της ροής σε βιοεφαρμογές, με χρήση τεχνολογιών 3D printing, βρίσκεται στην αρχή, σκιαγραφώντας ένα ευρύ πεδίο έρευνας σε κυτταρικές μελέτες (διαφοροποίηση, ανάπτυξη, κ.ά.) αλλά και βιοπληροφορική. Οι τεχνολογίες αυτές μπορούν να λειτουργήσουν επικουρικά στη μελέτη της βιολογικής συμπεριφοράς διαφόρων επινοήσεων σε βιολογικές εφαρμογές, συνδυάζοντας αποτελεσματικότητα με μικρό κόστος. Συνδυάζεται η αποτελεσματικότητα πειραμάτων που θα απαιτούσαν ένα μεγάλο και πολύπλοκο εργαστηριακό εξοπλισμό, σε ένα μόνο microfluidic chip (lab on a chip), σχεδιασμένο με την κατάλληλη μορφή και με χρήση ελεγχόμενων συνθηκών. Η νέα αυτή τεχνολογία, πολλά υποσχόμενη σε ευρύ φάσμα επιστημών, αποτελεί μέρος της παρούσας εργασίας, με σημείο αναφοράς τη μελέτη, σχεδίαση και κατασκευή μικροροϊκών κυκλωμάτων για βιολογικές εφαρμογές.