電気紡績は3 Dプリントと結合しています。想像から現実まで

近年、3 Dプリントに関するニュースをよく目にします。病院は3 Dプリントで患者のサイズに合う臓器模型を作っています。ある創作チームが紙切れのような薄いLEDライトを作っています。アメリカのゼネラル・エレクトリックは50年以内に3 D印刷技術が航空エンジンを成功的に印刷すると指摘しています。3 Dプリント技術は第三次産業革命の核心技術の一つと考えられています。

　　3 Dプリントは高速原型製造技術の一つで、デジタルモデルファイルをベースに、工程用プラスチックや金属粉末などの接着性を利用して、層ごとに印刷することで物体を構成する高速成形技術です。この技術は製品の製造工程を簡素化し、製品の開発周期を短縮し、効率を高め、コストを低減することができ、医療、文化、国防、宇宙飛行、自動車及び金属製造などの産業に広く応用され、この20年来の製造分野の重要な技術成果と考えられています。

3 D印刷技術は、印刷技術の原理及び適用される材料によって、レーザ溶融成形技術（LCF）、溶融堆積高速成形技術（FDM）、選択的レーザ焼結技術（SLS）、立体光硬化技術（SLA）、三次元印刷成形（3 DCP）などに分けられます。しかし、これらの伝統的な3 D印刷技術がプリントできる線材のサイズはミリ級しかないです。プリントされた成果は、製品の表面には粗いものもあります。理想的な効果を達成できないものもあります。また、3 D印刷の高温焼結や溶融堆積によって生物活性が低下し、応用が制限されるものもあります。そこで私たちがよく知っている静電気紡績技術は人々の想像に入り始めました。

静電気紡糸業界では、3 Dプリントもますます重視されてきました。研究者は同じように重視されている静電気紡糸と3 Dプリントを一体にするかを考え始めました。3 Dプリントのサイズ上の欠陥を変えて、同様に静電気紡糸を単純な膜、線、帯という二次元構造から三次元構造に拡大させることによって、3 Dプリントと結合して徐々に研究者の想像から出てきました。

3 Dバイオプリント技術は現在の3 Dプリント技術の中で最も先端的で最も注目されている分野の一つです。3 Dプリントは個性的な特徴があるので、生物医学に広く応用できます。生物3 D印刷技術は生物分解可能な三次元構造の製造において、他の伝統工芸と比べられない利点がありますが、SLS、SLA、3 DCPのようないくつかの比較的成熟した3 D印刷技術は、高温焼結、スプレー接着剤などの補助成形手を借りて、材料の生物活性が破壊されることがあります。このため、3 D印刷原理に基づくバイオインクリメンタル押出成形技術とエレクトロスピニング技術が相次いで提案され、国内外の学者から広く注目されている。

3 Dプリント軟骨

オーストラリアのクイーンズランド工科大学Dietmart W.Hutmacher教授チームは「Nature Communications」で、「Reinforcement of hydrogels using three-dimensionnally presd microbles」という文を発表しました。生物適合性材料を利用して人体組織、特に関節軟骨を修復する方法を詳しく紹介しました。軟骨は機械的な強さと柔軟性が必要なので、新しいヒドロゲルと超微細繊維サポートの合成材料をテストします。研究者は、電荷を持つ高分子融液を静電場に噴流させて高分子超微細繊維を作製するための加工方法であり、細胞成長のための空間を提供するとともに、細胞に必要な機械的剛性にも寄与する。最終的に印刷された構造は自然治癒だけでなく，新しい組織の成長を促進することができる。この静電線維原理に基づく3 D印刷技術は，生物医学研究者のための扉を開いた。

　　3 Dプリント可吸収血管ステント

「physical chemistry chemical physics」（Phiys.Chem.Chem.Phiys.，2015，17，2996）は、韓国の機械・材料研究院Su A.Park教授の「Chracterization and preparation of bio-tubular scaffolds for faicaaaaaaaaaatsisisisisisisisisisisisisisisisisisisisisisisity」というフィフィフィブリブリッシングで、3 D繊維を開発していることを発表しました。3 D Bricaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa血管の復旧を損なう。しかし，静電紡糸ナノ繊維の生体適合性材料は，シェル凝集糖のような良好な機械的性質を欠く。したがって、研究者の設計と製造は2段階に分けられ、第1段階は静電紡糸技術を用いてシェルポリスとPCLを共に混ぜ合わせたナノ繊維ステントを作製し、その後3 D高速成形技術を用いてPCLチェーンをコーティングし、最終的に人工血管を作製した。この方法を適用して作った人工血管は優れた機械的性質を備えており、この方法は血管の再構築に用いることができる。

　　上海大学の高速製造工程センターはバイオ3 Dプリントにおいても画期的な進歩を遂げています。上海大学の劉媛媛媛さんは2015年6月「Journal of Southeast University」で「Compsite bioabsorbable vascular stents via 3 D bio-printing and electropting for treating stenic vessels」というタイトルを発表しました。生体吸収可能血管ステントの装備と技術的な不足に対して、生体3 Dプリントと静電紡糸を組み合わせて複合生物の吸収可能血管ステントを作製する新しい方法を提案した。まず、PPDO材料を3 D印刷でブラケットの内部層を作製し、その後、キトサンとPVA混合溶液を調製し、静電スピニングによってブラケットの外側層を作製し、機械的性能試験により、3 Dプリントと静電紡糸を組み合わせて調製したブラケットは普通のブラケットだけを採用するより良いということが分かりました。ステントに細胞を植える実験により、細胞はステントに良好な接着と増殖があり、提案された複合成形プロセスと方法は、後続の制御可能なキャリアステントの構築のために良い考えを提供していることが分かりました。

　　3 Dプリントウェア

現在3 Dプリント技術でプリントされている服は、質感が硬く、肌触りの良いものは作れません。伝統的な静電紡糸は、一般的に高圧電源を使用し、テーラーコーンと受信プラットフォームの間の距離が大きいので、紡績後は一団となり、その秩序的なスタックを制御するのは難しい。アメリカのサンフランシスコから来たチームは成型プラットフォームをハンガーの形にして、世界初の3 D電気織機Electroroomを発売しました。この3 Dプリンタの原理は、静電紡糸に似ています。CADソフトウェアを使ってテンプレートを設計し、設計したテンプレートをプリントボックスに入れた後、混合した織物の液体溶液を電磁場の案内の下、テンプレートの「鋳造」によって成形したものです。この過程を「静電紡糸」といいます。その後、プリンタは混合したナノ繊維を均一にコーティングして成形し、シームレスな布地に凝結します。

　　3 Dプリント建築物

韓国の国立ソウル大学Kim教授は「Langmure」で、「Toward Nanoscale Three-Dimensional Printing：Nanowalls Buiilt of Electropun Nanofibers」と題した記事を発表しました。3 D印刷で構築できる独立したナノウォールと他のナノスケールの3 D体を紹介しました。

エレクトロスピニングは高分子ナノチューブの作製に対して比較的簡単な方法である。ナノスケールの繊維流は非常に乱れており，単一繊維を制御するのは非常に困難である。彼らの最近の研究では，薄い金属電極線を用いてナノスケールのファイバ流を相対的に秩序化できることが分かった。この線を用いて，上記高分子ナノチューブを積層して壁構造を形成することができる。研究は繊維と金属線の間の静電相互作用を利用して高分子繊維内部の張緊度を均衡させ，ベースの並進を制御することでナノウォールの長さを制御できることを示した。このような新規な3 D印刷技術は生体支柱、ナノフィルタ、ナノ電極などの開発応用に利用できると研究グループは述べている。

　　電気紡績は既に組織工程のステントやエネルギーなどの分野で大きな役割を果たしてきましたが、様々な形状を構築するには、やはり快速成型技術が必要です。だから、3 Dプリント技術の加入はきっと電気紡績の応用空間を豊かにします。