人体皮肤结构复杂，在某些方向上富有弹性，在其他方向上却坚韧。柔软却又坚韧。旧的手术模型无法复制这种结构。如今，明尼苏达州的研究人员利用3D打印技术制造出了与之非常接近的合成组织。它们甚至包含人造血液胶囊，实现了前所未有的逼真效果。接受过这些新材料培训的外科医生表示，它们的触觉反馈更佳，对手术刀的反应也更加真实可信。 该研究发表在 科学进展为日益复杂的训练模型铺平了道路。或许，未来有一天，仿生器官也能诞生。
印刷合成皮革的工作原理
的团队明尼苏达大学双城分校 他开发了一种技术，可以控制打印材料中微观图案的形状和大小。这些图案决定了织物的机械性能：它的拉伸度、抗拉强度以及在压力下的表现。 这不仅仅是外观的问题，而是材料物理学的问题。
研究人员还创建了一个数学公式来预测这种织物的行为。这有点像合成皮革的使用说明书：甚至在打印出来之前，你就已经知道它会如何反应。 阿达什·索玛亚吉这项研究的第一作者、机械工程博士解释说，
“这种方法为更现实的手术训练模型打开了大门，最终可以改善医疗结果。”
创新之处在于微胶囊。在3D打印过程中，系统会加入一些小球体，里面填充一种模拟血液的红色液体。这些胶囊不会干燥，也不会干扰打印过程。当外科医生切割组织时，液体会像真实皮肤一样漏出。 3D打印在医学领域的应用 不断取得进展：从训练织物到直接打印到体内的植入物。
外科医生更喜欢新型合成皮肤
这项研究中包含一项初步研究，对新打印的组织进行了测试。外科医生将它们与传统的模型进行了比较：传统的模型是坚硬、简单的，看起来像是由塑料制成的。结果如何？ 新面料在各方面都取得了成功。
触觉反馈非常出色，切割反应也更加逼真。手术刀插入材料时，会产生阻力。拔出时，会产生释放，并且还会流血。它虽然不如人体皮肤那么完美，但也足够接近，足以在手术室中带来不同的体验。 研究人员发表了研究结果 数据显示外科手术训练取得了显著进步。
明尼苏达团队并未止步于此。接下来的步骤包括创造不同的形状来模仿其他器官，开发仿生器官，并融入对电灼等先进手术工具有反应的材料。电灼是一种利用热量去除微小肿瘤的技术。因此，我们需要一种也能对此做出反应的合成皮肤。
为什么合成皮肤正在改变医学培训
外科手术培训一直面临着一个挑战：如何在没有真实病人的情况下进行实践。传统的人体模型静态、可预测，且缺乏真实的反馈。尸体可以提供真实的解剖结构，但难以获取，并引发伦理问题。 先进的人造皮肤 由意大利开发 Scuola Superiore Sant'Anna 表明对这些材料的研究正在迅速扩展。
3D打印合成皮肤解决了部分问题。它提供了一种折衷方案：它并非真正的病人，但其行为方式足够相似，可以让外科医生为真实情况做好准备。你可以切割、缝合和烧灼。而且这种材料会做出反应。它会出血、变形，并对压力作出反应。
美国国防部资金 这并非巧合。外科手术训练对军事医学至关重要，因为医生必须在极端条件下进行手术。拥有逼真的模型意味着能够在战场上挽救更多生命。这项研究是与 MnDRIVE 倡议 明尼苏达大学在机器人、传感器和先进制造方面的研究，以及 明尼苏达纳米中心.
印花合成皮革的未来
这项技术前景广阔，但也有局限性。 索马亚吉 承认“扩大规模仍然存在困难。”目前，这种方法对 低容量、高复杂度的训练场景. 目前还未准备好进行量产。
该团队正在与 CREST实验室 和 王实验室 戴尔华盛顿大学 扩展功能。目标是什么？创建一个可打印组织库：心脏、肝脏、肾脏，每种组织都有各自的机械特性。也许有一天， 功能仿生器官 可以植入患者体内。
路漫漫其修远兮。但与此同时，外科医生们有了更好的训练工具。人造皮肤虽然不完美，但足够接近真实，足以带来改变。当手术刀沉入，人造血液流出时，这种体验不再是模拟，而是更真实的准备。这总比满怀期待地走进手术室要好得多。
