明尼苏达大学双城分校的研究人员开发了一种创新的自适应3D打印系统，能够识别和定位随机分布的生物体。这项自主技术有望通过节省时间和资源，显著改善低温保存、控制论、生物成像和生物体整合设备开发等流程。
利用自主技术推进生物整合
这种自适应 3D 打印系统标志着生物体精确处理方面的重大进步。该系统可以自主跟踪、收集和准确定位生物体，无论它们是静止的还是运动的。通过利用实时视觉和空间数据，该技术可以进行调整以确保准确放置，这对于需要将生物体与材料或设备集成在一起的应用至关重要。这项研究发表在同行评审的科学期刊《先进科学》上，强调了该系统在各个领域的潜在影响。此外，研究人员已经为这项创新技术申请了专利，进一步强调了它的新颖性和改变当前实践的潜力。
自适应 3D 打印系统可识别随机定位的生物并将它们安全地重新定位到指定位置。（图片来源：明尼苏达大学麦卡尔平研究小组。）
这项研究的主要作者、明尼苏达大学机械工程系前博士后研究员 Guebum Han 解释了该系统的功能：“打印机本身可以像人类一样工作，打印机充当手，机器视觉系统充当眼睛，计算机充当大脑。打印机可以实时适应移动或静止的生物体，并将它们组装成特定的阵列或图案。”
传统上，这些任务都是手动完成的，需要大量培训，而且经常导致不一致。新系统减少了这些过程所需的时间，提高了结果的一致性，这在冷冻保存等领域尤其有益，因为在这些领域，对生物体的准确处理至关重要。此外，该技术可以将活体生物与死体生物区分开来，将生物体放置在曲面上，并将它们与可定制形状的材料和设备集成在一起。它还有可能创建复杂的排列，例如超生物层级，这是在蚂蚁和蜜蜂等昆虫群落中看到的有组织的结构。
应用和未来潜力
这项技术可以提高冷冻保存的效率，将活体生物与死体生物区分开来，并促进生物体在各种表面（包括曲面）上的整合，从而改变多个生物和工程领域。该系统还具有创建复杂生物体排列的潜力，例如在昆虫群落中发现的超生物体层级结构。
例如，研究团队证明该系统可以改进斑马鱼胚胎的冷冻保存方法，比传统的手动方法快 12 倍。此外，该系统的自适应能力在实验中得到了展示，它成功地跟踪、拾取和放置随机移动的甲虫，并将它们与功能设备整合在一起。
展望未来，研究人员的目标是将这项技术与机器人技术结合起来，使其可以用于实地研究。这一进步可以让科学家在目前难以进入的环境中收集和处理生物体。这项工作还具有更广泛的意义，因为它能够以新颖和创新的方式评估和组装生物体，从而推动自主生物制造的发展。
支持与合作
这项创新工作是明尼苏达大学机械工程系几位成员的合作成果，其中包括研究生助理 Kieran Smith 和 Daniel Wai Hou Ng、助理教授 JiYong Lee、教授 John Bischof、教授 Michael McAlpine 以及前博士后研究员 Kanav Khosla 和 Xia Ouyang。该项目还得到了生物系统保护先进技术工程研究中心 (ERC) 的支持 (ATP-Bio)。该项研究的资金由美国国家科学基金会、美国国立卫生研究院和明尼苏达再生医学中心提供。
生物技术创新的下一步
明尼苏达大学开发的自适应 3D 打印系统代表了生物体处理和组装领域的重大进步。通过自动化流程和提高精度，该技术可能对从低温保存到自主生物制造等领域产生深远影响。该系统的持续开发和与机器人技术的集成可以进一步扩大其应用范围，使其成为不同科学学科研究人员的宝贵工具。
来源：cse.umn.edu
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