崭露头角的外科医生或许很快就能在可拉伸、逼真的3D打印皮肤上进行培训——这种皮肤被切割时会渗出模拟血液和脓液。

明尼苏达大学双城分校的研究人员开发出一种新型可打印材料，更精准地模拟了人体组织的适应性。该技术利用现代生物打印的进步，生产出刚度可根据身体部位和预期运动方向变化的仿生组织。为增强真实感，研究人员在打印材料中嵌入了流体填充微胶囊，以模拟体液释放。

研究人员认为，这种3D打印组织未来可通过调整和定制，帮助制造多种合成器官。这些按需生产的逼真替代品有望加速医疗专业人员的培训。本周发表在《科学进展》期刊上的这项进展，是一系列突显合成皮肤逼真度的最新研究之一。

“这种方法为创建更逼真的手术培训模型打开了大门，最终可能改善医疗效果。”明尼苏达大学机械工程系博士毕业生、论文第一作者Adarsh Somayaji在声明中表示。

让假皮肤“触感真实”

医疗场景中的假皮肤已有数百年历史。如今的版本通常通过将各种合成材料铸造成人体形状制成。这些模型对外科医生培训至关重要，但无法完全替代真实人体皮肤的触感。明尼苏达大学的研究人员认为，现代3D生物打印机可以改变这一现状，提供结构更精确、可个性化定制的器官模型。

为此，研究人员首先开发了一个数学模型，用于预测打印组织在现实中的行为。该模型确保皮肤能准确复现不同身体部位的拉伸度、刚度和强度差异。

研究人员发布的延时视频显示，生物打印机逐层铺设合成皮肤，层间嵌入液体填充胶囊。随后，一名研究人员用刀片切割安装在人体模型手臂上的皮肤，层间的模拟血液在切口处涌出，逼真还原了真实出血的细节。

测试表明，这种打印皮肤的表现符合预期。在培训练习后的调查中，外科医生反馈称，与常用的传统假皮肤相比，他们更喜欢这种新材料的触感反馈和切割响应。

“我们预计，这些工具能够弥合组织模拟物与真实人体组织在真实感和机械保真度上的差距，从而提升医疗培训质量和手术效果。”研究人员在论文中写道。

我们正快速迈向“可打印人体器官”时代

近年来，模拟合成皮肤已从科幻概念迅速发展为现实应用。今年夏天早些时候，剑桥大学和伦敦大学学院的研究人员开发出一种新型响应式合成皮肤，由单一水凝胶制成，可检测触摸、压力、热、冷甚至损伤。研究人员表示，这种反应性皮肤最终可能帮助人形机器人“感知”周围世界。

格拉茨理工大学和印度韦洛尔理工学院的研究人员也在开发一种人工动物皮肤，由3D打印水凝胶层制成，并植入人类活细胞强化。尽管仍处于研究阶段，该团队认为其逼真度足以替代化妆品测试中对动物皮肤的需求。

这些进展伴随着制造硬件的改进。现代生物打印机（如墨尔本大学研究人员开发的设备）能生产多种结构，模拟从柔软皮肤到较硬软骨和骨骼的广泛组织类型。

所有这些研究的最终目标，既是为未来专业人员提供更优质的培训材料，也是有朝一日能生产现成器官用于患者移植。

“尽管在扩大生产规模方面仍面临挑战，但我们认为这种3D打印方法在小批量、高复杂度的培训场景中具有巨大潜力。”Somayaji补充道。