Nowy sposób drukowania 3D niestandardowych wyrobów medycznych

Korzystając z nowego procesu drukowania 3D, naukowcy z University of Nottingham odkryli, jak dostosować sztuczne części ciała i inne urządzenia medyczne z wbudowaną funkcjonalnością, która zapewnia lepszy kształt i trwałość, jednocześnie zmniejszając ryzyko infekcji bakteryjnych.

Kierownik badania, dr Yinfeng He z Centrum Wytwarzania Addytywnego, powiedział: „Większość masowo produkowanych urządzeń medycznych nie spełnia w pełni unikalnych i złożonych potrzeb ich użytkowników. Podobnie metody drukowania 3D z jednego materiału mają ograniczenia projektowe, które uniemożliwiają wyprodukowanie urządzenia na zamówienie z wieloma funkcjami biologicznymi lub mechanicznymi. Ale po raz pierwszy, wykorzystując wspomaganą komputerowo technikę druku 3D z wielu materiałów, pokazujemy, że możliwe jest połączenie złożonych funkcji w jednym dostosowanym urządzeniu medycznym w celu poprawy samopoczucia pacjenta”.

Istnieje nadzieja, że ​​innowacyjny proces projektowania można zastosować do drukowania 3D dowolnego urządzenia medycznego, które wymaga dostosowywania kształtów i funkcji. Na przykład, metoda może być dostosowana do stworzenia wysoce dopasowanej, jednoczęściowej protezy kończyny lub stawu, zastępującej utracony palec lub nogę, która może być idealnie dopasowana do pacjenta, aby poprawić jego komfort i trwałość protezy; lub wydrukować spersonalizowane tabletki zawierające wiele leków – znanych jako polipigułki – zoptymalizowane do uwalniania do organizmu we wcześniej zaprojektowanej sekwencji terapeutycznej.

Nowy sposób drukowania 3D niestandardowych urządzeń medycznych w celu zwiększenia wydajności

Tymczasem na świecie rośnie starzenie się populacji, co prowadzi do większego zapotrzebowania na wyroby medyczne w przyszłości. Zastosowanie tej techniki może poprawić zdrowie i samopoczucie osób starszych oraz zmniejszyć obciążenie finansowe rządu.

W tym badaniu naukowcy zastosowali algorytm komputerowy do projektowania i produkcji – piksel po pikselu – drukowanych obiektów 3D, składających się z dwóch materiałów polimerowych o różnej sztywności, które również zapobiegają gromadzeniu się biofilmu bakteryjnego. Optymalizując w ten sposób sztywność, z powodzeniem uzyskali części o niestandardowych kształtach i rozmiarach, które zapewniają wymaganą elastyczność i wytrzymałość.

Na przykład obecne protezy stawów palców wykorzystują zarówno części silikonowe, jak i metalowe, które zapewniają użytkownikowi znormalizowany poziom zręczności, a jednocześnie są wystarczająco sztywne, aby wszczepić je w kość. Jednak jako demonstrator badania zespół był w stanie wydrukować w 3D staw palcowy, spełniając te podwójne wymagania w jednym urządzeniu, a jednocześnie był w stanie dostosować jego rozmiar i wytrzymałość do indywidualnych wymagań pacjenta.

Zespół był w stanie wykonać swój nowy styl drukowania 3D z wielu materiałów, które są z natury odporne na bakterie i biofunkcjonalne, co pozwala na ich wszczepienie i zwalczanie infekcji (które mogą wystąpić podczas i po zabiegu) bez stosowania dodatkowego antybiotyku leki. Zespół wykorzystał również nową technikę charakteryzowania w wysokiej rozdzielczości, aby mapować chemię struktur druku w 3D i przetestować wiązanie między nimi w całej części. Wskazało to, że – w bardzo małej skali – te dwa materiały mieszały się na swoich interfejsach; znak dobrego wiązania, co oznacza, że ​​lepsze urządzenie jest mniej podatne na pękanie.

Badanie zostało przeprowadzone przez Centre for Additive Manufacturing (CfAM) i sfinansowane przez Engineering and Physical Sciences Research Council. Pełne odkrycia opublikowano w Advanced Science w artykule zatytułowanym: “Wykorzystywanie projektowania generatywnego do drukowania 3D urządzeń kompozytowych odpornych na biofilm bakteryjny”.

Przed komercjalizacją techniki naukowcy planują poszerzyć jej potencjalne zastosowania, testując ją na bardziej zaawansowanych materiałach o dodatkowych funkcjach, takich jak kontrolowanie odpowiedzi immunologicznych i promowanie przyczepiania się komórek macierzystych.

Dodaj komentarz