Bahnbrechende Forschung zeigt, wie Sensoren auf sich verändernden Organen mittels 3D-Druck hergestellt werden können

Eine wichtige Forschung aus der University of Minnesota könnte enorme Auswirkungen auf die Gesundheitsversorgung haben. Mechanische Ingenieure und Computerwissenschaftler haben eine neue 3D-Druck-Technik entwickelt, die es ermöglicht, elektronische Sensoren direkt auf Organe zu drucken, die sich ausdehnen und zusammenziehen.

Die neue Technik nutzt Motion-Capture-Technologie, wie sie bei der Erstellung von Filmen verwendet wird, und hat neben den Auswirkungen auf die allgemeine Gesundheitsversorgung auch spezifische Anwendungen bei der Diagnose und Überwachung der Lungen von Personen mit COVID-19.

Die Forschung wurde in Science Advances veröffentlicht, einer wissenschaftlichen Zeitschrift, die von der American Association for the Advancement of Science (AAAS) veröffentlicht wird.

3D-Druck-Technik

Die Forschung basiert auf einer 3D-Druck-Technik, die vor zwei Jahren entdeckt wurde. Die Technik wurde ursprünglich auf eine Hand angewendet, die sich drehte und von links nach rechts bewegte, mit direkt auf die Haut der Hand gedruckten Elektronik. Sie wurde nun weiterentwickelt, um auf Organe wie Lungen oder Herz zu funktionieren, die sich ausdehnen und zusammenziehen, was zu einer Veränderung der Form oder Verzerrung führt.

Michael McAlpine ist Professor für Maschinenbau an der University of Minnesota und leitender Forscher in dieser Studie.

“Wir erweitern die Grenzen des 3D-Drucks auf neue Weise, die wir vor Jahren nicht einmal vorstellen konnten”, sagte McAlpine. “3D-Druck auf einem beweglichen Objekt ist schon schwierig genug, aber es war eine große Herausforderung, eine Möglichkeit zu finden, auf einer Oberfläche zu drucken, die sich verformt, während sie sich ausdehnt und zusammenzieht.”

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Entwicklung und zukünftige Anwendungen

Die Forscher verwendeten zunächst eine ballonartige Oberfläche und einen speziellen 3D-Drucker. Sie nutzten Motion-Capture-Tracking-Marker, wie sie bei der Erstellung von Spezialeffekten in Filmen verwendet werden, um dem 3D-Drucker zu helfen, sich an die Bewegungen auf der Oberfläche anzupassen.

Nach der Verwendung der ballonartigen Oberfläche testeten die Forscher es auf einer künstlich aufgeblasenen Tierlunge. Es erwies sich als erfolgreich, und ein weicher, hydrogelbasierter Sensor wurde direkt auf die Oberfläche gedruckt.

Laut McAlpine könnte diese Technologie in Zukunft verwendet werden, um direkt auf ein schlagendes Herz zu drucken.

“Die breitere Idee hinter dieser Forschung ist, dass dies ein großer Schritt in Richtung der Kombination von 3D-Druck-Technologie mit chirurgischen Robotern ist”, sagte McAlpine. “In Zukunft wird 3D-Druck nicht nur darum gehen, Dinge zu drucken, sondern Teil eines größeren autonomen Robotersystems sein. Dies könnte wichtig für Krankheiten wie COVID-19 sein, bei denen Gesundheitsdienstleister bei der Behandlung von Patienten gefährdet sind.

Das Forschungsteam umfasste auch den Lead-Autor Zhijie Zhu, einen Doktoranden im Bereich Maschinenbau an der University of Minnesota, sowie Hyun Soo Park, Assistant Professor im Department of Computer Science and Engineering der University of Minnesota.

Die Forschung wurde von Medtronic und dem National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering der National Institutes of Health unterstützt.