Murtava tutkimus osoittaa, miten anturit voidaan tulostaa 3D-tulostuksella supistuville elimille

Minnesotan yliopistosta on tullut merkittävää tutkimusta, jolla on suuria vaikutuksia terveydenhuoltoon. Mekaanisten insinöörien ja tietojenkäsittelytieteilijöiden on kehitetty uusi 3D-tulostustekniikka, joka mahdollistaa sähköisten anturien tulostamisen suoraan laajeneville ja supistuville elimille.

Uusi tekniikka käyttää liikkeenkaappausTeknologiaa, jota käytetään elokuvien luomiseen, ja sen sovellukset eivät rajoitu yleiseen terveydenhuoltoon, vaan se voidaan soveltaa myös keuhkojen diagnostiikkaan ja seurantaan COVID-19-potilailla.

Tutkimus on julkaistu tieteellisessä aikakauslehdessä Science Advances, jota julkaisee American Association for the Advancement of Science (AAAS).

3D-tulostustekniikka

Tutkimus perustuu 3D-tulostustekniikkaan, joka kehitettiin kaksi vuotta sitten. Tekniikkaa käytettiin aluksi kädessä, joka pyörivä ja liikkui vasemmalle ja oikealle, ja sähköiset anturit tulostettiin suoraan käden iholla. Nyt se on kehitetty edelleen toimimaan elimillä, kuten keuhkoilla tai sydämillä, jotka laajenevat ja supistuvat, aiheuttaen muodonmuutoksia.

Michael McAlpine on Minnesotan yliopiston mekaniikan professori ja vanhempi tutkija tutkimuksessa.

“Olemme laajentamassa 3D-tulostuksen rajoja uusilla tavoilla, joita emme olleet koskaan kuvitelleet vuosia sitten”, sanoi McAlpine. “3D-tulostus liikkuvalle kohteelle on jo itsessään haasteellista, mutta se oli erityisen haasteellista keksiä keino tulostaa pinnalle, joka muuttui, kun se laajeni ja supistui.”

https://www.youtube.com/watch?v=_1eXqSSLJC4&feature=emb_title

Kehitys ja tulevaisuuden sovellukset

Tutkijat käyttivät aluksi palloa muistuttavaa pintaa ja erityistä 3D-tulostinta. He käyttivät liikkeenkaappausseurantamerkkejä, kuten niitä, joita käytetään elokuvien erikoistehosteissa, auttamaan 3D-tulostinta sopeutumaan pinnan laajenemis- ja supistumisliikkeisiin.

Palloa muistuttavan pinnan jälkeen tutkijat testasivat menetelmää eläimen keuhkolla, jota pumpattiin keinotekoisesti. Se osoittautui onnistuneeksi, ja pehmeä hydrogeeli-pohjainen anturi tulostettiin suoraan pinnalle.

McAlpinen mukaan tätä teknologiaa voidaan tulevaisuudessa käyttää tulostamaan suoraan sydämeen, joka pumppaa verta.

“Tämän tutkimuksen laajempi idea on, että se on suuri askel kohti tavoitetta yhdistää 3D-tulostustekniikka kirurgisiin roboteihin”, sanoi McAlpine. “Tulevaisuudessa 3D-tulostus ei ole enää vain tulostamista, vaan se on osa laajempaa autonomista robotti-järjestelmää. Tämä voi olla tärkeää sairauksille, kuten COVID-19, joissa terveydenhuollon tarjoajat ovat vaarassa hoitaessaan potilaita.

Tutkimusryhmään kuului myös johtava tekijä Zhijie Zhu, joka on mekaniikan tohtorikoulutettava Minnesotan yliopistossa, sekä Hyun Soo Park, joka on apulaisprofessori Minnesotan yliopiston tietojenkäsittelytieteen ja tekniikan laitoksella.

Tutkimus oli tukenut Medtronic ja National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering of the National Institutes of Health.