Baanbrekend onderzoek toont aan hoe sensoren rechtstreeks op samentrekkende organen kunnen worden geprint met 3D-printtechniek

Uit het onderzoek van de Universiteit van Minnesota komt een doorbraak die grote gevolgen kan hebben voor de gezondheidszorg. Mechanische ingenieurs en computerwetenschappers hebben een nieuwe 3D-printtechniek ontwikkeld waarmee elektronische sensoren rechtstreeks op organen kunnen worden geprint die uitbreiden en samentrekken.

De nieuwe techniek maakt gebruik van motion capture-technologie, zoals die wordt gebruikt om films te maken, en heeft niet alleen gevolgen voor de algemene gezondheidszorg, maar kan ook specifiek worden toegepast om de longen van mensen met COVID-19 te diagnosticeren en te monitoren.

Het onderzoek is gepubliceerd in Science Advances, een wetenschappelijk tijdschrift dat wordt uitgegeven door de American Association for the Advancement of Science (AAAS).

3D-Printtechniek

Het onderzoek is gebaseerd op een 3D-printtechniek die twee jaar geleden is ontdekt. De techniek werd voor het eerst gebruikt op een hand die links en rechts bewoog, met elektronica die rechtstreeks op de huid van de hand werd geprint. Nu is de techniek verder ontwikkeld om te werken op organen zoals de longen of het hart, die uitbreiden en samentrekken, waardoor de vorm verandert of wordt vervormd.

Michael McAlpine is een professor in de mechanische ingenieurswetenschappen aan de Universiteit van Minnesota en de hoofdonderzoeker van de studie.

“We duwen de grenzen van 3D-printen op manieren die we nog maar een paar jaar geleden niet konden voorstellen”, zei McAlpine. “3D-printen op een bewegend object is al moeilijk genoeg, maar het was een grote uitdaging om een manier te vinden om te printen op een oppervlak dat vervormde terwijl het uitbreidde en samentrok.”

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

Ontwikkeling en toekomstige toepassingen

De onderzoekers gebruikten eerst een ballonachtig oppervlak en een gespecialiseerde 3D-printer. Ze gebruikten motion capture-trackingmarkeringen, zoals die worden gebruikt om speciale effecten in films te maken, om de 3D-printer te helpen aanpassen aan de uitbreidings- en samentrekkingsbewegingen op het oppervlak.

Na het gebruik van het ballonachtige oppervlak, testten de onderzoekers het op een kunstlong die kunstmatig werd opgeblazen. Het bleek een succes te zijn, en een zachte hydrogel-gebaseerde sensor werd rechtstreeks op het oppervlak geprint.

Volgens McAlpine kan deze technologie in de toekomst worden gebruikt om rechtstreeks op een kloppend hart te printen.

“Het bredere idee achter dit onderzoek is dat dit een grote stap vooruit is naar het doel van het combineren van 3D-printtechnologie met chirurgische robots”, zei McAlpine. “In de toekomst zal 3D-printen niet alleen maar over printen gaan, maar zal het deel uitmaken van een groter autonoom robotisch systeem. Dit kan belangrijk zijn voor ziektes zoals COVID-19, waarbij zorgverleners risico lopen bij het behandelen van patiënten.

Het onderzoeksteam omvatte ook de eerste auteur Zhijie Zhu, een promovendus in de mechanische ingenieurswetenschappen aan de Universiteit van Minnesota, evenals Hyun Soo Park, assistent-professor in de afdeling Computerwetenschappen en Ingenieurswetenschappen van de Universiteit van Minnesota.

Het onderzoek werd ondersteund door Medtronic en het National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering van de National Institutes of Health.