Baanbrekend onderzoek laat zien hoe sensoren 3D kunnen worden geprint op samentrekkende organen

Aan de Universiteit van Minnesota is grootschalig onderzoek gedaan dat enorme gevolgen kan hebben voor de gezondheidszorg. Werktuigbouwkundig ingenieurs en computerwetenschappers hebben een nieuwe 3D-printtechniek ontwikkeld waarmee elektronische sensoren direct kunnen worden geprint op organen die uitzetten 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 personen met COVID-19 te diagnosticeren en te bewaken. 

Het onderzoek was gepubliceerd Wetenschap Advances, een wetenschappelijk tijdschrift 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 werd ontdekt. De techniek werd voor het eerst gebruikt op een hand die roteerde en van links naar rechts bewoog, waarbij elektronica rechtstreeks op de huid van de hand werd gedrukt. Het is nu nog verder ontwikkeld om te werken op organen zoals de longen of het hart, die uitzetten en samentrekken, wat leidt tot een verandering in de vorm of vervorming. 

Michael McAlpine is professor werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Minnesota en senior onderzoeker van het onderzoek.

"We verleggen de grenzen van 3D-printen op nieuwe manieren die we jaren geleden niet eens voor mogelijk hadden gehouden", aldus McAlpine. "3D-printen op een bewegend object is al moeilijk genoeg, maar het was een behoorlijke uitdaging om een ​​manier te vinden om te printen op een oppervlak dat vervormde terwijl het uitzet en inkrimpt."

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 creëren, om de 3D-printer te helpen zich aan te passen aan de uitzettings- en samentrekkingsbewegingen op het oppervlak. 

Nadat ze het ballonachtige oppervlak hadden gebruikt, testten de onderzoekers het op een dierenlong die kunstmatig was opgeblazen. Het bleek een succes en er werd een sensor op basis van zachte hydrogel direct op het oppervlak geprint. 

Volgens McAlpine zou deze technologie in de toekomst kunnen worden gebruikt om rechtstreeks op een pompend hart te printen.

"Het bredere idee achter dit onderzoek is dat dit een grote stap voorwaarts is in de richting van het doel om 3D-printtechnologie te combineren met chirurgische robots", aldus McAlpine. “In de toekomst zal 3D-printen niet alleen over printen gaan, maar deel uitmaken van een groter autonoom robotsysteem. Dit kan belangrijk zijn voor ziekten zoals COVID-19 waarbij zorgverleners risico lopen bij de behandeling van patiënten.

Het onderzoeksteam omvatte ook hoofdauteur Zhijie Zhu, een werktuigbouwkundige Ph.D. kandidaat aan de Universiteit van Minnesota, evenals Hyun Soo Park, assistent-professor aan de Universiteit van Minnesota Department of Computer Science and Engineering. 

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