Przełomowe badania pokazują, jak czujniki mogą być drukowane w trakcie kurczenia się organów

Wyniki ważnych badań opublikowanych na Uniwersytecie Minnesoty mogą mieć ogromne implikacje w opiece zdrowotnej. Inżynierowie mechaniczni i komputerowi opracowali nową technikę drukowania 3D, która pozwala na bezpośrednie drukowanie czujników elektronicznych na organach, które kurczą się i rozkurczają.

Nowa technika wykorzystuje technologię capture ruchu, podobną do tej używanej w tworzeniu filmów, a oprócz ogólnych implikacji w dziedzinie opieki zdrowotnej, może być stosowana w szczególności do diagnozowania i monitorowania płuc osób z COVID-19.

Badania zostały opublikowane w Science Advances, czasopiśmie naukowym wydawanym przez Amerykańskie Stowarzyszenie na rzecz Rozwoju Nauki (AAAS).

Technika drukowania 3D

Badania opierają się na technice drukowania 3D, która została odkryta dwa lata temu. Technika ta była początkowo stosowana na dłoni, która poruszała się i obracała, z elektroniką drukowaną bezpośrednio na skórze dłoni. Teraz została rozwinięta, aby działać na organach takich jak płuca lub serce, które kurczą się i rozkurczają, powodując zmianę kształtu lub zniekształcenie.

Michael McAlpine jest profesorem inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Minnesoty i głównym badaczem w tym badaniu.

“Popychamy granice drukowania 3D w nowy sposób, który nigdy nie był możliwy do wyobrażenia kilka lat temu”, powiedział McAlpine. “Drukowanie na poruszającym się obiekcie jest wystarczająco trudne, ale było to duże wyzwanie, aby znaleźć sposób, aby drukować na powierzchni, która zmieniała się, gdy kurczyła się i rozkurczała”.

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

Rozwój i przyszłe zastosowania

Naukowcy najpierw użyli powierzchni w kształcie balonu i specjalistycznego drukarki 3D. Wykorzystali markery śledzące ruch, podobne do tych używanych w tworzeniu efektów specjalnych w filmach, aby pomóc drukarce 3D dostosować się do ruchów kurczenia i rozkurczania na powierzchni.

Po użyciu powierzchni w kształcie balonu, naukowcy przetestowali ją na sztucznie napompowanym płucu zwierzęcym. Okazało się to sukcesem, a czujnik z miękkiego hydrożelu został wydrukowany bezpośrednio na powierzchni.

Według McAlpine, ta technologia może być w przyszłości stosowana do drukowania bezpośrednio na bijącym sercu.

“Szerokie idee za tym badaniem to duży krok w kierunku połączenia techniki drukowania 3D z robotami chirurgicznymi”, powiedział McAlpine. “W przyszłości drukowanie 3D nie będzie już tylko drukowaniem, ale częścią większego autonomicznego systemu robota. To może być ważne w przypadku chorób takich jak COVID-19, gdzie świadczeniodawcy są narażeni na ryzyko podczas leczenia pacjentów.

Zespół badawczy obejmował również Zhijie Zhu, kandydata na stopień doktora inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Minnesoty, a także Hyun Soo Park, asystenta profesora w Departamencie Inżynierii Komputerowej i Elektrycznej na Uniwersytecie Minnesoty.

Praca była wspierana przez Medtronic i Narodowy Instytut Inżynierii Biomedycznej i Bioinżynierii Narodowych Instytutów Zdrowia.