Banbrytande forskning visar hur sensorer kan 3D-printas på kontraherande organ

Stor forskning har kommit från University of Minnesota som kan ha stor inverkan på hälso- och sjukvården. Mekaniska ingenjörer och datavetare har utvecklat en ny 3D-skrivarteknik som möjliggör direkttryckning av elektroniska sensorer på organ som expanderar och kontraherar.

Den nya tekniken använder rörelseinspelnings-teknik som används för att skapa filmer, och förutom att ha implikationer inom hälso- och sjukvården i allmänhet, kan den tillämpas specifikt för att diagnostisera och övervaka lungorna hos personer med COVID-19.

Forskningen publicerades i Science Advances, ett vetenskapligt tidskrift publicerat av American Association for the Advancement of Science (AAAS).

3D-skrivarteknik

Forskningen bygger på en 3D-skrivarteknik som upptäcktes för två år sedan. Tekniken användes först på en hand som roterade och rörde sig från vänster till höger, med elektronik direkttryckt på huden. Den har nu utvecklats ytterligare för att fungera på organ som lungor eller hjärta, som expanderar och kontraherar, vilket leder till en förändring i formen eller deformation.

Michael McAlpine är professor i mekanisk ingenjörsvetenskap vid University of Minnesota och senior forskare i studien.

“Vi trycker på gränserna för 3D-skrivning på sätt som vi aldrig ens kunde föreställa oss för några år sedan”, sa McAlpine. “3D-skrivning på ett rörligt föremål är svårt nog, men det var en riktig utmaning att hitta ett sätt att skriva på en yta som deformerades när den expanderade och kontraherade.”

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

Utveckling och framtida tillämpningar

Forskarna använde först en ballongliknande yta och en specialiserad 3D-skrivare. De använde rörelseinspelnings-spårningsmarkörer, som de som används för att skapa specialeffekter i filmer, för att hjälpa 3D-skrivaren anpassa sig till expansions- och kontraktionsrörelserna på ytan.

Efter att ha använt den ballongliknande ytan testade forskarna den på en artificiellt inflammerad djurlunga. Det visade sig vara en framgång, och en mjuk hydrogelbaserad sensor trycktes direkt på ytan.

Enligt McAlpine kan denna teknik i framtiden användas för att trycka direkt på ett pumpande hjärta.

“Den bredare idén bakom denna forskning är att detta är ett stort steg mot målet att kombinera 3D-skrivningsteknologi med kirurgiska robotar”, sa McAlpine. “I framtiden kommer 3D-skrivning inte bara att handla om tryckning, utan snarare vara en del av ett större autonomt robot-system. Detta kan vara viktigt för sjukdomar som COVID-19, där hälso- och sjukvårdspersonal är i riskzonen när de behandlar patienter.

Forskningsgruppen inkluderade också huvudförfattaren Zhijie Zhu, en mekanisk ingenjör och doktorand vid University of Minnesota, samt Hyun Soo Park, biträdande professor vid University of Minnesotas institution för datavetenskap och teknik.

Arbetet stöddes av Medtronic och National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering vid National Institutes of Health.