3D печать силиконом внутри микрогеля

Учёные из Университета Флориды научились печатать силиконом внутри микрогеля. Это открытие обещает значительно продвинуть вперёд технику создания медицинских имплантатов: они станут более надёжными, дешёвыми и удобными, чем все имплантаты, доступные на рынке сегодня. И это не то, что вы подумали, а совсем другое. Например, сердечные клапаны, а также мягкие катетеры, инструменты для дренирования, имплантируемые сетки и другие хирургические аксессуары.
В настоящее время такие устройства приходится формовать на прессах. Если требуется специфическая форма и размер, то процедура ожидания операции может затянуться на несколько дней или даже недель. Не каждый пациент доживёт, пока ему изготовят силиконовую деталь нужной формы. 3D печать сокращает время изготовления до нескольких часов, что теоретически может кому-то спасти жизнь.
Микрогель — это вздутые микрочастицы, образованные из межсоединённых полимеров. У них есть весьма специфические и полезные реологические свойства, то есть специфическое сочетание деформации и текучести. Поэтому их изготавливают в промышленных масштабах для использования в качестве лубрикантов, продуктов личной гигиены, для покрытия материалов и даже для сбора нефти. Под воздействием экстремального давления микрогель превращается в жидкость — такое не происходит спонтанно при нагревании вещества. Именно это свойство (временное превращение в жидкость) используется для 3D-печати жидких объектов внутри микрогеля.
Обычные методы промышленного производства — синтез с набуханием — ограничивали сферу применения микрогелей. Но несколько лет назад учёные освоили 3D-печать, и тогда для этого материала нашлась совершенно новое применение. Сдавленный микрогель используют для печати уникальных структур из гидрогеля и силикона, и даже конструктов для поддержки живых клеток.
При такой технике печатаемый материал буквально физически зажат в пространство упакованного микрогеля, который временно превращается в жидкость под воздействием печатающего (инъекционного) наконечника, а затем быстро возвращается в прежнее гелеобразное состояние. Таким образом появляется возможность печатать мягкие и хрупкие материалы внутри контейнера с высокой точностью. Такую технику применили исследователи из Университета Флориды. Научная группа несколько лет работает над 3D-печатью живых органов и тканей, а данный проект стал побочным результатом их исследований.
Главным научным открытием в данном случае является химическая структура контейнера. Прежние микрогели на водяной основе не позволяли печатать жидким силиконом, который буквально растворялся в контейнере. Поэтому учёные разработали материал на масляной основе, с которым «краска» не смешивается.
Время изготовления хирургических аксессуаров и имплантатов сокращается на порядок, что само по себе огромное достижение. Но при этом ещё и появляется возможность изготавливать детали более сложной формы. Некоторые типы изделий, вроде трубочек для дренирования с клапанами, чувствительными к давлению, вообще невозможно изготовить на прессе в один этап. Это сложная и кропотливая работа. Теперь их можно будет просто напечатать.
«Наш новый материал обеспечивает поддержку жидкому силикону и допускает 3D-печать очень сложных структур и даже инкапсулированных частей из силиконового эластомера», — говорит ведущий автор научной работы Кристофер О’Брайан (Christopher O’Bryan), докторант отделения механической и аэрокосмической техники.
В этой области не совсем уместно говорить о финансах, но изготовленные новым способом аксессуары должны быть значительно дешевле, чем нынешние.
Предположительно, с появлением новой техники можно будет разработать даже новые терапевтические устройства, которые способны инкапсулировать вещества — и выпускать их в небольших количествах внутри организма. Это лекарства или молекулы, которые стимулируют рост тканей в нужных местах. Если пофантазировать, то когда-нибудь в будущем мы начнём буквально наращивать мышцы, сосуды и нервную ткань поверх скелета — строить человеческое тело практически с нуля, как в научной фантастике.
Печать органов и тканей остаётся основной целью группы исследователей из Университета Флориды, и они продолжают эксперименты с 3D-принтерами и различными материалами. По мнению инженеров, такое станет возможно через несколько десятилетий. Это довольно далёкое будущее, поэтому они ненадолго отвлеклись на побочный проект печати силиконовых имплантатов — изобретение, которое можно использовать уже сейчас.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *