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塑料和陶瓷复合材料3D打印定制医疗导管

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发表于 2018-11-16 16:07:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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近日,美国东北大学的研究人员开发出了一种新的方法可以为早产的婴儿或其它重要的医疗设备3D打印定制的导管。在美国,每年几乎有50万婴儿过早出生。这些婴儿需要有力的医疗救护,以确保他们的生存和健康,而导管在这种援助中发挥着极其重要的作用。薄薄的塑胶管,需要连接到宝宝的鼻子、嘴巴或静脉上,以帮助提供必要的氧气、营养、流体和药物。
新技术3D打印定制导管为婴儿输送氧气和营养
尽管它们的作用非常重要,但是我们平常使用的导管却远远谈不上完美。这些导管往往具有标准的形状和大小,而非根据每个病人的独特身体结构来量身定做。这意味着,由于各种生理方面的原因,它并不能切合满足每个早产婴儿的需要。美国东北大学的研究者们认识到了这个问题,并设法借助3D打印来弥补它。
“在新生儿护理中,每个宝宝是不同的,因此有各自不同的问题。”该校机械和工业工程系副教授Randall Erb解释说。“如果你可以根据个别病人的特定3D打印出特定几何形状的导管,就可以将其插入到某一关键点,避免穿刺静脉,并加快药物的输送。”
由Erb和他的团队开发的这种3D打印技术使用了一种复合材料(混合了塑料和陶瓷),并借助磁场来帮助产品成型。这种3D打印的导管,以及其他医疗设备,与传统的同类产品相比,强度更高、重量更轻,在加上能够量身定制,对于每个病人来说都非常完美。
研究人员们开发的这种新的3D打印技术最独特、最具革命的部分是它能够使用磁铁精确地安排陶瓷纤维,从而实现对于材料力学性能的总体控制。而这种对于陶瓷纤维分布的精细控制能够带来巨大优势:每个拐角、曲线和材料孔都能够充分持久地实现其精确的医疗功能。通过精确控制微小的陶瓷纤维,医务人员可以确保材料尽可能地轻、无创性,同时确保其耐久性。
“我们正在遵循大自然的指引”博士生Joshua Martin解释说,他曾经帮助设计和制作了这个论文中的许多实验。“将许多非常简单的构建块一特殊的方式组织起来真的能够获得让人印象深刻的力学性能结果。”
这种独特的3D打印法使用磁铁使每个微小的陶瓷纤维按照某一个与打印对象几何特征一致的方向对齐。这种陶瓷纤维材料是通过磁铁和氧化铁来操纵的。研究人员一开始通过为这些陶瓷纤维敷上轻微的氧化铁来对其进行磁化。这种工艺早已被FDA批准可以用于医疗目的。然后再根据需要将超低磁场施加到该复合材料的某一特定位置,Erb称这一过程既简单又安全。
而其产品最后使用一种名为立体光刻(stereolithography,即SLA)的3D打印技术打印成型,实际上这是一种很常见的光固化技术。
Martin说:“我相信我们的研究在材料科学研究中打开一个新的前沿。在很长的时间里,研究人员们一直在试图设计更好的材料,但理论和实验之间的鸿沟一直存在。通过这项技术,我们终于能够触及我们一直在理论上确定的特定纤维结构能够导致力学性能的改善这一领域了,未来我们还可以在此基础上生成复杂的体系结构。”
Erb及其团队的这篇论文被发表在了10月23日一期的《Nature Communications》上了。
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责任编辑:Kris
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