В сегодняшнем выпуске 3D Printing News Briefs мы сосредоточимся на медицине и научных исследованиях, включая 3D-печатные протезы, персонализированные имплантаты, системы доставки лекарств и многое другое. Читайте далее обо всех подробностях!

Студенты из Университета Куинс привозят доступные протезы в Таиланд

Студенты Университета Куинс, включая членов биомедицинской инновационной команды Университета Куинс (QBiT), продолжают работать над разработкой и совершенствованием конструкций протезов, которые можно создавать с помощью 3D-принтера. (Фото предоставлено Burma Children Medical Fund)

Почти два десятилетия назад исследователи из Университета Куинс Ева Пёрки (семейная медицина) и Коллин Дэвисон (общественное здравоохранение) начали ежегодно ездить в клинику в Таиланде, чтобы помогать в проведении медицинских семинаров и реформе политики в сфере здравоохранения. Они также начали сотрудничать с бирманской неправительственной организацией Burma Children Medical Fund (BCMF), которая помогает малообеспеченным общинам получить доступ к хирургическому лечению. В 2019 году BCMF запустил проект по созданию 3D-протезов, а доктора Пёрки и Дэвисон вместе с другими коллегами из Университета Куинс добились финансирования и наладили постоянное партнерство, в рамках которого студенты проходят 90-дневные стажировки в BCMF. Эмесе Элкинд, студентка факультета биомедицинской информатики Университета Куинс, присоединилась к программе в качестве летнего волонтера, а за последние три года руководила командой студентов-инженеров из Queen’s Biomedical Innovation Team (QBiT) по проектированию и разработке доступных 3D-печатных протезов для мигрантов, бегущих от гражданской войны.

У BCMF был доступ к открытым конструкциям протезов, а также к пожертвованным 3D-принтерам, но у них не было открытой разработки для ампутантов выше локтя. Элкинд захотела решить эту проблему и вместе с командой QBIT создала систему крепления, которая может независимо двигать локоть, а также каждый палец по отдельности, без использования сложной в обслуживании робототехники или электроники в регионах с ограниченными ресурсами, таких как Бирма и Таиланд. Их работа получила широкое признание и множество наград на инженерных соревнованиях в Северной Америке, и они пожертвовали половину своих призовых денег BCMF для финансирования услуг перевода, операций, временного жилья и доступа к профессиональному программному обеспечению для проектирования. Элкинд говорит, что этот опыт оказался «жизненно важным и изменил мой взгляд на инженерное дело: наша задача — не просто создавать новые технологии, а решать реальные проблемы». Готовясь к началу магистратуры, Элкинд переходит на должность старшего консультанта в проекте по созданию протезов Queen’s и BCMF.

CureWith3D работает над поддержкой персонализированной медицины в Индии

Изображение: CureWith3D

Исследователи из MIT разработали недорогую конструкцию 3D-печатных электронных сопел для доставки лекарств

Увеличенный вид сопел, испускающих трехслойные микрокапли. Предоставлено: исследователями

Триаксиальные электрораспылительные эмиттеры — это специализированные электронные сопла, использующие электричество для подачи трех различных жидкостей через микроскопические отверстия, в результате чего образуется поток из трех отдельных слоев жидкости. Они формируют многослойные капли, которые затем могут затвердевать, превращаясь в слоистые микрочастицы. Хороший пример применения — наночастицы для доставки лекарств: внешний слой постепенно растворяется в желудке человека, обнажая второй материал, который регулирует высвобождение основного вещества, доставляющего лекарственный препарат. Однако такие устройства сложно и дорого производить, для чего часто требуются процессы микрообработки в чистых помещениях полупроводникового производства. Но группа исследователей из MIT использовала фотополимеризацию в ванне для 3D-печати массивов таких триаксиальных электрораспылительных эмиттеров, насчитывающих 16 сопел на площади в один квадратный сантиметр. Этот одностадийный процесс производства позволяет создавать сложные массивы эмиттеров всего за несколько часов. Миниатюризация необходима для электрораспылительных устройств, поскольку для формирования капель требуется меньшее напряжение, если эмиттер имеет меньший размер. 3D-печатные устройства MIT лишь немного больше американского пенни, а также отличаются экономичностью. В будущем они могут помочь оптимизировать и масштабировать производство микрочастиц для доставки лекарств, самовосстанавливающихся материалов или биосенсоров.

«Мы не смогли бы создать подобное устройство в чистой комнате для производства полупроводников. Это возможно только благодаря 3D-печати. Частицы, генерируемые этими устройствами, будь то для использования в самовосстанавливающихся композитах или для доставки лекарств, могут оказать большое влияние во многих областях применения. Мы хотим демократизировать эту технологию, чтобы ее преимущества коснулись гораздо большего числа людей», — объяснил Луис Фернандо Веласкес-Гарсия, главный научный сотрудник Лабораторий микросистемных технологий (MTL) MIT и старший автор научной статьи исследовательской группы. «Делая такие сложные устройства более практичными, мы можем дать возможность другим людям добиваться успехов в предпринимательстве и науке».

«Мы не смогли бы создать подобное устройство в полупроводниковой чистой комнате. Это возможно только благодаря 3D-печати. Частицы, генерируемые этими устройствами, будь то для использования в самовосстанавливающихся композитах или для доставки лекарств, могут оказать большое влияние во многих областях применения. Мы хотим демократизировать эту технологию, чтобы ее преимущества коснулись гораздо большего числа людей», — объяснил Луис Фернандо Веласкес-Гарсия, главный научный сотрудник Лабораторий микросистемных технологий (MTL) Массачусетского технологического института и старший автор научной статьи исследовательской группы.

«Делая такие сложные устройства более практичными, мы можем дать возможность другим людям добиваться успехов в предпринимательстве и науке».

SUSTech печатает на 3D-принтере непрерывноволокнистые композитные сотовые структуры методом формования расширением

Графический абстракт. Изображение предоставлено исследователями SUSTech.

Композитные сотовые структуры — это легкие конструкции с низкой плотностью, отличным поглощением энергии и уникальными термомеханическими свойствами. Именно поэтому их часто используют в качестве виброгасителей, изоляторов и поглотителей энергии в гражданском строительстве, аэрокосмической отрасли и автомобилестроении. Традиционные производственные процессы, такие как совместное отверждение, требуют использования множества форм, длительных процедур и высоких технических требований, в то время как такие методы, как автоматизированная выкладка волокна, слишком дороги и плохо подходят для изготовления небольших сотовых структур. 3D-печать, в частности метод послойного наплавления (FFF), является хорошим способом создания композитов, армированных непрерывным волокном (CFRC), а теперь и ячеистых структур CFRC, таких как гексагональные соты. Но, по словам исследователей из Южного университета науки и технологий (SUSTech) в Шэньчжэне (Китай), 3D-печатные сотовые архитектуры CFRC имеют свои собственные проблемы. Непрерывные волокна часто ограничены укладкой вне плоскости, что делает процесс проектирования конструкции менее гибким и может приводить к определенным показателям «механических свойств вне плоскости сэндвич-структур с сотовым наполнителем». Поэтому команда разработала новый метод 3D-печати, который использует процесс расширения, чтобы преодолеть эту проблему и создать композитные сотовые структуры с заданной ориентацией непрерывных волокон.