چاپ سه بعدی رگ های خونی مغز با سیلیکون می تواند جراحی مغز و اعصاب را بهبود بخشد و شخصی سازی کند

بر اساس تحقیقی که اخیراً منتشر شده است، یک تکنیک جدید چاپ سه بعدی با استفاده از سیلیکون می تواند مدل های دقیقی از رگ های خونی مغز شما ایجاد کند و جراحان مغز و اعصاب را قادر می سازد تا قبل از عمل با شبیه سازی های واقعی تر تمرین کنند. علوم پایه.

بسیاری از جراحان مغز و اعصاب هر عمل جراحی را قبل از ورود به اتاق عمل بر اساس مدل هایی از آنچه در مورد مغز بیمار می دانند، انجام می دهند. اما مدل‌های فعلی که جراحان مغز و اعصاب برای تمرین استفاده می‌کنند، رگ‌های خونی واقعی را به خوبی تقلید نمی‌کنند. آنها بازخورد لمسی غیر واقعی را ارائه می دهند، فاقد جزئیات ساختاری کوچک اما مهم هستند و اغلب تمام اجزای تشریحی را که تعیین می کنند هر روش انجام می شود، حذف می کنند. کپی‌های واقعی و شخصی‌شده مغز بیمار در طول شبیه‌سازی‌های قبل از جراحی می‌تواند خطا در روش‌های جراحی واقعی را کاهش دهد.

با این حال، پرینت سه بعدی می تواند ماکت هایی با حس نرم و دقت ساختاری مورد نیاز جراحان ایجاد کند.

پرینت سه بعدی معمولاً به عنوان فرآیندی در نظر گرفته می‌شود که شامل قرار دادن لایه‌ای بعد از لایه‌ای از پلاستیک ذوب شده است که به عنوان یک ساختار خود نگهدار جامد می‌شود. متأسفانه، بسیاری از مواد نرم مانند رشته پلاستیکی که معمولاً چاپگرهای سه بعدی استفاده می کنند، ذوب نمی شوند و دوباره جامد می شوند. کاربران فقط یک عکس با مواد نرمی مانند سیلیکون می گیرند – آنها باید در حالت مایع چاپ شوند و سپس به طور غیرقابل برگشت جامد شوند.

شکل دهی مایعات به صورت سه بعدی

چگونه از یک مایع یک شکل سه بعدی پیچیده بسازید بدون اینکه به یک گودال یا یک حباب خمیده ختم شود؟

محققان برای این منظور رویکرد گسترده ای به نام چاپ سه بعدی تعبیه شده ایجاد کردند. با این تکنیک، “جوهر” در داخل یک حمام از یک ماده نگهدارنده ثانویه قرار می گیرد که به گونه ای طراحی شده است که در اطراف نازل چاپ جریان داشته باشد و جوهر را درست پس از دور شدن نازل در محل قرار دهد. این به کاربران اجازه می دهد تا با نگه داشتن آنها در فضای سه بعدی تا زمان جامد شدن ساختار چاپ شده، اشکال پیچیده ای از مایعات ایجاد کنند. چاپ سه بعدی تعبیه شده برای ساختاربندی انواع مواد نرم مانند هیدروژل ها، میکروذرات و حتی سلول های زنده موثر بوده است.

با این حال، چاپ با سیلیکون همچنان چالش برانگیز است. سیلیکون مایع یک روغن است، در حالی که بیشتر مواد پشتیبان بر پایه آب هستند. روغن و آب دارای کشش سطحی بالایی هستند، که نیروی محرکه ای است که چرا قطرات روغن در آب شکل دایره ای به خود می گیرند. این نیرو همچنین باعث تغییر شکل ساختارهای سیلیکونی چاپ سه بعدی حتی در یک محیط حمایتی می شود.

بدتر از آن، این نیروهای سطحی، ویژگی های سیلیکونی با قطر کوچک را هدایت می کنند تا در حین چاپ به قطرات تبدیل شوند. تحقیقات زیادی در مورد ساخت مواد سیلیکونی انجام شده است که می توانند بدون پشتیبان چاپ شوند، اما این تغییرات سنگین همچنین ویژگی هایی را که کاربران به آن اهمیت می دهند، مانند نرمی و کشش سیلیکون، تغییر می دهند.

سیلیکون پرینت سه بعدی با AMULIT

به عنوان محققانی که در رابط فیزیک ماده نرم، مهندسی مکانیک و علم مواد کار می‌کنند، تصمیم گرفتیم با ایجاد یک ماده پشتیبانی ساخته شده از روغن سیلیکون، با مشکل کشش سطحی مقابله کنیم.

ما استدلال کردیم که بیشتر جوهرهای سیلیکونی از نظر شیمیایی شبیه به مواد پشتیبان سیلیکونی ما هستند، بنابراین کشش سطحی را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهند، اما همچنین به اندازه‌ای متفاوت هستند که وقتی برای چاپ سه‌بعدی کنار هم قرار می‌گیرند، جدا باقی می‌مانند. ما بسیاری از مواد پشتیبان نامزد ایجاد کردیم اما دریافتیم که بهترین روش ساخت امولسیون متراکم از روغن سیلیکون و آب است. می توان در مورد آن مانند سس مایونز شفاف کریستالی فکر کرد که از ریز قطرات بسته بندی شده آب در زنجیره ای از روغن سیلیکون ساخته شده است. ما این روش را تولید افزودنی در کشش سطحی بسیار کم یا AMULIT می نامیم.

با رسانه پشتیبانی AMULIT خود، توانستیم سیلیکون را با وضوح بالا چاپ کنیم و ویژگی هایی به قطر 8 میکرومتر (حدود 0.0003 اینچ) ایجاد کنیم. سازه های چاپ شده به اندازه نمونه های قالب گیری سنتی خود کشسان و بادوام هستند.

این قابلیت‌ها ما را قادر می‌سازد تا مدل‌های دقیق رگ‌های خونی مغز بیمار را براساس یک اسکن سه‌بعدی و همچنین یک مدل عملکرد دریچه قلب بر اساس آناتومی متوسط ​​انسان چاپ کنیم.

چاپ سیلیکونی سه بعدی در مراقبت های بهداشتی

سیلیکون جزء حیاتی محصولات بی‌شماری است، از کالاهای مصرفی روزمره مانند وسایل آشپزی و اسباب‌بازی گرفته تا فناوری‌های پیشرفته در صنایع الکترونیک، هوافضا و مراقبت‌های بهداشتی.

محصولات سیلیکونی معمولاً با ریختن یا تزریق سیلیکون مایع در قالب و برداشتن قالب پس از انجماد ساخته می شوند. هزینه و دشواری تولید قالب‌های با دقت بالا، تولیدکنندگان را به محصولاتی با اندازه‌ها، شکل‌ها و طرح‌های از پیش تعیین‌شده محدود می‌کند. حذف ساختارهای ظریف سیلیکونی از قالب ها بدون آسیب یک مانع اضافی است و هنگام قالب گیری ساختارهای بسیار پیچیده، نقص های ساخت افزایش می یابد.

غلبه بر این چالش‌ها می‌تواند امکان توسعه فناوری‌های پیشرفته مبتنی بر سیلیکون را در صنعت مراقبت‌های بهداشتی فراهم کند، جایی که ایمپلنت‌های شخصی‌شده یا تقلیدهای خاص بیمار از ساختارهای فیزیولوژیکی می‌توانند مراقبت را متحول کنند.

این مقاله از The Conversation تحت مجوز Creative Commons بازنشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.