محققان MIT دستگاه های میکروسیال خود گرم شونده چاپ سه بعدی را برای تشخیص بیماری مقرون به صرفه ابداع کردند.

محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) دستگاه های میکروسیال خود گرم شونده چاپ سه بعدی را توسعه داده اند که کاربردهای بالقوه ای را در ابزارهای تشخیص بیماری مقرون به صرفه ارائه می دهد.

تیم تحقیقاتی MIT از پرینت سه بعدی چند ماده ای استفاده کرد، روشی مقرون به صرفه، تا دستگاه های میکروسیال خود گرم شونده را در یک مرحله تولید ایجاد کند. این تکنیک امکان سفارشی‌سازی را فراهم می‌کند و مهندسان را قادر می‌سازد تا دستگاه‌های میکروسیالی را با پروفایل‌های گرمایش یا دماهای خاص در مناطق تعیین‌شده طراحی کنند. فرآیند ساخت کم هزینه که به موادی به ارزش تقریبی 2 دلار نیاز دارد، پتانسیل استفاده در مناطق دورافتاده کشورهای در حال توسعه را دارد که دسترسی به تجهیزات آزمایشگاهی گران قیمت محدود است.

«به‌ویژه اتاق‌های تمیز، جایی که معمولاً این دستگاه‌ها را می‌سازید، ساخت و اجرا بسیار گران است. اما ما می‌توانیم دستگاه‌های میکروسیال خودگرمکن بسیار توانمندی را با استفاده از ساخت افزودنی بسازیم و می‌توان آنها را بسیار سریع‌تر و ارزان‌تر از این روش‌های سنتی ساخت. لوئیس فرناندو ولاسکوئز-گارسیا، دانشمند اصلی آزمایشگاه فناوری میکروسیستم های MIT (MTL) و نویسنده ارشد مقاله ای که تکنیک ساخت را توصیف می کند، می گوید: این واقعا راهی برای دموکراتیزه کردن این فناوری است.

دستگاه های میکروسیال خود گرم شونده

محققان از چاپ سه بعدی اکستروژن چند ماده ای استفاده کردند که شامل یک پلیمر زیست تخریب پذیر (اسید پلی لاکتیک یا PLA) و یک نسخه اصلاح شده با نانوذرات مس بود. هنگامی که به یک مقاومت تبدیل می شود، این PLA اصلاح شده رسانا می شود و اجازه می دهد جریان الکتریکی را به عنوان گرما اتلاف کند. نتیجه یک دستگاه میکروسیال خود گرمایشی است که در یک مرحله روی یک چاپگر سه بعدی تولید می شود.

وقتی به آن فکر می‌کنید شگفت‌انگیز است زیرا ماده PLA یک دی الکتریک است، اما وقتی این ناخالصی‌های نانوذرات را وارد می‌کنید، خواص فیزیکی کاملاً تغییر می‌کند. این چیزی است که ما هنوز به طور کامل درک نکرده ایم، اما اتفاق می افتد و قابل تکرار است.

برای مقابله با چالش‌های مربوط به انتقال حرارت و نشت سیال، محققان یک لایه نازک و پیوسته از PLA بین مقاومت و کانال‌های میکروسیال اضافه کردند. تقریباً به اندازه یک چهارم ایالات متحده، دستگاه حاصل دارای کانال هایی به عرض 500 میلی متر و ارتفاع 400 میلی متر است که جریان سیال و واکنش های شیمیایی را تسهیل می کند. علاوه بر این، این تیم از یک فرآیند تولید یک مرحله‌ای برای ایجاد یک نمونه اولیه استفاده کرد که می‌تواند سیال را تا دمای 4 درجه سانتی‌گراد گرم کند که بین ورودی و خروجی جریان دارد. این تکنیک قابل تنظیم، امکاناتی را برای ایجاد دستگاه‌هایی باز می‌کند که سیالات را در الگوهای خاص یا در امتداد شیب‌های تعیین‌شده گرم می‌کنند و سازگاری این فناوری را در کاربردهای مختلف نشان می‌دهد.

علیرغم موفقیت نمونه اولیه، محدودیت‌هایی مانند حداکثر دمای PLA در حدود 50 درجه سانتیگراد وجود دارد که مانع از کاربردهایی می‌شود که به دمای بالاتر نیاز دارند. هدف این تیم ادغام ماده سوم برای سنجش دما و کشف استفاده از آهنرباهای چاپی برای مرتب‌سازی یا تراز ذرات است. در حالی که سادگی سیستم های میکروسیال چاپ سه بعدی پیشنهادی توجه را به خود جلب کرده است، تحقیقات بیشتری برای رفع محدودیت های موجود و اصلاح قابلیت های این فناوری برای کاربردهای عملی مورد نیاز است.

تحقیقات چاپ سه بعدی پزشکی از MIT قبلاً خبرساز شده بود. سال گذشته در ماه مارس، محققان MIT روشی را برای چاپ سه بعدی کپی های نرم قلب بیماران ابداع کردند تا از قابلیت های منحصر به فرد پمپاژ خون آنها تقلید کنند. این تیم با تبدیل تصاویر پزشکی به مدل های کامپیوتری سه بعدی، از جوهر مبتنی بر پلیمر برای چاپ ساختارهای دقیق و انعطاف پذیر قلب بیماران استفاده می کند.

آستین‌های اطراف قلب‌ها و آئورت‌های پرینت‌شده سه‌بعدی، فعالیت‌های پمپاژ را شبیه‌سازی می‌کردند و به محققان اجازه می‌دادند هوای خروجی را برای پمپاژ ریتمیک تنظیم کنند. این روش با استفاده از اسکن‌های 15 بیمار مبتلا به تنگی آئورت، شامل تبدیل اسکن‌های پزشکی آن‌ها به مدل‌های رایانه‌ای سه‌بعدی بود که پتانسیل خود را برای ایجاد مدل‌های قلبی شخصی‌شده برای ارزیابی درمان نشان می‌داد.

میکروسیالات در حال بهبود نقطه مراقبت

ادغام میکروسیال های پرینت سه بعدی در تنظیمات نقطه مراقبت پتانسیل تغییر تشخیص را دارد. با نمونه سازی سریع و تولید کم هزینه، پرینت سه بعدی به دستگاه های سفارشی اجازه می دهد تا نیازهای تشخیصی خاص را برطرف کنند. همانطور که پرینت سه بعدی پیشرفت می کند، نویدبخش بهبود تشخیص های قابل دسترس در نقطه مراقبت است.

در گذشته، محققان دانشگاه بریستول یک روش چاپ سه بعدی مقرون به صرفه و منبع باز را برای ایجاد دستگاه های میکروسیال، به ویژه با استفاده از پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) معرفی کردند. استفاده از تجهیزات استاندارد خانگی و چاپگر سه بعدی رومیزی، هزینه ها را کاهش می دهد و دسترسی به تحقیقات میکروسیال را افزایش می دهد. این رویکرد دارای پتانسیل فناوری تشخیصی مقرون‌به‌صرفه است که بر زمینه‌هایی مانند آزمایشگاه‌های روی تراشه، زیست‌شناسی سلولی و تبلور پروتئین تأثیر می‌گذارد.

در جای دیگر، محققان موسسه فناوری استیونز از مدل‌سازی محاسباتی برای پیشبرد چاپ زیستی سه‌بعدی مبتنی بر میکروسیال‌ها با هدف ساخت کل اندام‌های انسان استفاده کردند. برخلاف پرینترهای زیستی مبتنی بر اکستروژن، رویکرد میکروسیالی آنها دقیقاً مایعات را از طریق کانال‌های کوچک دستکاری می‌کند و ساختارهایی به کوچکی ده‌ها میکرون را امکان‌پذیر می‌سازد.

در این مورد، دقت در مقیاس سلولی برای تقلید دقیق ویژگی‌های بیولوژیکی بسیار مهم بود. این تیم میکروسیال‌ها را عاملی کلیدی در غلبه بر محدودیت‌های تکنولوژیکی چاپ زیستی سه‌بعدی فعلی می‌دانند که با مهندسی بافت‌های پیچیده و حتی پوست مستقیماً روی زخم‌ها، پیوند اعضا را متحول می‌کند.

چه می کند آینده پرینت سه بعدی برای ده سال آینده نگه دارید؟

چی چالش های مهندسی آیا در دهه آینده باید در بخش تولید مواد افزودنی مورد توجه قرار گیرد؟

برای به روز ماندن از آخرین اخبار پرینت سه بعدی، فراموش نکنید که مشترک شوید خبرنامه صنعت چاپ سه بعدی یا ما را دنبال کنید توییتر، یا صفحه ما را در آن لایک کنید فیس بوک.

وقتی اینجا هستید، چرا مشترک ما نمی شوید یوتیوب کانال؟ شامل بحث، خلاصه، فیلم کوتاه، و پخش مجدد وبینار.

آیا به دنبال شغل در صنعت تولید مواد افزودنی هستید؟ بازدید کنید مشاغل پرینت سه بعدی برای انتخاب نقش ها در صنعت

تصویر برجسته نشان می‌دهد که محققان MIT یک فرآیند ساخت را برای تولید دستگاه‌های میکروسیال خود گرم شونده در یک مرحله با استفاده از یک چاپگر سه بعدی چند ماده ایجاد کردند. تصویر نمونه ای از یکی از دستگاه ها است. عکس از طریق موسسه فناوری ماساچوست.