Forscher haben einen großen Schritt in Richtung 3D-Laserdruckmaterialien gemacht, die bei chirurgischen Eingriffen zur Implantation oder Reparatur medizinischer Geräte verwendet werden könnten.
Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Forschern der Lancaster University hat eine Methode zum 3D-Druck flexibler Elektronik unter Verwendung des leitfähigen Polymers Polypyrrol entwickelt und gezeigt, dass es möglich ist, diese elektrischen Strukturen direkt auf oder in lebende Organismen (Spulwürmer) zu drucken. .
Ihre Ergebnisse werden in dem Artikel „Creating 3D objects with integrated electronics via multiphoton fabrication in vitro and in vivo“ berichtet, der in veröffentlicht wurde Fortschrittliche Materialtechnologien.
Obwohl sich die Forscher noch in der Proof-of-Concept-Phase befinden, glauben die Forscher, dass diese Art von Prozess, wenn er vollständig entwickelt ist, das Potenzial hat, patientenspezifische Implantate für eine Vielzahl von Anwendungen zu drucken, einschließlich Echtzeit-Gesundheitsüberwachung und medizinische Eingriffe wie die Behandlung von Epilepsie oder Schmerz.
Dr. John Hardy, Dozent für Materialchemie an der Lancaster University und einer der Hauptautoren der Studie, sagte: „Dieser Ansatz verändert möglicherweise die Herstellung komplexer 3D-Elektronik für technische und medizinische Anwendungen – einschließlich Strukturen für Kommunikation, Displays und B. Sensoren. Solche Ansätze könnten die Art und Weise revolutionieren, wie wir medizinische Geräte implantieren, aber auch reparieren. Beispielsweise könnten Technologien wie diese eines Tages verwendet werden, um kaputte implantierte Elektronik durch einen Prozess zu reparieren, der der Laser-Zahn-/Augenchirurgie ähnelt. Sobald sie vollständig ausgereift sind, Eine solche Technologie könnte eine derzeit große Operation in ein viel einfacheres, schnelleres, sichereres und billigeres Verfahren verwandeln.“
In einer zweistufigen Studie verwendeten die Forscher einen Nanoscribe (einen hochauflösenden Laser-3D-Drucker), um eine elektrische Schaltung direkt in eine Silikonmatrix (unter Verwendung eines additiven Verfahrens) in 3D zu drucken. Sie zeigten, dass diese Elektronik Mäuseneuronen in vitro stimulieren kann (ähnlich wie neurale Elektroden für die Tiefenhirnstimulation in vivo verwendet werden).
Dr. Damian Cummings, Dozent für Neurowissenschaften am University College London und Mitautor der Studie, der die Hirnstimulationsarbeit leitete, sagte: „Wir nahmen 3D-gedruckte Elektroden und platzierten sie auf einem Stück Hirngewebe einer Maus, in dem wir am Leben blieben vitro. Mit diesem Ansatz konnten wir neuronale Reaktionen hervorrufen, die denen in vivo ähneln. Fertig angepasste Implantate für eine Vielzahl von Geweben bieten sowohl therapeutisches Potenzial als auch können in vielen Forschungsbereichen eingesetzt werden.“
In der zweiten Phase der Studie druckten die Forscher leitende Strukturen direkt in Nematodenwürmern in 3D und zeigten, dass der gesamte Prozess (Tintenformulierung, Laserbelichtung und Druck) mit lebenden Organismen kompatibel ist.
Dr. Alexandre Benedetto, Senior Lecturer für Biomedizin an der Lancaster University und ein weiterer Hauptautor der Studie, sagte: „Wir haben im Wesentlichen leitfähige Flecken auf winzige Würmer tätowiert, indem wir intelligente Tinte und Laser anstelle von Nadeln verwendet haben. Es hat uns gezeigt, dass eine solche Technologie das erreichen kann Auflösung, Sicherheit und Komfortniveaus, die für medizinische Anwendungen erforderlich sind. Obwohl die Verbesserung der Infrarotlasertechnologie, der intelligenten Tintenformulierung und -abgabe entscheidend für die Umsetzung solcher Ansätze in die Klinik sein wird, ebnet sie den Weg für sehr aufregende biomedizinische Innovationen.“
Die Forscher glauben, dass diese Ergebnisse ein wichtiger Schritt sind, der das Potenzial für additive Fertigungsansätze zur Herstellung fortschrittlicher Materialtechnologien der nächsten Generation hervorhebt – insbesondere integrierte Elektronik für technische und maßgeschneiderte medizinische Anwendungen.
Die nächsten Schritte in der Entwicklung in der Forschung sind bereits im Gange, um die Materialien zu untersuchen, in denen gedruckt werden kann, die Arten von Strukturen, die gedruckt werden können, und Prototypen zu entwickeln, die potenziellen Endbenutzern präsentiert werden können, die an einer gemeinsamen Entwicklung interessiert sein könnten Technologie. Die Forscher glauben, dass die Technologie etwa 10 bis 15 Jahre von der vollständigen Entwicklung entfernt ist.
Mehr Informationen:
Sara J. Baldock et al, Erstellen von 3D-Objekten mit integrierter Elektronik über Multiphotonen-Fertigung in vitro und in vivo, Fortschrittliche Materialtechnologien (2023). DOI: 10.1002/admt.202201274