Zelfs bij lage snelheden is de 3D-printer ontworpen door Rohit Bhargava gewoonweg fascinerend. Tijdens beweging verschijnt plotseling een straaltje dunne, glanzende massa, vergelijkbaar met plastic, uit de scherpe punt. In een fractie van een seconde komt er weer een buis uit. Dan voegen ze zich bij elkaar, de contouren van een driedimensionale vorm worden getekend - een kleine anatomisch exacte kopie van het hart.
Rohit Bhargava en zijn 3D-printer
Het hoofd van het kankerinnovatiecentrum van de Universiteit van Illinois werkt aan het probleem van het introduceren van complexe technische oplossingen in de moderne geneeskunde.
"Er moeten fundamentele veranderingen plaatsvinden in de gezondheidszorg", zegt Bhargava. - Besteed aandacht aan moderne laptops, telefoons. Voorheen waren ze duur, maar na verloop van tijd werden ze goedkoper, omdat technologieën geavanceerder werden. Als we innovatieve ontwikkelingen naar de zorg overdragen, kennis veralgemenen en omzetten in bruikbare oplossingen, kunnen we in de toekomst de kosten van medische zorg aanzienlijk verlagen en de kwaliteit ervan verbeteren."
De Bhargava 3D-printer is gebaseerd op complexe wiskundige algoritmen. Het apparaat kan buisjes printen tot 10 micron dik - 1/5 van de dikte van een mensenhaar.
Promotie video:
De filamenten die uit de Rohit-printer komen, kunnen aan elkaar binden en complexe ontwerpen creëren. Er kunnen zich cellen op ontwikkelen, biologische vloeistoffen kunnen er doorheen gaan. Lymfevaten, melkkanalen en andere elementen kunnen in elke hoeveelheid worden gereproduceerd - tientallen, honderden, duizenden. Hierdoor kunnen veel belangrijke experimenten worden uitgevoerd.
Onderzoekers zullen dankzij het gebruik van verschillende therapeutische methoden tumorcellen in elk monster kunnen injecteren, waarbij de nadruk ligt op gedrag en kankerreacties in het lichaam van een individuele patiënt. Dit maakt het gemakkelijker om de verschillen tussen zieke en gezonde weefsels te analyseren en te begrijpen.
Cyborg-technologie
De Minnesota-wetenschapper Michael McAlpin concentreerde zich ook op het werk van 3D-printers.
In de regel vervangen hij en zijn collega's tijdens het onderzoek het hart door een pacemaker, het kniekraakbeen door titanium. Moderne technologieën maken het mogelijk om in plaats van het aangetaste orgaan, bijvoorbeeld de lever, een driedimensionale kopie ervan te installeren, bestaande uit dezelfde cellen als het origineel.
Een van de eerste prestaties van het laboratorium van McAlpin was het oor - een spiraal van zilveren nanodeeltjes was ingebed in de roze schil van kraakbeen. Toen werd de uitvinding het onderwerp van spot vanwege zijn eenvoud en grove uiterlijk. Het oor kon echter radiofrequenties detecteren die buiten het normale bereik van mensen lagen.
Het was een cel van hetzelfde type met simpele elektronica. In de wetenschappelijke gemeenschap werd dit "directe opname", "additive manufacturing" genoemd, aangezien iedereen begreep dat dit nog geen 3D-printen was. De slagboom werd echter neergehaald. Tegenwoordig zijn 3D-bionica-projecten overal.
Technische oplossingen voor de toekomst
McAlpin werkt aan een machine die verschillende soorten materialen tegelijkertijd kan verwerken, snel biologische stoffen en elektronica kan combineren.
De tijd is natuurlijk nog niet gekomen dat prothetische oren met superkrachten voor iedereen beschikbaar zijn. Maar zo ver is het niet, dankzij het werk van het team van McAlpin. Zijn lab stopt niet bij het oor. Onlangs creëerde het team van de wetenschapper een bionisch oog. Nu werken ingenieurs aan bionische huid en geregenereerd ruggenmerg.
McAlpin gelooft dat niemand nu een 3D-printer nodig heeft, omdat deze alleen omvangrijke prullaria op de desktop afdrukt. Uitbreiding van de functies van technologie, de introductie van algoritmen waardoor de apparaten zullen werken met zachte polymeren, verschillende biologische materialen en elektronica.
Pijnloze injecties
Aan de Universiteit van Texas in Dallas werkt een team onder leiding van Jeremiah J. Gassensmith aan het verbeteren van injectienaalden met behulp van 3D-technologie.
"Naalden hebben geen vrienden", grapt Ron Smaldon, een UT-Dallas-chemicus en lid van de Gassensmith-groep. Samen met afgestudeerde studenten Daniel Berry en Michael Luzuriaga hielp Ron bij het ontwikkelen van de 3D micronaald patch. Het lijkt op een stuk ducttape waarin een vaccin of medicijn wordt gegoten.
De pleister bevat een rooster van microscopisch kleine naalden. Ze doorboren de bovenste huidlaag van de patiënt volledig pijnloos om de nodige medicijnen aan het lichaam af te geven. Momenteel wordt de productie van micronaalden uitgevoerd met behulp van plastic mallen of uit roestvrijstalen sjablonen met behulp van lithografie. Het gebruik van 3D-technologie en biologisch afbreekbaar plastic zal de ontwikkelingskosten aanzienlijk verlagen. Microneedle-patches kunnen in de nabije toekomst overal worden geproduceerd waar een energiebron is.
Microscopische robotzwemmers
Hakan Ceylan, een onderzoeker aan het Max Planck Instituut voor Intelligente Systemen (Stuttgart, Duitsland), maakt ambitieuze plannen: hij wil de noodzaak van een operatie elimineren. Hoe? Robots-zwemmers (microsimmers) ter grootte van een kooi zullen hem hierbij helpen.
“Chirurgische ingrepen zijn erg traumatisch. Veel operaties zijn dodelijk. Of er sterven mensen aan postoperatieve infecties”, zegt Hakan Ceylan.
Microsimmers worden gemaakt op een 3D-printer met behulp van twee-fotonpolymerisatie en dubbele helische hydrogel met magnetische nanodeeltjes. Zwemrobots zijn semi-autonoom. Ze worden geïmplanteerd met behulp van externe magnetische straling. Ze kunnen ook reageren op bepaalde omgevingssignalen of chemicaliën die ze in het lichaam tegenkomen.
Hersenanalyse
Eric Wiire werkt aan de Universiteit van San Diego. Hij onderzoekt de hersenen: de oorzaken van migraine, oorsuizen, duizeligheid en andere aandoeningen. Het werk van Viire omvat het gebruik van virtual reality-technologie om sommige van deze aandoeningen te behandelen.
De wetenschapper bestudeert ook de mogelijkheden van videoanalyse bij de diagnose van melanoom. Door het gebruik van deze technologie kunnen grotere databases van betere kwaliteit en goedkopere hyperspectrale sensoren worden gemaakt.
Ilya Filatov
