Wissenschaftler der University of Florida haben gelernt, wie man
Silikon in ein Mikrogel druckt . Diese Entdeckung verspricht, die Technologie zur Herstellung medizinischer Implantate erheblich voranzutreiben: Sie werden zuverlässiger, billiger und bequemer als alle derzeit auf dem Markt erhältlichen Implantate. Und das haben Sie nicht gedacht, sondern etwas ganz anderes. Zum Beispiel Herzklappen sowie weiche Katheter, Drainageinstrumente, implantierbare Netze und anderes chirurgisches Zubehör.
Derzeit müssen solche Vorrichtungen auf der Presse geformt werden. Wenn eine bestimmte Form und Größe erforderlich ist, kann sich das Warten auf eine Operation über mehrere Tage oder sogar Wochen hinziehen. Nicht jeder Patient wird überleben, bis er ein Silikon in die gewünschte Form gebracht hat. Der 3D-Druck reduziert die Fertigungszeit auf Stunden, was theoretisch das Leben eines Menschen retten könnte.
Ein Mikrogel ist ein gequollenes Mikroteilchen, das aus miteinander verbundenen Polymeren gebildet wird. Sie haben sehr spezifische und nützliche rheologische Eigenschaften, dh eine spezifische Kombination aus Verformung und Fließfähigkeit. Daher werden sie im industriellen Maßstab zur Verwendung als Schmiermittel, Körperpflegeprodukte, zur Beschichtung von Materialien und sogar
zum Sammeln von Öl hergestellt . Unter dem Einfluss von extremem Druck verwandelt sich das Mikrogel in eine Flüssigkeit - dies geschieht nicht spontan, wenn die Substanz erhitzt wird. Diese Eigenschaft (vorübergehende Umwandlung in eine Flüssigkeit) wird für den 3D-Druck flüssiger Objekte in einem Mikrogel verwendet.
Herkömmliche industrielle Produktionsmethoden - Quellsynthese - beschränkten die Verwendung von Mikrogelen. Vor einigen Jahren beherrschten Wissenschaftler den 3D-Druck, und dann wurde für dieses Material eine völlig neue Hypostase gefunden. Gequetschtes Mikrogel wird verwendet, um einzigartige Hydrogel- und Silikonstrukturen und sogar
Konstrukte zur Unterstützung lebender Zellen zu drucken. Bei dieser Technik wird das gedruckte Material buchstäblich physikalisch in den Raum des verpackten Mikrogels eingeklemmt, das sich unter dem Einfluss einer Druckspitze (Injektionsspitze) vorübergehend in eine Flüssigkeit verwandelt und dann schnell in seinen vorherigen Gelzustand zurückkehrt. Somit wird es möglich, weiche und spröde Materialien innerhalb des Behälters mit hoher Genauigkeit zu drucken. Diese Technik wurde von Forschern der University of Florida verwendet. Das Forschungsteam beschäftigt sich seit mehreren Jahren mit dem 3D-Druck lebender Organe und Gewebe. Dieses Projekt war ein Nebenprodukt ihrer Forschung.
Die wichtigste wissenschaftliche Entdeckung in diesem Fall ist die chemische Struktur des Behälters. Frühere Mikrogele auf Wasserbasis erlaubten kein Drucken mit flüssigem Silikon, das sich buchstäblich im Behälter löste. Daher haben Wissenschaftler ein Material auf Ölbasis entwickelt, mit dem sich „Farbe“ nicht vermischt.
Die Herstellungszeit für chirurgisches Zubehör und Implantate wird um eine Größenordnung reduziert, was an sich schon eine enorme Leistung ist. Gleichzeitig wird es aber auch möglich, Teile einer komplexeren Form herzustellen. Einige Arten von Produkten, wie beispielsweise Drainageschläuche mit druckempfindlichen Ventilen, können im Allgemeinen nicht in einem Schritt auf einer Presse hergestellt werden. Dies ist eine schwierige und mühsame Aufgabe. Jetzt können sie einfach gedruckt werden.
Gedruckte Silikonobjekte„Unser neues Material unterstützt flüssiges Silikon und ermöglicht den 3D-Druck sehr komplexer Strukturen und sogar eingekapselter Teile aus Silikonelastomer“,
sagte der Hauptautor des Papiers, Christopher O'Bryan, Doktorand in Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik.
In diesem Bereich ist es nicht ganz angebracht, über Finanzen zu sprechen, aber neu hergestelltes Zubehör sollte viel billiger sein als das derzeitige.
Vermutlich wird es mit dem Aufkommen neuer Technologien sogar möglich sein, neue therapeutische Geräte zu entwickeln, mit denen Substanzen eingekapselt und in geringen Mengen im Körper freigesetzt werden können. Dies sind Medikamente oder Moleküle, die das Gewebewachstum an den richtigen Stellen stimulieren. Wenn Sie phantasieren, werden wir eines Tages buchstäblich beginnen, Muskeln, Blutgefäße und Nervengewebe über dem Skelett aufzubauen - um einen menschlichen Körper von Grund auf neu aufzubauen, wie in der Science-Fiction.
Der Organ- und Gewebedruck bleibt das Hauptziel einer Gruppe von Forschern der University of Florida, die weiterhin mit 3D-Druckern und verschiedenen Materialien experimentieren. Laut Ingenieuren wird dies in einigen Jahrzehnten möglich sein. Dies ist eine ziemlich ferne Zukunft, daher wurden sie kurz vom Nebenprojekt des Druckens von Silikonimplantaten abgelenkt - eine Erfindung, die heute verwendet werden kann.
Die wissenschaftliche Arbeit wurde am 10. Mai 2017 in der Zeitschrift
Science Advances (doi: 10.1126 / sciadv.1602800) veröffentlicht.