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Der Einsatz eines neuen 3D-Druckverfahrens kann die Leistung medizinischer Geräte und die Bakterienresistenz verbessern

Mithilfe des neuen 3D-Druckverfahrens entdeckten Forscher der University of Nottingham, wie künstliche Körperteile und andere medizinische Geräte mit integrierten Funktionen angepasst werden können, um eine bessere Form und Haltbarkeit zu bieten und gleichzeitig das Risiko bakterieller Infektionen zu verringern.

Dr. Yinfeng He, der Forschungsleiter und das Additive Manufacturing Center, sagte, dass die meisten massenproduzierten Medizinprodukte die einzigartigen und komplexen Bedürfnisse der Benutzer nicht vollständig erfüllen können. In ähnlicher Weise haben 3D-Druckverfahren mit einem einzigen Material Designbeschränkungen und können keine kundenspezifischen Geräte mit mehreren biologischen oder mechanischen Funktionen herstellen.

Der Einsatz eines neuen 3D-Druckverfahrens kann die Leistung medizinischer Geräte und die Bakterienresistenz verbessern

Aber zum ersten Mal verwenden wir die computergestützte Multi-Material-3D-Drucktechnologie, um zu beweisen, dass komplexe Funktionen in einem maßgeschneiderten Gesundheitsgerät kombiniert werden können, um die Gesundheit der Patienten zu verbessern.

Es besteht die Hoffnung, dass der innovative Designprozess auf den 3D-Druck aller medizinischen Geräte angewendet werden kann, die anpassbare Formen und Funktionen erfordern. Dieses Verfahren kann beispielsweise verwendet werden, um hochindividuelle einteilige Prothesen oder Gelenke herzustellen, um fehlende Finger oder Beine zu ersetzen und sie perfekt an den Patienten anzupassen, um ihren Komfort und die Haltbarkeit der Prothese zu verbessern; oder um eine Vielzahl von Medikamenten zu drucken Maßgeschneiderte Pillen, sogenannte Multipillen, werden optimiert und in einer vordefinierten Behandlungssequenz an den Körper abgegeben.

Gleichzeitig verschärft sich die Alterung der Weltbevölkerung und die Nachfrage nach Medizinprodukten wird in Zukunft höher sein. Der Einsatz dieser Technologie kann die Gesundheit und das Wohlbefinden älterer Menschen verbessern und die finanzielle Belastung der Regierung verringern.

Antibakterielle künstliche Fingergelenke, hergestellt im Multimaterial-3D-Druckverfahren.

Wie funktioniert das

In dieser Studie wendeten die Forscher einen Computeralgorithmus an, um 3D-gedruckte Objekte zu entwerfen und herzustellen, die aus zwei Polymermaterialien unterschiedlicher Härte bestehen, die auch die Ansammlung von bakteriellem Biofilm verhindern können. Durch diese Optimierung der Steifigkeit ist es ihnen gelungen, kundenspezifisch geformte und bemessene Teile zu erhalten, die die erforderliche Flexibilität und Festigkeit bieten.

Zum Beispiel verwenden gegenwärtige künstliche Fingergelenkersatzkomponenten Silikon- und Metallkomponenten, um dem Träger ein standardisiertes Maß an Fingerfertigkeit zu bieten und dennoch stark genug zu sein, um in den Knochen implantiert zu werden. Als Demonstrator der Studie war das Team jedoch in der Lage, Fingerknöchel, die diese doppelten Anforderungen erfüllen, in einem Gerät in 3D zu drucken und gleichzeitig ihre Größe und Stärke an die Anforderungen einzelner Patienten anzupassen.

Spannend ist, dass das Team mit zunehmender Designkontrolle in der Lage ist, eine Vielzahl von Materialien für den neuen 3D-Druck zu verwenden. Diese Materialien sind von Natur aus antibakteriell und biologisch funktional, sodass sie implantiert werden und Infektionen (möglicherweise Infektionen, die während und nach einer Operation auftreten) ohne den Einsatz von zusätzlichen Antibiotika bekämpfen.

Das Team verwendete außerdem eine neue hochauflösende Charakterisierungstechnologie (3D Orbital SIMS), um die Chemie der gedruckten Struktur in 3D abzubilden und die Kombination zwischen ihnen im gesamten Teil zu testen. Dies zeigt, dass diese beiden Materialien in sehr kleinem Maßstab an ihrer Grenzfläche miteinander vermischt werden; ein Zeichen für eine gute Haftung, was bedeutet, dass bessere Geräte weniger wahrscheinlich beschädigt werden.

Die Forschung wurde vom Center for Additive Manufacturing (CfAM) durchgeführt und vom Forschungsrat für Ingenieur- und Physikalische Wissenschaften gefördert. Die vollständigen Forschungsergebnisse wurden in einem Artikel in Advanced Science mit dem Titel „Exploiting generative design for 3D Printing of bakterielle biofilm Resistente Composite Devices“ veröffentlicht.

Vor der Kommerzialisierung der Technologie planen die Forscher, ihre potenzielle Anwendung zu erweitern, indem sie sie an fortschrittlicheren Materialien mit zusätzlichen Funktionen wie der Kontrolle von Immunreaktionen und der Förderung der Stammzellanheftung testen.

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