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近日，美國東北大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種新的方法可以為早產(chǎn)的嬰兒或其它重要的醫(yī)療設(shè)備3D打印定制導(dǎo)管。在美國，每年幾乎有50萬嬰兒過早出生。這些嬰兒需要有力的醫(yī)療救護(hù)，以確保他們的生存和健康，而導(dǎo)管在這種援助中發(fā)揮著極其重要的作用。薄薄的塑膠管，需要連接到寶寶的鼻子、嘴巴或靜脈上，以幫助提供必要的氧氣、營養(yǎng)、流體和藥物。
盡管它們的作用非常重要，但是我們平常使用的導(dǎo)管卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上完美。這些導(dǎo)管往往具有標(biāo)準(zhǔn)的形狀和大小，而非根據(jù)每個病人的獨(dú)特身體結(jié)構(gòu)來量身定做。這意味著，由于各種生理方面的原因，它并不能切合滿足每個早產(chǎn)嬰兒的需要。美國東北大學(xué)的研究者們認(rèn)識到了這個問題，并設(shè)法借助3D打印來彌補(bǔ)它。
“在新生兒護(hù)理中，每個寶寶是不同的，因此有各自不同的問題。”該校機(jī)械和工業(yè)工程系副教授Randall Erb解釋說。“如果你可以根據(jù)個別病人的特定3D打印出特定幾何形狀的導(dǎo)管，就可以將其插入到某一關(guān)鍵點(diǎn)，避免穿刺靜脈，并加快藥物的輸送。”
由Erb和他的團(tuán)隊開發(fā)的這種3D打印技術(shù)使用了一種復(fù)合材料(混合了塑料和陶瓷)，并借助磁場來幫助產(chǎn)品成型。這種3D打印的導(dǎo)管，以及其他醫(yī)療設(shè)備，與傳統(tǒng)的同類產(chǎn)品相比，強(qiáng)度更高、重量更輕，在加上能夠量身定制，對于每個病人來說都非常完美。
研究人員們開發(fā)的這種新的3D打印技術(shù)最獨(dú)特、最具革命的部分是它能夠使用磁鐵精確地安排陶瓷纖維，從而實現(xiàn)對于材料力學(xué)性能的總體控制。而這種對于陶瓷纖維分布的精細(xì)控制能夠帶來巨大優(yōu)勢：每個拐角、曲線和材料孔都能夠充分持久地實現(xiàn)其精確的醫(yī)療功能。通過精確控制微小的陶瓷纖維，醫(yī)務(wù)人員可以確保材料盡可能地輕、無創(chuàng)性，同時確保其耐久性。
“我們正在遵循大自然的指引”博士生Joshua Martin解釋說，他曾經(jīng)幫助設(shè)計和制作了這個論文中的許多實驗。“將許多非常簡單的構(gòu)建塊一特殊的方式組織起來真的能夠獲得讓人印象深刻的力學(xué)性能結(jié)果。”
這種獨(dú)特的3D打印法使用磁鐵使每個微小的陶瓷纖維按照某一個與打印對象幾何特征一致的方向?qū)R。這種陶瓷纖維材料是通過磁鐵和氧化鐵來操縱的。研究人員一開始通過為這些陶瓷纖維敷上輕微的氧化鐵來對其進(jìn)行磁化。這種工藝早已被FDA批準(zhǔn)可以用于醫(yī)療目的。然后再根據(jù)需要將超低磁場施加到該復(fù)合材料的某一特定位置，Erb稱這一過程既簡單又安全。
而其產(chǎn)品最后使用一種名為立體光刻(stereolithography，即SLA)的3D打印技術(shù)打印成型，實際上這是一種很常見的光固化技術(shù)。
Martin說：“我相信我們的研究在材料科學(xué)研究中打開一個新的前沿。在很長的時間里，研究人員們一直在試圖設(shè)計更好的材料，但理論和實驗之間的鴻溝一直存在。通過這項技術(shù)，我們終于能夠觸及我們一直在理論上確定的特定纖維結(jié)構(gòu)能夠?qū)е铝W(xué)性能的改善這一領(lǐng)域了，未來我們還可以在此基礎(chǔ)上生成復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)。”
Erb及其團(tuán)隊的這篇論文被發(fā)表在10月23日一期的《Nature Communications》上。
