塑料和陶瓷復合材料3D打印定制醫療導管

近日，美國東北大學的研究人員開發出了一種新的方法可以為早產的嬰兒或其它重要的醫療設備3D打印定制的導管。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療救護，以確保他們的生存和健康，而導管在這種援助中發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、流體和藥物。

新技術3D打印定制導管為嬰兒輸送氧氣和營養

盡管它們的作用非常重要，但是我們平常使用的導管卻遠遠談不上完美。這些導管往往具有標準的形狀和大小，而非根據每個病人的獨特身體結構來量身定做。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嬰兒的需要。美國東北大學的研究者們認識到了這個問題，并設法借助3D打印來彌補它。

“在新生兒護理中，每個寶寶是不同的，因此有各自不同的問題?！痹撔C械和工業工程系副教授Randall Erb解釋說?！叭绻憧梢愿鶕€別病人的特定3D打印出特定幾何形狀的導管，就可以將其插入到某一關鍵點，避免穿刺靜脈，并加快藥物的輸送?！?/p>

由Erb和他的團隊開發的這種3D打印技術使用了一種復合材料(混合了塑料和陶瓷)，并借助磁場來幫助產品成型。這種3D打印的導管，以及其他醫療設備，與傳統的同類產品相比，強度更高、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。

研究人員們開發的這種新的3D打印技術最獨特、最具革命的部分是它能夠使用磁鐵精確地安排陶瓷纖維，從而實現對于材料力學性能的總體控制。而這種對于陶瓷纖維分布的精細控制能夠帶來巨大優勢：每個拐角、曲線和材料孔都能夠充分持久地實現其精確的醫療功能。通過精確控制微小的陶瓷纖維，醫務人員可以確保材料盡可能地輕、無創性，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，他曾經幫助設計和制作了這個論文中的許多實驗。“將許多非常簡單的構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性能結果?！?/p>

這種獨特的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對齊。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行磁化。這種工藝早已被FDA批準可以用于醫療目的。然后再根據需要將超低磁場施加到該復合材料的某一特定位置，Erb稱這一過程既簡單又安全。

而其產品最后使用一種名為立體光刻(stereolithography，即SLA)的3D打印技術打印成型，實際上這是一種很常見的光固化技術。

Martin說：“我相信我們的研究在材料科學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，我們終于能夠觸及我們一直在理論上確定的特定纖維結構能夠導致力學性能的改善這一領域了，未來我們還可以在此基礎上生成復雜的體系結構?！?/p>

Erb及其團隊的這篇論文被發表在了10月23日一期的《Nature Communications》上了。

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責任編輯：Kris