医疗和牙科

科学家3d打印新的蜻蜓启发的“尖刺关节”,用于治疗腕部伤害

来自德国的研究人员基尔大学已经开发出新颖的3D打印“尖刺关节”,为腕关节损伤患者提供更灵活的手臂支撑形式。

灵感来自蜻蜓的天然翼微关节,尖峰关节采用新型的互锁机制,设计用于缓冲手腕而不会损害自由运动。当设定到其最大刚性时,科学家认为他们的设备可能是治疗日常菌株和扭伤的理想选择,并防止运动员中共同的过度伸展伤。

概述基尔研究人员3D印刷手腕夹板布局的图。
研究人员的3D打印支架(如图)被证明能够抵抗高达30公斤的重量。图片由tc生物与仿生材料杂志提供。

彻底改变手腕夹板

肌肉、骨骼或关节的损伤(也被称为肌肉骨骼损伤)很多,而且很痛。据Kiel的研究人员称,在英国和美国,多达15%的全科医生都与这种拉伤、扭伤和骨折有关,其中大多数是由剧烈的体育活动造成的,比如健身或举重。

目前,肌肉骨骼损伤经常用正统的铸件治疗,但这些可能是沉重的,限制性的,对环境极为糟糕。在一项研究中追溯到2012年,研究人员发现,每年从单独浪费的绷带生成670,000公斤的垃圾,需要创造更加环保的解决方案。

随着3D打印技术的普及,最近出现了更轻、更可回收的腕带夹板设计,它们通常都是为了刚性而不是机动性,限制了佩戴者的行动。为了克服这个问题,Kiel团队从控制蜻蜓翅膀变形的关节中获得灵感,开发出更灵活的支撑,能够更好地适应施加的载荷。

蜻蜓的图象,它的翼静脉关节的特写镜头。
棘状关节是基于蜻蜓翅膀上的脉状关节。图片由tc生物与仿生材料杂志提供。

强大而可适应的尖刺关节

利用A.Prusa i3 MK3 3D打印机和PLA纤维,科学家已经能够将他们的专利设计变成现实,创造了一个可工作的手腕夹板原型。该设备本身的特点是其移动部件有四个相互连接的管状元件,每一个都包括一个spike-like stoppers,允许用户设置想要的角度来锁定位置。

其他则为14 × 3 × 2厘米3.手腕支撑处有穿孔,以提高透气性,并配有四个把手和侧面的魔术贴带,使其易于连接或拆卸。为了评估他们的设备的承载能力,小组对其进行了一系列静态弯曲测试,结果证明它能够承受高达30公斤的重量。

研究人员称,如果用更有弹性的合金制成,它们的支撑力可以承受450公斤以上的压力。鉴于目前的世界举重纪录是477公斤,这是一个不小的壮举。进一步的测试表明,该设备的“尖刺”也可以在手腕角度高达70-80°时激活,证明了它在防止过伸损伤方面的有效性。

虽然科学家尚未对其新颖的手腕夹板进行临床试验,但他们已经设计了膝盖和肘部变异,并考虑他们代表“可销售技术”的方法。该团队还认为,他们的“可变流动性”概念可能非常适合于机器人或工程应用,潜在地屈服于未来的变形承载结构。

3D打印优化的臂撑

使用3D打印技术,可以精确调整许多临床设备的尺寸和刚性水平,该技术通常用于制造定制支架。

研究人员基于格鲁吉亚大学例如,已使用3D打印机创建一个个性化的胳膊支撑美式足球运动员索尼米歇尔。碳纤维支持使跑回来返回动作,同时保留在戏剧期间携带手臂下的球的能力。

同样,临床医生来自东南大学中大医院3D打印了一种新型的手臂支撑这使一位病人的左手能够重新使用。使用3D扫描和建模,医生最终能够制造出比传统技术更可定制的支架。

这家意大利生物医学初创企业采取了一种更具可扩展性的方法exos.已经开始营销新的“装甲”系列可定制的3D印刷背括号。首次在CES 2021在美国,模块化支架被设计为坚固和透气,同时可以根据每个患者的需要量身定制。

研究人员的研究结果详细发表在他们题为《尖刺 - 联合:将流动性和支持的生物悬浮的解决方案该报告由阿里·哈赫西、斯坦尼斯拉夫·n·戈尔布和哈米德·拉加比共同撰写。

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特写图片显示了Kiel团队的3D打印支持的优势总结。图片由tc生物与仿生材料杂志提供。

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