医疗和牙科

智能手机驱动的3D打印机解锁即时生物打印

研究人员奥塔哥大学哈佛医学院开发了一种基于智能手机的DLP 3D打印机,旨在改善分布式医疗制造的可及性。

利用智能手机供电的投影仪,该团队表示,他们的超便携打印机能够将充满细胞的生物墨水聚合成“复杂的组织模拟物”。科学家们甚至还开发了一款配套应用程序,允许用户对伤口进行3D扫描,并根据需要部署得到的数据来创建特定患者的组织,这让机器具有最终使用的临床潜力。

该研究的作者之一Yu Shrike Zhang解释说:“(我们的系统)有多种应用,包括可能植入和再生的组织的3D打印,原位打印,以及结合我们的扫描仪应用直接打印到伤口上。”“这只是少数几种可能性,但未来可能会有更多。”

图为研究人员的手机3D打印机。
研究人员称,他们的智能手机驱动系统具有原位3D生物打印的潜力。图像通过先进材料杂志。

袖珍DLP印刷

在业内,3D生物打印越来越被视为一个潜在的有利可图的商业机会,但许多机器本身就有很大的足迹。虽然这对那些寻求扩大实验规模的研究人员来说可能是理想的,但当涉及到在资源有限或在医院或手术室等护理点使用生物打印机时,它可能是一个限制因素。

科学家称,缺乏访问三维生物打印软件的主要原因之一,这项技术还没有广泛采用,因此考虑到桌面的日益普及和适应性的3 d打印机,他们说“迫切需要”便携式,模块化、易于编程系统。雷电竞app下载

为了满足这一需求,该团队利用了现代智能手机的计算能力和成像能力,将智能手机作为一个微型DLP 3D打印机的接口。配备了迷你马达、平台、缸、光学系统和投影仪,研究人员的原型尺寸只有10厘米x20厘米x20厘米,而缸的面积为3.14厘米2这使得机器体积小,但如果需要,也可以进行扩展。

例如,该系统的镜片可以更换,以实现不同的放大倍数和光强度,而其缸是可调的,提供了在多个长度尺度上的灵活性。理论上,打印机的工作原理是将投影仪捕捉到的图案从光学镜子上偏转到凸透镜上,然后放入73毫米外的缸中,将材料聚合成预先设定好的形状。

然而,在将这个概念付诸实践之前,科学家们需要为他们的机器创建一个界面。为了实现这一目标,他们开发了一种“自动控制系统”或移动应用程序,能够使用蓝牙向打印机的微控制器发送指令。结果软件甚至包括模型切片和模式调整功能,以及可调打印参数设置。

这是研究人员使用的微型DLP 3D打印机的动态图。
研究人员的微型DLP 3D打印机(左)和应用程序(右)正在运行。Gif via Advanced Materials, EZ Gif。

进入即时点

为了评估他们新的微型机器的全部性能,研究人员首先用它来3D打印一个Photocentric树脂,然后转移到更先进的细胞负载结构。在最初的测试中,该系统展示了产生具有复杂内部结构的陀螺形状以及几个微型“纪念碑”的能力,根据复杂性,时间范围为9-12分钟。

与由Peopoly的商业Moai SLA 3D打印机在美国,由该团队的机器制作的模型被证明是相当不精确的,只能达到23微米左右的分辨率。然而,科学家们也发现,他们的系统速度是原来的34倍,建造成本也低得多,因此,经过进一步调整,他们表示,它保留了更快、更划算的替代方案的潜力。

在确定了设备的速度和准确性后,该团队最终测试了其生物相容性,将装载细胞的聚乙二醇沉积在鼻子、耳朵、肾脏、心脏和大脑的形状上,然后通过直接打印在一块猪肌肉上评估其原位能力,为实验目的治疗科学家造成的“损伤”。

虽然对这个勇敢的机器来说,复制人类大脑复杂的外部特征很困难,但它确实成功地闭合了测试对象的“伤口”,将细胞存活率维持在98%。因此,研究人员认为他们的系统是“未来活体生物打印的一项可行技术”,其定制应用程序使其成为医疗行业新手特别容易使用的工具。

研究小组在论文中总结道:“我们合理地预见了智能手机支持的便携式DLP打印机在医学、生物医学、家庭和教育等各个领域的巨大潜力。”“这款打印机也被证明适用于资源有限的环境,特别是通过使用3D物体扫描应用程序,这将最小化进行CAD所需的知识。”

研究人员的3D打印植入物和原位生物打印标本。
在测试中,研究人员3D打印了植入物,并直接打印在猪肉标本上(如图)。照片通过先进材料杂志。

联合进步

由于其令人印象深刻的处理能力,现代智能手机越来越被证明是实验性微型3D打印机的理想基础。雷电竞app下载就在去年,光民行业推出了smartphone-operated LumiBee,旨在挑战制造者社区,创造他们自己的树脂机器。

同样,在2016年,小野在Kickstarter上发起了一项名为“第一台智能手机3D打印机在一个月内筹集了230多万美元。然而,项目的进展却不顺利,本月早些时候,该公司最终取消了项目,让成千上万的支持者掏空了口袋,也没有了机器。

在其他地方,智能手机也被连接到3D打印的医疗设备上,作为一种优化其性能的手段。韩国科学家团队开发出了新颖的低成本的适配器这就把手机变成了声带疾病的诊断工具,而皇家墨尔本理工大学研究人员3D打印了一个夹式过滤器,这使得移动摄像头可以用于远程医疗检查。

研究人员的研究结果详细发表在题为《支持智能手机的便携式数字光处理3D打印机”。

该研究由李万鲁、王mian、Luis Santiago Mille、Juan Antonio Robledo Lara、Valentín Huerta、talli Uribe Velázquez、程峰、李宏斌、龚嘉兴、Terry Ching、Caroline A. Murphy、Ami Lesha、Shabir Hassan、Tim B. F. Woodfield、Khoon S. Lim和Yu Shrike Zhang共同撰写。

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特色图片展示了研究人员的智能手机驱动的DLP 3D打印机的示意图。图像通过先进材料杂志。