Selbst bei niedrigen Geschwindigkeiten ist der von Rohit Bhargava entwickelte 3D-Drucker einfach faszinierend. Während der Bewegung erscheint plötzlich ein Rinnsal dünner, glänzender Masse, ähnlich wie bei Kunststoff, an der scharfen Spitze. In Sekundenbruchteilen kommt eine weitere Röhre heraus. Dann verbinden sie sich, die Umrisse einer dreidimensionalen Form werden gezeichnet - eine winzige anatomisch exakte Kopie des Herzens.
Rohit Bhargava und sein 3D-Drucker
Der Leiter des Krebsinnovationszentrums der Universität von Illinois arbeitet an dem Problem der Einführung komplexer technischer Lösungen in die moderne Medizin.
"Es muss grundlegende Veränderungen im Gesundheitswesen geben", sagt Bhargava. - Achten Sie auf moderne Laptops, Telefone. Früher waren sie teuer, aber im Laufe der Zeit wurden sie billiger, weil die Technologien fortschrittlicher wurden. Wenn wir innovative Entwicklungen auf den Gesundheitssektor übertragen, Wissen verallgemeinern und in nützliche Lösungen umwandeln, können wir in Zukunft die Kosten für die medizinische Versorgung erheblich senken und deren Qualität verbessern."
Der Bhargava 3D-Drucker basiert auf komplexen mathematischen Algorithmen. Das Gerät kann Röhrchen mit einer Dicke von bis zu 10 Mikrometern drucken - 1/5 der Dicke eines menschlichen Haares.
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Die aus dem Rohit-Drucker austretenden Filamente können sich miteinander verbinden und komplexe Designs erzeugen. Auf ihnen können sich Zellen entwickeln, durch die biologische Flüssigkeiten gelangen können. Lymphgefäße, Milchgänge und andere Elemente können in beliebiger Menge reproduziert werden - Zehntausende, Hunderttausende. Dadurch können viele wichtige Experimente durchgeführt werden.
Die Forscher werden in der Lage sein, Tumorzellen in jede Probe zu injizieren, wobei das Verhalten und die Krebsreaktionen im Körper eines einzelnen Patienten aufgrund der Verwendung verschiedener therapeutischer Methoden im Mittelpunkt stehen. Dies erleichtert die Analyse und das Verständnis der Unterschiede zwischen erkrankten und gesunden Geweben.
Cyborg-Technologie
Der Minnesota-Wissenschaftler Michael McAlpin konzentrierte sich auch auf die Arbeit von 3D-Druckern.
In der Regel ersetzen er und seine Kollegen im Laufe der Forschung das Herz durch einen Herzschrittmacher, Knieknorpel durch Titan. Moderne Technologien ermöglichen es, anstelle des betroffenen Organs beispielsweise die Leber zu installieren, eine dreidimensionale Kopie davon, die aus denselben Zellen wie das Original besteht.
Eine der ersten Errungenschaften von McAlpins Labor war das Ohr - eine Spirale aus Silbernanopartikeln war in die rosa Knorpelschale eingebettet. Dann wurde die Erfindung wegen ihrer Einfachheit und ihres groben Aussehens lächerlich. Das Ohr war jedoch in der Lage, Funkfrequenzen zu erfassen, die außerhalb des normalen Bereichs des Menschen lagen.
Es war eine Zelle des gleichen Typs mit einfacher Elektronik. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft wurde dies als "direkte Aufzeichnung", "additive Fertigung" bezeichnet, da jeder verstand, dass dies noch kein 3D-Druck war. Die Barriere wurde jedoch niedergeworfen. Heute gibt es überall 3D-Bionikprojekte.
Engineering-Lösungen für die Zukunft
McAlpin arbeitet an einer Maschine, die verschiedene Arten von Materialien gleichzeitig verarbeiten und schnell biologische Substanzen und Elektronik kombinieren kann.
Natürlich ist die Zeit noch nicht gekommen, in der Ohrenprothesen mit Superkräften jedem zur Verfügung stehen. Dank der Arbeit von McAlpins Team ist es jedoch nicht so weit. Sein Labor hört nicht am Ohr auf. Zuletzt hat das Wissenschaftlerteam ein bionisches Auge geschaffen. Jetzt arbeiten Ingenieure an bionischer Haut und regeneriertem Rückenmark.
McAlpin glaubt, dass niemand mehr einen 3D-Drucker benötigt, da er nur sperrige Schnickschnack auf den Desktop druckt. Erweiterung der Funktionen der Technologie, Einführung von Algorithmen, aufgrund derer die Geräte mit weichen Polymeren, verschiedenen biologischen Materialien und Elektronik arbeiten.
Schmerzfreie Injektionen
An der Universität von Texas in Dallas arbeitet ein Team unter der Leitung von Jeremiah J. Gassensmith daran, Injektionsnadeln mithilfe der 3D-Technologie zu verbessern.
"Nadeln haben keine Freunde", scherzt Ron Smaldon, ein Chemiker aus UT-Dallas und Mitglied der Gassensmith-Gruppe. Zusammen mit den Doktoranden Daniel Berry und Michael Luzuriaga half Ron bei der Entwicklung des 3D-Mikronadel-Patches. Es ähnelt einem Stück Klebeband, in das ein Impfstoff oder ein Medikament gegossen wird.
Das Pflaster enthält ein Gitter aus mikroskopisch kleinen Nadeln. Sie durchdringen die obere Hautschicht des Patienten völlig schmerzfrei, um dem Körper die notwendigen Medikamente zuzuführen. Gegenwärtig wird die Mikronadelherstellung unter Verwendung von Kunststoffformen oder aus Edelstahlschablonen unter Verwendung von Lithographie durchgeführt. Durch den Einsatz von 3D-Technologie und biologisch abbaubarem Kunststoff werden die Entwicklungskosten erheblich gesenkt. Mikronadelpflaster können in naher Zukunft überall dort hergestellt werden, wo es eine Energiequelle gibt.
Mikroskopische Roboterschwimmer
Hakan Ceylan, Forscher am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme (Stuttgart), macht ehrgeizige Pläne: Er will die Notwendigkeit einer Operation beseitigen. Auf welche Weise? Roboterschwimmer (Mikroschwimmer) von der Größe eines Käfigs helfen ihm dabei.
„Chirurgische Eingriffe sind sehr traumatisch. Viele Operationen sind tödlich. Oder Menschen sterben an postoperativen Infektionen “, sagt Hakan Ceylan.
Mikroimmer werden auf einem 3D-Drucker unter Verwendung von Zwei-Photonen-Polymerisation und Doppelhelix-Hydrogel mit magnetischen Nanopartikeln erzeugt. Schwimmroboter sind halbautonom. Sie werden mit externer magnetischer Strahlung implantiert. Sie können auch auf bestimmte Umweltsignale oder Chemikalien reagieren, denen sie im Körper begegnen.
Gehirnanalyse
Eric Wiire arbeitet an der Universität von San Diego. Er untersucht das Gehirn: die Ursachen von Migräne, Tinnitus, Schwindel und anderen Störungen. Viires Arbeit beinhaltet die Verwendung von Virtual-Reality-Technologie, um einige dieser Zustände zu behandeln.
Der Wissenschaftler untersucht auch die Möglichkeiten der Videoanalyse bei der Diagnose von Melanomen. Durch die Verwendung dieser Technologie können größere Datenbanken mit besserer Qualität und billigere Hyperspektralsensoren erstellt werden.
Ilya Filatov
