3D-друк: в медицині, в будівництві, в анімації...
- 25.05.16, 20:06
3D-друковане біоскло допоможе відновити хрящову тканину
Хрящова тканина, що забезпечує нормальне функціонування суглобів, швидко зношується і погано відновлюється після пошкоджень. Зараз ведеться робота над створенням її штучного варіанту, але застосування біоскла, надрукованого на 3D-принтері, може виявитися значно швидшим і дешевим рішенням.
Авторство розробки належить групі дослідників з Імперського коледжу в Лондоні і Міланського університету Бікокка. Надруковане біоскло складається з суміші діоксиду кремнію і полікапролактона. Добутий в результаті склад близький до природної хрящової тканини за своїми властивостями: біоскло міцне, гнучке і довговічне. Крім того, воно біорозкладне і сприяє відновленню власної хрящової тканини.
Один з учених, професор Джуліан Джонс, пояснив, що біоскло було відоме ще в 1960-х, проте сучасні технології біодруку дозволили представити його гнучкий варіант. Сьогодні навіть найкращі штучні імплантати в тисячу разів твердіше нормальних хрящів, що обмежує рухливість прооперованого суглоба. Тому у технології імплантації біоскла велике майбутнє, хоча до впровадження можуть пройти роки.
Основне застосування технології вчені бачать в заміні міжхребцевих дисків, а також у відновленні колінних і ліктьових суглобів. Однак не менш важливим може виявитися і стимулювання зростання власної хрящової тканини. З біоскла можна надрукувати 3D-каркас, який буде сприяти розростанню природною хрящової тканини. Після виконання цієї функції конструкція просто розчиниться, а її місце займе хрящ, що відновився.
Хрящова тканина, що забезпечує нормальне функціонування суглобів, швидко зношується і погано відновлюється після пошкоджень. Зараз ведеться робота над створенням її штучного варіанту, але застосування біоскла, надрукованого на 3D-принтері, може виявитися значно швидшим і дешевим рішенням.
Авторство розробки належить групі дослідників з Імперського коледжу в Лондоні і Міланського університету Бікокка. Надруковане біоскло складається з суміші діоксиду кремнію і полікапролактона. Добутий в результаті склад близький до природної хрящової тканини за своїми властивостями: біоскло міцне, гнучке і довговічне. Крім того, воно біорозкладне і сприяє відновленню власної хрящової тканини.
Один з учених, професор Джуліан Джонс, пояснив, що біоскло було відоме ще в 1960-х, проте сучасні технології біодруку дозволили представити його гнучкий варіант. Сьогодні навіть найкращі штучні імплантати в тисячу разів твердіше нормальних хрящів, що обмежує рухливість прооперованого суглоба. Тому у технології імплантації біоскла велике майбутнє, хоча до впровадження можуть пройти роки.
Основне застосування технології вчені бачать в заміні міжхребцевих дисків, а також у відновленні колінних і ліктьових суглобів. Однак не менш важливим може виявитися і стимулювання зростання власної хрящової тканини. З біоскла можна надрукувати 3D-каркас, який буде сприяти розростанню природною хрящової тканини. Після виконання цієї функції конструкція просто розчиниться, а її місце займе хрящ, що відновився.
Американські вчені вирішили вдосконалити технологію 3D-друку кісток, змішавши полімер з біологічним матеріалом, а саме - з порошком з кісткової тканини. Результати досліджень показали, що додавання подрібненої кісткової тканини робить надруковані імплантати міцнішими і функціональнішими.
В процесі експерименту вчені з університетів Меріленду і Джона Хопкінса використовували біологічно інертний матеріал полікапролактон, змішавши його з клітинами кісткової тканини, які були отримані з коліна корови. У біологічної тканини містяться структурні білки, які сприяють зростанню і закріпленню стовбурових клітин в процесі формування кістки. Таким чином, додавання натурального порошку посприяло більш активній регенерації кісткової тканини після того, як роздрукований фрагмент імплантували в організм.
В ході експерименту вчені також з'ясували, що надрукована кістка стає дуже крихкою, якщо зміст кісткового порошку перевищує 70%. Якщо ж полімер змішувати з 30% подрібненої тканини, то отримане виріб буде міцнішим.
Після роздруківки кісток вчені інкубували їх зі стовбуровими клітинами людської жирової тканини. Також в живильне середовище додали бета-гліцерінфосфат, який потрібен для утворення солей кальцію. Кістки з 30% вмістом подрібненого біологічних складових показали невелику експресію генів і приріст кальцієвих солей, тоді як експресія та накопичення солей кальцію у варіантів з 70-процентним вмістом виявилися на 100% вище, ніж у кісток, надрукованих виключно з полімеру.
Експеримент продовжився імплантацією роздрукованих кісток в череп мишей, у якого були дефекти. Через 12 тижнів після цього з'ясувалося, що кістки, створені на основі натурального кісткового порошку, приживаються набагато краще і ростуть на 50% швидше, ніж створені з полімеру. При цьому особливої різниці між 70-процентним і 30-відсотковим складами не було.
Вчені заявили, що будуть продовжувати свої експерименти до тих пір, поки не знайдуть оптимальний склад суміші для друку кісток. Також фахівці хочуть спробувати використовувати порошок, отриманий з людських кісткових тканин.
В процесі експерименту вчені з університетів Меріленду і Джона Хопкінса використовували біологічно інертний матеріал полікапролактон, змішавши його з клітинами кісткової тканини, які були отримані з коліна корови. У біологічної тканини містяться структурні білки, які сприяють зростанню і закріпленню стовбурових клітин в процесі формування кістки. Таким чином, додавання натурального порошку посприяло більш активній регенерації кісткової тканини після того, як роздрукований фрагмент імплантували в організм.
В ході експерименту вчені також з'ясували, що надрукована кістка стає дуже крихкою, якщо зміст кісткового порошку перевищує 70%. Якщо ж полімер змішувати з 30% подрібненої тканини, то отримане виріб буде міцнішим.
Після роздруківки кісток вчені інкубували їх зі стовбуровими клітинами людської жирової тканини. Також в живильне середовище додали бета-гліцерінфосфат, який потрібен для утворення солей кальцію. Кістки з 30% вмістом подрібненого біологічних складових показали невелику експресію генів і приріст кальцієвих солей, тоді як експресія та накопичення солей кальцію у варіантів з 70-процентним вмістом виявилися на 100% вище, ніж у кісток, надрукованих виключно з полімеру.
Експеримент продовжився імплантацією роздрукованих кісток в череп мишей, у якого були дефекти. Через 12 тижнів після цього з'ясувалося, що кістки, створені на основі натурального кісткового порошку, приживаються набагато краще і ростуть на 50% швидше, ніж створені з полімеру. При цьому особливої різниці між 70-процентним і 30-відсотковим складами не було.
Вчені заявили, що будуть продовжувати свої експерименти до тих пір, поки не знайдуть оптимальний склад суміші для друку кісток. Також фахівці хочуть спробувати використовувати порошок, отриманий з людських кісткових тканин.
Адитивні технології вже давно знайшли своє застосування в будівництві. Тому не дивно, що сьогодні багато компаній намагаються винайти найбільш зручний метод тривимірного друку будинків. Компанія Branch Technology - не виняток. Американські стартапери повідомили, що хочуть побудувати в місті Чаттануга, штат Теннессі, перший будинок, надрукований на 3D-принтері. І варто зазначити, що задумка авторів проекту дійсно цікава.
Компанія з Теннессі оголосила, що будівництво будинку із застосуванням адитивних технологій почнеться в середині літа цього року. На початку 2016- го представники Branch Technologyпропонували всім бажаючим взяти участь у конкурсі Freeform Home Design Challenge. В рамках конкурсу потрібно було представити проект невеликого будинку, для зведення якого використовувалася б інноваційна технологія тривимірної друку осередками C-Fab. Найцікавіший проект під назвою «Привабливий вигин» запропонувала компанія WATG Chicago, за що і отримала нагороду $ 8 000.
Унікальний будинок буде будуватися за запатентованою адитивної технології Branch Technology з використанням роботизованої руки KUKA KR 90. Проект американських стартаперів цікавий тим, що на відміну від інших технологій будівництва, де застосовується 3D-друк, фахівці збираються використовувати надруковані конструкції тільки для обладнання внутрішнього каркаса будівлі. Для зовнішньої обробки приміщень будуть застосовуватися традиційні недорогі будматеріали, зокрема, піноізоляція і цемент.
Компанія з Теннессі оголосила, що будівництво будинку із застосуванням адитивних технологій почнеться в середині літа цього року. На початку 2016- го представники Branch Technologyпропонували всім бажаючим взяти участь у конкурсі Freeform Home Design Challenge. В рамках конкурсу потрібно було представити проект невеликого будинку, для зведення якого використовувалася б інноваційна технологія тривимірної друку осередками C-Fab. Найцікавіший проект під назвою «Привабливий вигин» запропонувала компанія WATG Chicago, за що і отримала нагороду $ 8 000.
Унікальний будинок буде будуватися за запатентованою адитивної технології Branch Technology з використанням роботизованої руки KUKA KR 90. Проект американських стартаперів цікавий тим, що на відміну від інших технологій будівництва, де застосовується 3D-друк, фахівці збираються використовувати надруковані конструкції тільки для обладнання внутрішнього каркаса будівлі. Для зовнішньої обробки приміщень будуть застосовуватися традиційні недорогі будматеріали, зокрема, піноізоляція і цемент.
Компанія Disney Research разом з вченими з Швейцарії розробила 3D-друковані еластичні об'єкти, що реагують на фізичний вплив. Технологія дозволяє друкувати персоналізовані іграшки, ігрові контролери, гаджети для створення електронної музики і відкриває нові можливості для тривимірної анімації.
Для створення об'єктів використовується еластичний матеріал і п'єзорезистивні датчики тиску у вигляді ниток, які формують «нервову систему» чутливих іграшок. Адитивні технології в даний час не дозволяють повністю виготовляти об'єкти на 3D-принтері. Тому при друку формуються канали для подальшого впровадження сенсорів. Їх розміщення здійснюється методом алгоритмічної маршрутизації, вона дозволяє налагодити більш чітку взаємодію між іграшкою і користувачем. Датчики здатні розпізнати будь-який тип деформації: стиснення, розтягнення, вигин тощо.
Перші моделі являють собою фігурки вигаданих персонажів. За словами розробників, такі об'єкти можуть виконувати функції контролерів для маніпуляцій над їх віртуальними копіями.
Для створення об'єктів використовується еластичний матеріал і п'єзорезистивні датчики тиску у вигляді ниток, які формують «нервову систему» чутливих іграшок. Адитивні технології в даний час не дозволяють повністю виготовляти об'єкти на 3D-принтері. Тому при друку формуються канали для подальшого впровадження сенсорів. Їх розміщення здійснюється методом алгоритмічної маршрутизації, вона дозволяє налагодити більш чітку взаємодію між іграшкою і користувачем. Датчики здатні розпізнати будь-який тип деформації: стиснення, розтягнення, вигин тощо.
Перші моделі являють собою фігурки вигаданих персонажів. За словами розробників, такі об'єкти можуть виконувати функції контролерів для маніпуляцій над їх віртуальними копіями.
0
