Навіть при низькій швидкості робота 3D-принтера, сконструйованого Рохитом Бхаргавой, просто заворожує. Під час руху з гострого наконечника раптом з’являється цівка тонкої блискучої маси, схожа на пластик. Через частки секунди виходить ще одна трубочка. Потім вони з’єднуються, вимальовуються контури тривимірної форми – крихітної анатомічно точної копії серця.
Рохіт Бхаргава і його 3D-принтер
Глава інноваційного онкологічного центру Іллінойського університету працює на проблемою впровадження складних технічних рішень у сучасну медицину.
«В охороні здоров’я повинні відбутися фундаментальні зміни, — вважає Бхаргава. – Зверніть увагу на сучасні ноутбуки, телефони. Раніше вони були дорогими, але з часом стали дешевше, тому що стали більш досконалими технології. Якщо перенести інноваційні розробки у сферу охорони здоров’я, узагальнити знання і трансформувати їх у корисні рішення, в майбутньому ми зможемо значно скоротити витрати на медичне обслуговування та підвищити його якість».
Робота 3D-принтера Бхаргавы заснована на складних математичних алгоритмах. Пристрій може друкувати трубки товщиною до 10 мікронів – 1/5 товщини людського волоса.
Нитки, що виходять з принтера Рохіта, можуть зв’язуватися один з одним і створювати складні конструкції. На них можуть розвиватися клітини, через них можуть проходити біологічні рідини. Лімфатичні судини, молочні протоки і інші елементи можуть відтворюватися в будь-якій кількості – десятками, сотнями, тисячами. За рахунок цього можна проводити безліч найважливіших експериментів.
Дослідники зможуть вводити пухлинні клітини в кожну пробу, зосередитися на поведінці, відповідних реакціях раку в організмі окремого пацієнта внаслідок використання різних терапевтичних методів. Це полегшить аналіз і розуміння відмінностей між хворими і здоровими тканинами.
Кіборг-технології
Вчений з Мінесоти Майкл Макалпин теж зосередився на роботі 3D-принтерів.
Як правило, в ході досліджень він і його колеги замінюють серце кардіостимулятором, колінний хрящ – титаном. Сучасні технології дозволяють встановити замість ураженого органа, наприклад, печінки, тривимірну його копію, що складається з тих же клітин, що і оригінал.
Одним з перших досягнень лабораторії Макалпина було вухо – у рожевій оболонці хряща була вбудована спіраль з наночасток срібла. Тоді винахід стало предметом глузувань із-за своєї простоти і грубого зовнішнього вигляду. Тим не менш, вухо могло виявляти радіочастоти, що знаходяться за межами діапазону, звичного людині.
Це була однотипна осередок з простою електронікою. У науковому співтоваристві це називали «прямий записом», «адитивним виробництвом», оскільки всі розуміли, що це ще не 3D-друк. Тим не менш, бар’єр був скинутий. Сьогодні проекти 3D-біоніки всюди.
Інженерні рішення майбутнього
Макалпин працює над створенням такої машини, яка змогла б обробляти різні типи матеріалів одночасно, швидко з’єднувати біологічні речовини і електроніку.
Звичайно, час, коли протези вух з надздібностями доступні кожному, ще не прийшло. Але воно не так і далеко завдяки роботі команди Макалпина. Його лабораторія не зупиняється на вусі. Зовсім недавно команда вченого створила біонічний очей. Зараз інженери працюють над біонічної шкірою і регенерированным спинним мозком.
Макалпин вважає, що нікому не потрібен 3D-принтер зараз, тому що він друкує тільки об’ємні дрібнички на робочий стіл. Розширення функцій техніки, впровадження алгоритмів, за рахунок яких пристрої будуть працювати з м’якими полімерами, різними біологічними матеріалами і електронікою.
Ін’єкції без болю
У Техаському університеті Далласа група дослідників під керівництвом Єремії Дж. Гассенсмита працює над удосконаленням ін’єкційних голок з допомогою технології 3D.
«У голок немає друзів», — жартує Рон Смалдон, хімік з UT-Dallas, учасник групи Гассенсмита. Разом з аспірантами Даніелем Беррі і Майклом Лузуриага Рон брав участь у розробці 3D-пластиру з микроиглами. Він нагадує шматок клейкої стрічки, в яку залиті вакцина або ліки.
В пластирі знаходиться сітка мікроскопічних голок. Вони абсолютно безболісно проколюють верхній шар шкіри пацієнта, щоб доставити в організм необхідні медикаменти. В даний час виробництво мікроголок здійснюється з використанням пластикових форм або за шаблонами з нержавіючої сталі з допомогою літографії. Використання 3D-технології і біорозкладаного пластику дозволить значно знизити вартість розробки. Пластирі з микроиглами в найближчому майбутньому можна буде проводити в будь-якому місці, де є джерело енергії.
Мікроскопічні робопловцы
Хакан Джейлан, науковий співробітник Інституту інтелектуальних систем Макса Планка (Штутгарт, Німеччина), будує амбітні плани: він хоче виключити необхідність хірургічного втручання. Яким чином? Помічниками у цьому йому стануть роботи-плавці (микросвиммеры) розміром клітину.
«Дуже травматичні хірургічні втручання. Багато операції закінчуються смертельним результатом. Або люди вмирають від післяопераційних інфекцій», — говорить Хакан Джейлан.
Микросвиммеры створюються на 3D-принтері за допомогою двофотонної полімеризації та подвійного спірального гідрогелю з магнітними наночастинками. Роботи-плавці полуавтономны. Їх впроваджують з допомогою зовнішнього магнітного випромінювання. Вони здатні також реагувати на певні сигнали навколишнього середовища або хімічні речовини, з якими вони стикаються всередині організму.
Аналіз мозку
Ерік Виире працює в університеті Сан-Дієго. Він досліджує мозок: причини появи мігрені, шуму у вухах, запаморочення і інших порушень. Робота Виире пов’язана з використанням технології віртуальної реальності для лікування деяких з цих станів.
Вчений також вивчає можливості відеоаналізу при діагностики меланоми. Використання цієї технології дозволить створити великі, більш якісні бази даних, більш дешеві гиперспектральные датчики.
