Neue Entwicklung ermöglicht 3D-Druck direkt auf Organen

In neue Forschungsarbeiten haben Maschinenbauingenieure und Informatiker an der Universität von Minnesota eine 3D-Drucktechnik entwickelt, die eine Motion-Capture-Technologie verwendet, um elektronische Sensoren direkt auf sich ausdehnende und zusammenziehende Organe zu drucken. Die neue 3D-Drucktechnik könnte in Zukunft bei der Diagnose und Überwachung der Lungen von Patienten mit COVID-19 eingesetzt werden.

Bei der neuen Forschung handelt es sich laut Pressemeldung der Uni um die nächste Generation einer 3D-Drucktechnik, die vor zwei Jahren von Mitgliedern des Teams entdeckt wurde und das Drucken von Elektronik direkt auf die Haut einer Hand ermöglichte. Die neue Technik ermöglicht eine noch ausgeklügeltere Verfolgung von 3D-Drucksensoren auf Organen wie Lunge oder Herz, die durch Ausdehnung und Kontraktion ihre Form verändern oder verzerren.

“Wir verschieben die Grenzen des 3D-Drucks auf eine neue Art und Weise, die wir uns vor Jahren noch nicht einmal vorstellen konnten”, erklärte Michael McAlpine, Professor für Maschinenbau an der University of Minnesota und leitender Forscher der Studie. “Der 3D-Druck auf ein sich bewegendes Objekt ist schon schwierig genug, aber es war eine ziemliche Herausforderung, einen Weg zu finden, auf eine Oberfläche zu drucken, die sich beim Ausdehnen und Zusammenziehen verformte.

Die Forscher begannen im Labor mit einer ballonähnlichen Oberfläche und einem speziellen 3D-Drucker. Sie verwendeten Motion-Capture-Tracking-Marker, ähnlich wie sie in Filmen zur Erzeugung von Spezialeffekten verwendet werden, um dem 3D-Drucker zu helfen, seinen Druckweg an die Ausdehnungs- und Kontraktionsbewegungen auf der Oberfläche anzupassen. Die Forscher gingen dann zu einer Tierlunge im Labor über, die künstlich aufgeblasen wurde. Es gelang ihnen, einen auf weichem Hydrogel basierenden Sensor direkt auf die Oberfläche zu drucken. McAlpine sagte, dass diese Technik in der Zukunft möglicherweise auch für den 3D-Druck von Sensoren auf ein pumpendes Herz verwendet werden könnte.

“Die weiter gefasste Idee hinter dieser Forschung ist, dass dies ein großer Schritt vorwärts zu dem Ziel ist, die 3D-Drucktechnologie mit chirurgischen Robotern zu kombinieren”, sagte McAlpine, der die Kuhrmeyer Family Chair Professur am University of Minnesota Department of Mechanical Engineering innehat. “In Zukunft wird es beim 3D-Druck nicht mehr nur ums Drucken gehen, sondern er wird Teil eines größeren autonomen Robotersystems sein. Dies könnte für Krankheiten wie COVID-19 wichtig sein, bei denen Gesundheitsversorger bei der Behandlung von Patienten gefährdet sind.”

Die ganze Arbeit mit dem Titel “3D Printed Deformable Sensors” kann auf der Webseite Science Advances gelesen werden.