Bienen als Inspiration für innovative 3D-gedruckte Chirurgie-Nadel

Ein Ingenieurs-Team der in Philadelphia, USA, ansässigen Temple University entwickelte mit dem Einsatz von 3D-Drucktechnologien eine neue chirurgische Nadel. Inspiriert durch Mutter Natur wurde dieses einzigartige Nadel-Konzept, basierend auf dem Stachel einer Honigbiene, von PhD-Kandidat Mohammad Sahlabadi und Temple Associate Professor für Maschinenbau Parsaoran Hutapea geleitet.

Immer öfter fließen die Gesetze der Natur in die Welt der additiven Fertigung ein. Dies lässt sich bei Projekten wie einer 3D-gedruckten Roboter-Fledermaus der Firma Festo oder auch bei von Forschern entwickelten, 3D-gedruckten Pflanzen-Mikrostrukturen gegen Ölverschmutzungen in Gewässern sehr gut beobachten.

Nun nahmen sich auch Ingenieure der amerikanischen Temple University ein Beispiel an der Natur und entwickelten auf Basis eines Bienenstachels eine innovative 3D-gedruckte Nadel für chirurgische Zwecke. Diese Nadel stellt eine der ersten medizinischen Innovation dar, welche von der Natur inspiriert wurden.

“Wir brachten Honigbienen in das Labor und nahmen ihre Stacheln mit einem Mikroskop heraus”, erklärt Professor Hutapea. “Die Art und Weise, wie Honigbienen menschliche Haut stechen, ist sehr attraktiv für das, was wir zu entwickeln versuchen, weil es hauptsächlich aufgrund der Widerhaken der Stachel relativ glatt durch die Haut und in das Gewebe geht.”

Das Ziel hinter der Entwicklung dieser chirurgischen Nadel war es, sowohl die Präzision zu erhöhen als auch Gewebeschäden zu verringern. Da Bienenstachel bzw. -stiche beide dieser Kriterien erfüllen, passte die Vorlage eines solchen perfekt in das Konzept der Ingenieure. Die 3D-gedruckte Nadel wurde ebenso wie ein Bienenstachel mit kleinen Kerben sowie einem Widerhaken designed.

“Im Allgemeinen wird sich eine chirurgische Nadel aufgrund ihres Spitzenendes biegen, wenn sie in das Gewebe eingeführt wird”, sagte Hutapea. “Die Nadel weicht auf dem Weg zum Ziel von ihrem geplanten Weg ab, zum Beispiel [von] Krebsgewebe oder [einem] Tumor. Mit dieser [neuen] Form ist die Kurve begrenzt – sie erleichtert die Steuerung in einer Roboterumgebung. Es ist kritisch, denn wenn sich die Nadel krümmt, vermisst du das Ziel.”

Die bisherigen Prototypen wurden aus Polymer-Mischungen 3D-gedruckt, wobei die endgültige chirurgische Nadel schlussendlich aus Metall 3D-gedruckt werden müsste. Momentan sind die forschenden Ingenieure auf der Suche nach passenden Materialien. Doch sind diese ebenso der Ansicht, die vorhandenen Metall-3D-Drucktechnologien seien den Anforderungen für den 3D-Druck der Nadel noch nicht gewachsen.

“In der Zwischenzeit entwickeln wir einen Kompromiss, indem wir uns eine Herstellungsmethode zur Entwicklung einer Hybrid-Metall-Polymer-Nadel ansehen”, sagte Hutapea. “Die Hoffnung ist, dass wir in zwei bis drei Jahren diese Technologie haben.

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