Tin Tức

Bước nhảy vọt trong công nghệ in 3D: In các bộ phận cơ thể tùy chỉnh với các vật liệu kháng khuẩn.

2021.06.02 Danh mục : NewsNhựa

Mới đây, đại học Nottingham đã phát triển thành công quy trình in các thiết bị y tế tùy chỉnh với hiệu suất cải thiện và đi kèm khả năng kháng khuẩn.

Sử dụng công nghệ in 3D mới, các nhà nghiên cứu của đại học Nottingham đã khám phá ra cách điều chỉnh thiết kế các bộ phận cơ thể nhân tạo và các thiết bị y tế khác với các chức năng tích hợp. Kết quả cho thấy những cải tiến đáng kể trong thiết kế, độ bền và nguy cơ nhiễm khuẩn giảm đáng kể.

Trưởng nhóm nghiên cứu, Tiến sĩ Yinfeng He từ Trung tâm Sản xuất Phụ gia, cho biết:”Hầu hết các thiết bị y tế sản xuất hàng loạt đều không đáp ứng được các nhu cầu chuyên biệt và phức tạp của người sử dụng. Tương tự, phương pháp in 3D đơn vật liệu cũng có những hạn chế nhất định về thiết kế nên không thể tạo ra những thiết bị chuyên biệt hay những bộ phận cơ thể mang chức năng sinh học hay cơ học.”

Nhóm của ông đã phát triển một quy trình thiết kế hoàn toàn mới để ứng dụng công nghệ in 3D vào in bất cứ thiết bị y tế nào với tính năng và hình dạng có thể điều chỉnh được, ngay cả việc in một chi, khớp chân giả hay một mảnh có độ bền cao để thay thế cho ngón tay hoặc chân bị mất của người bệnh mà không ảnh hưởng tới sự thoải mái của họ và độ bền của sản phẩm. Ông cũng cho biết:”Lần đầu tiên, sử dụng kĩ thuật in 3D đa vật liệu với sự hỗ trợ của máy tinh, chúng tôi đã có thể thực hiện khả năng phối hợp các chức năng phức tạp vào trong một thiết bị chăm sóc sức khỏe tùy chỉnh để cải thiện sức khỏe bệnh nhân.”

Ông cũng cho biết, công nghệ này có thể được sử dụng để in các viên con nhộng chứa nhiều loại thuốc khác nhau – hay còn được gọi là polypill – có thể được tối ưu để hấp thu trong cơ thể người theo trình tự điều trị được thiết kế trước. Theo He, kỹ thuật này có thể cải thiện sức khỏe và phúc lợi của những người lớn tuổi và giảm bớt gánh năng tài chính cho chính phủ.

Các nhà nghiên cứu đã áp dụng một thuật toán máy tính để thiết kế và sản xuất theo từng điểm ảnh – vật liệu in 3D được hình thành từ 2 loại vật liệu polymer có độ cứng khác nhau và ngăn chặn sự hình thành màng sinh học của vi khuẩn. Bằng cách tối ưu hóa độ cứng theo cách này, họ đã phát triển thành công các mẫu bộ phận với độ linh hoạt và độ bền cần thiết.

Các thiết bị hay phụ kiện thay thế khớp ngón tay nhân tạo hiện nay sử dụng cả silicon và các bộ phận kim loại để cung cấp cho người đeo một mức độ linh hoạt nhất định nhưng vẫn duy trì được tính bền và độ cứng để cấy ghép vào xương. Đối với nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã có thể in 3D khớp ngón tay với các yêu cầu kép này chỉ trong một sản phẩm, đồng thời cũng cho phép tùy chỉnh hình dạng và kích thước phù hợp với từng bệnh nhân.

Với mực độ kiểm soát này, nhóm đã tạo ra tiềm năng thực hiện in 3D với nhiều vật liệu có bản chất kháng vi khuẩn và mang các chức năng sinh học. Điều này cho phép họ thực hiện và đáp ứng những nhu cầu kháng khuẩn tiêu chuẩn mà không cần sử dụng các yếu tố kháng sinh.

Nhóm nghiên cứu cũng sử dụng một kỹ thuật bản đồ mô tả đặc tính có độ phân giải cao (3D orbitSIMS) để xây dựng bản đồ 3D hóa học của các cấu trúc in và để kiểm tra sự liên kết giữa các thành phần trong suốt quá trình in. Điều này đảm bảo rằng các loại vật liệu được sử dụng trong quá trình in kết hợp với nhau một cách hài hòa và bền để đảm bảo tính ổn định của thành phẩm.

Nghiên cứu được thực hiện bởi Trung tâm Sản xuất Phụ gia (CFAM) và được tài trợ bởi Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Vật lý và Kĩ thuật. Các phát hiện hoàn chỉnh được công bố trên tạp chí Advanced Science, trong một bài báo có tựa đề “Explore generative design for 3D printing of bacterial biofilm resistant composite devices”.

Trước khi thương mại hóa kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu đã lên kế hoạch thử nghiệm mở rộng các ứng dụng tiềm năng bằng cách thực hiện với các loại vật liệu tiên tiến hơn với chức năng bổ sung như kiểm soát phản ứng miễn dịch và thúc đẩy sự gắn kết của tế bào gốc.