Printéirí 3D sa Leigheas: Úsáidí Spreagúla agus Feidhmchláir Fhéideartha

Ábhar

• Leigheas a Athrú le Printéirí 3D
• Conas a Oibríonn Printéir 3D?
• Cluas a Dhéanamh
• Difríocht idir Múnla agus Scafall
• Buntáistí Féideartha Cluaise Clóbhuailte
• Jaw Íochtarach a Phriontáil
• Prostéitic agus Míreanna Inphriontáilte
• Tuilleadh Samplaí
• Bithphriontáil le Cealla Beo: Todhchaí Féideartha
• Athsholáthar Orgán agus Fíocháin
• Roinnt Éachtaí Bithphriontála
• Páirteanna den Chroí a Phriontáil
• Cornea a Chruthú
• Buntáistí a bhaineann le Mion-Orgáin, Orgánaigh, nó Orgáin ar Sliseanna
• Struchtúr a shamhlaíonn an scamhóg
• Roinnt Dúshlán maidir le Bithphriontáil
• Tagairtí

Mhúin Linda Crampton eolaíocht agus teicneolaíocht faisnéise do dhaltaí scoile ard ar feadh blianta fada. Is breá léi foghlaim faoi theicneolaíocht nua.

Leigheas a Athrú le Printéirí 3D

Is gné spreagúil den teicneolaíocht í priontáil 3D a bhfuil go leor feidhmchlár úsáideach aici. Feidhmchlár spéisiúil amháin a d’fhéadfadh a bheith an-tábhachtach do chlódóirí 3D is ea ábhair a chruthú is féidir a úsáid sa leigheas. I measc na n-ábhar seo tá gairis leighis ionchlannaithe, páirteanna coirp saorga nó próistéitic, agus ionstraimí míochaine saincheaptha. Cuimsíonn siad freisin paistí clóite d’fhíochán daonna beo chomh maith le mionorgáin. Amach anseo, féadfar orgáin ionchlannaithe a phriontáil.

Tá sé de chumas ag printéirí 3D rudaí soladacha, tríthoiseacha a phriontáil bunaithe ar mhúnla digiteach atá stóráilte i gcuimhne ríomhaire. Meán coitianta priontála ná plaisteach leachtach a sholadaíonn tar éis a phriontála, ach tá meáin eile ar fáil. Ina measc seo tá miotail púdraithe agus "dúigh" ina bhfuil cealla beo.

Tá feabhas tapa ag teacht ar chumas printéirí ábhair a tháirgeadh atá comhoiriúnach le corp an duine. Úsáidtear cuid de na hábhair sa leigheas cheana féin agus tá cuid eile fós i gcéim an turgnaimh. Tá baint ag go leor taighdeoirí leis an imscrúdú. Tá an cumas tantalizing ag priontáil 3D cóireáil leighis a athrú.

Conas a Oibríonn Printéir 3D?

Is é an chéad chéim i gcruthú réad tríthoiseach ag printéir ná an réad a dhearadh. Déantar é seo i gclár CAD (Dearadh Ríomhchuidithe). Nuair a bheidh an dearadh críochnaithe, cruthaíonn clár eile treoracha chun an réad a tháirgeadh i sraith sraitheanna. Uaireanta tugtar clár slisnithe nó bogearraí slicer ar an dara clár seo, ós rud é go n-athraíonn sé an cód CAD don réad iomlán ina chód le haghaidh sraith slisní nó sraitheanna cothrománacha. Féadfaidh na céadta a bheith sna céadta nó fiú sna mílte.

Cruthaíonn an printéir an réad trí shraitheanna ábhair a thaisceadh de réir threoracha an chláir slicer, ag tosú ag bun an ruda agus ag obair in airde. Déantar sraitheanna i ndiaidh a chéile a chomhleá le chéile. Tugtar déantúsaíocht breiseán ar an bpróiseas.

Is minic a úsáidtear filiméid phlaisteacha mar mheán le haghaidh priontála 3D, go háirithe i gclódóirí atá dírithe ar thomhaltóirí. Leáíonn an printéir an fhiliméad agus ansin déanann sé plaisteach te a easbhrú trí nozzle. Bogann an nozzle i ngach toise de réir mar a scaoileann sé an plaisteach leachtach d’fhonn réad a chruthú. Rialaíonn an clár slicer gluaiseacht an nozzle agus an méid plaisteach a easbhrúitear. Daingníonn an plaisteach te beagnach láithreach tar éis é a scaoileadh ón nozzle. Tá cineálacha eile meán priontála ar fáil chun críocha speisialta.

Cluas a Dhéanamh

I mí Feabhra 2013, d’fhógair eolaithe in Ollscoil Cornell sna Stáit Aontaithe go raibh siad in ann pinna cluaise a dhéanamh le cabhair ó phriontáil 3D. Seo a leanas na céimeanna a lean eolaithe Cornell.

• Cruthaíodh samhail de chluas i gclár CAD. D'úsáid na taighdeoirí grianghraif de fhíorchluasa mar bhunús leis an tsamhail seo.
• Chuir printéir 3D an tsamhail chluas i gcló, ag úsáid plaisteach chun múnla a chruthú le cruth na cluaise.
• Cuireadh hidrogel ina raibh próitéin ar a dtugtar collagen taobh istigh den mhúnla. Is glóthach é hidrogel ina bhfuil uisce.
• Fuarthas chondrocytes (cealla a tháirgeann cartilage) ó chluas bó agus cuireadh iad leis an collagen.
• Cuireadh an chluas collagen i dtuaslagán cothaitheach i mias saotharlainne. Cé go raibh an chluas sa tuaslagán, tháinig cuid de na chondrocytes in ionad an collagen.
• Rinneadh an chluas a ionchlannú ansin i gcúl francach faoina craiceann.
• Tar éis trí mhí, cuireadh cartilage in ionad an collagen sa chluas go hiomlán agus choinnigh an chluas a cruth agus a idirdhealú ó na cealla francach máguaird.

Difríocht idir Múnla agus Scafall

Sa phróiseas cruthú cluaise a thuairiscítear thuas, ba mhúnla támh í an chluas phlaisteach. An t-aon fheidhm a bhí aige ná an cruth ceart a sholáthar don chluas. Ghníomhaigh an chluas collagen a foirmíodh taobh istigh den mhúnla mar scafall do na chondrocytes. In innealtóireacht fhíocháin, is ábhar bith-chomhoiriúnach é scafall le cruth ar leith air agus ar a bhfásann cealla. Ní amháin go bhfuil an cruth ceart ar an scafall ach tá airíonna aige freisin a thacaíonn le saol na gcealla.

Ó rinneadh an próiseas bunaidh maidir le cruthú cluaise, tá bealach aimsithe ag taighdeoirí Cornell chun scafall collagen a phriontáil leis an gcruth ceart a theastaíonn chun cluas a dhéanamh, ag fáil réidh leis an gceanglas maidir le múnla plaisteach.

Buntáistí Féideartha Cluaise Clóbhuailte

D’fhéadfadh cluasa a dhéantar le cabhair ó chlódóirí a bheith úsáideach do dhaoine a chaill a gcluasa féin mar gheall ar ghortú nó galar. D’fhéadfaidís cabhrú freisin le daoine a rugadh gan chluasa nó a bhfuil cinn acu nár fhorbair i gceart.

I láthair na huaire, déantar cluasa athsholáthair uaireanta as cartilage i rib an othair. Is eispéireas míthaitneamhach don othar an cartilage a fháil agus féadfaidh sé damáiste a dhéanamh don rib. Ina theannta sin, b’fhéidir nach bhfuil cuma an-nádúrtha ar an gcluas a thig dá bharr. Déantar cluasa as ábhar saorga freisin, ach arís eile b’fhéidir nach mbeidh an toradh go hiomlán sásúil. Tá an cumas ag cluasa clóite breathnú níos cosúla le cluasa nádúrtha agus oibriú níos éifeachtaí.

Jaw Íochtarach a Phriontáil

I mí Feabhra 2012, thuairiscigh eolaithe Dúitseach gur chruthaigh siad crág íochtarach saorga le printéir 3D agus gur ionchlannáil siad é in aghaidh bean 83 bliain d’aois. Rinneadh an fhód as sraitheanna de phúdar miotail tíotáiniam a bhí comhleádaithe le teas agus a bhí clúdaithe le sciath bithcheirmeach. Tá ábhair bhithcheirmeacha comhoiriúnach le fíochán daonna.

Fuair ​​an bhean an fhód saorga toisc go raibh ionfhabhtú cnámh ainsealach uirthi ina fhód íochtarach féin. Bhraith dochtúirí go raibh máinliacht traidisiúnta atógáil aghaidhe ró-riosca don bhean mar gheall ar a haois.

Bhí hailt ag an fhód ionas go bhféadfaí é a bhogadh, chomh maith le cuasanna le haghaidh greamaithe matáin agus crúba d’árthaí fola agus néaróga. Bhí an bhean in ann cúpla focal a rá a luaithe a dhúisigh sí ón ainéistéiseach. An lá dar gcionn bhí sí in ann luascadh. Chuaigh sí abhaile tar éis ceithre lá. Bhí sé beartaithe fiacla bréagacha a ionchlannú sa fhód níos déanaí.

Tá struchtúir chlóite á n-úsáid freisin in oiliúint leighis agus i bpleanáil réamh-mháinliachta. Is féidir le samhail tríthoiseach a chruthaítear ó scananna míochaine othair a bheith an-úsáideach do mháinlianna, ós rud é go bhféadfadh sé na coinníollacha sonracha atá i gcorp an othair a thaispeáint. Féadfaidh sé seo máinliacht casta a shimpliú.

Prostéitic agus Míreanna Inphriontáilte

Is cineál de chorp próistéiseach, nó saorga é an fhód miotail a thuairiscítear thuas. Réimse ina bhfuil printéirí 3D ag éirí tábhachtach is ea táirgeadh próistéitic. Tá a gcuid printéirí féin ag roinnt ospidéal anois nó tá siad ag obair i gcomhar le cuideachta soláthair leighis a bhfuil printéir aici.

Is minic gur próiseas níos gasta agus níos saoire é próistéitic a chruthú trí phriontáil 3D ná é a chruthú trí mhodhanna traidisiúnta déantúsaíochta. Ina theannta sin, tá sé níos éasca feistiú saincheaptha a chruthú d’othar nuair a dhéantar feiste a dhearadh agus a phriontáil go sonrach don duine. Is féidir scanadh ospidéil a úsáid chun gairis oiriúnaithe a chruthú.

Is minic a dhéantar géaga athsholáthair a phriontáil go 3D inniu, i roinnt áiteanna ar domhan ar a laghad. Is minic a bhíonn airm agus lámha clóite i bhfad níos saoire ná iad siúd a tháirgtear trí mhodhanna traidisiúnta. Tá cuideachta priontála 3D amháin ag obair le Walt Disney chun lámha próistéise ildaite agus spraoi a chruthú do leanaí. Chomh maith le táirge níos saoire a chruthú atá níos inacmhainne, tá sé mar aidhm ag an tionscnamh "cabhrú le páistí féachaint ar a gcuid próistéitic mar fhoinse spleodrach seachas náire nó teorannú".

Tuilleadh Samplaí

• Go déanach in 2015, cuireadh veirteabraí clóite go rathúil in othar. Fuair ​​othair sternum clóite agus ribcage freisin.
• Úsáidtear priontáil 3D chun ionchlannáin fiaclóireachta feabhsaithe a tháirgeadh.
• Is minic a phriontáiltear hailt cromáin athsholáthair.
• D’fhéadfadh go mbeadh cataitéir a d’oirfeadh méid agus cruth sonrach pasáiste i gcorp an othair coitianta go luath.
• Is minic a bhíonn priontáil 3D bainteach le monarú áiseanna éisteachta.

Bithphriontáil le Cealla Beo: Todhchaí Féideartha

Tá priontáil le cealla beo, nó bithphriontáil, ag tarlú inniu. Is próiseas íogair é. Ní gá go n-éireoidh na cealla ró-the. Bíonn teocht ard i gceist le mórchuid na modhanna priontála 3D, a mharódh cealla. Ina theannta sin, ní féidir leis an leacht iompróra do na cealla dochar a dhéanamh dóibh. Tugtar bith-dúch (nó bioink) ar an leacht agus na cealla atá ann.

Athsholáthar Orgán agus Fíocháin

Réabhlóid iontach sa leigheas ba ea orgáin a ndearnadh damáiste dóibh a chur in ionad orgáin a ndearnadh damáiste dóibh. I láthair na huaire, níl go leor orgán deonaithe ar fáil do gach duine a bhfuil gá acu leis.

Is é an plean ná cealla a thógáil ó chorp an othair féin d’fhonn orgán a theastaíonn uathu a phriontáil. Ba cheart go gcuirfeadh an próiseas seo cosc ​​ar dhiúltú orgán. Is dóigh gur gaschealla iad na cealla, ar cealla neamhshonraithe iad atá in ann cineálacha eile cille a tháirgeadh nuair a spreagtar iad i gceart. Chuirfeadh an printéir na cineálacha éagsúla cille i dtaisce san ord ceart. Tá taighdeoirí ag fáil amach go bhfuil cumas iontach ag roinnt cineálacha cealla daonna ar a laghad féin-eagrú nuair a dhéantar iad a thaisceadh, rud a bheadh ​​an-chabhrach sa phróiseas chun orgán a chruthú.

Úsáidtear cineál speisialta printéir 3D ar a dtugtar bioprinter chun fíochán beo a dhéanamh. I modh coiteann chun an fíochán a dhéanamh, priontáiltear hidrogel ó cheann printéir amháin chun scafall a dhéanamh. Déantar braoiníní bídeacha leachtacha, gach ceann acu ina bhfuil na mílte cealla, a phriontáil ar an scafall ó cheann printéir eile. Ní fada go dtéann na braoiníní le chéile agus bíonn na cealla ceangailte lena chéile. Nuair a bhíonn an struchtúr atá ag teastáil déanta, baintear an scafall hidrogel.Féadfar é a scafa nó féadfar é a nite má tá sé intuaslagtha in uisce. Is féidir scafaill in-bhithmhillte a úsáid freisin. Briseann siad seo síos de réir a chéile taobh istigh de chorp beo.

Sa leigheas, is éard is trasphlandú ann orgán nó fíochán a aistriú ó dheontóir go faighteoir. Is éard is ionchlannán ann feiste shaorga a chur isteach i gcorp an othair. Titeann bithphriontáil 3D áit éigin idir an dá dhálaí foircneacha seo. Úsáidtear "trasphlandú" agus "ionchlannán" araon nuair a dhéantar tagairt do mhíreanna a tháirgeann bithphróiseálaí.

Roinnt Éachtaí Bithphriontála

Úsáidtear ionchlannáin neamhbheo agus próistéitic a chruthaíonn printéirí 3D i ndaoine cheana féin. Teastaíonn níos mó taighde chun ionchlannáin a bhfuil cealla beo iontu a úsáid. Ní féidir orgáin iomlána a dhéanamh fós le priontáil 3D, ach is féidir codanna d’orgáin a dhéanamh. Cuireadh go leor struchtúir éagsúla i gcló, lena n-áirítear paistí de muscle croí atá in ann buille, paistí craiceann, codanna de shoithí fola, agus cartilage glúine. Níor ionchlannraíodh iad seo i ndaoine go fóill. In 2017, chuir eolaithe fréamhshamhla de phrintéir i láthair a fhéadann craiceann an duine a chruthú le haghaidh ionchlannú, áfach, agus in 2018 chuir eolaithe eile corneas i gcló i bpróiseas a d’fhéadfaí lá amháin a úsáid chun damáiste sna súile a dheisiú.

Tuairiscíodh roinnt fionnachtana dóchasacha in 2016. Chuir foireann eolaithe trí chineál struchtúr bithphriontáilte faoi chraiceann lucha. Ina measc seo bhí pinna cluaise daonna ar mhéid an linbh, píosa matáin, agus cuid de chnámh fhód an duine. Leathnaigh soithigh fola ón timpeallacht timpeall ar na struchtúir seo go léir agus iad i gcorp na lucha. Ba fhorbairt chorraitheach í seo, ós rud é go bhfuil soláthar fola riachtanach chun fíocháin a choinneáil beo. Iompraíonn an fhuil cothaithigh chuig fíocháin bheo agus tógann sí a gcuid dramhaíola amach.

Bhí sé spreagúil a thabhairt faoi deara go raibh na struchtúir ionchlannáilte in ann fanacht beo go dtí go raibh na soithigh fola forbartha. Cuireadh an éacht seo i gcrích trí phiocháin bídeacha a bheith ann sna struchtúir a lig do chothaithigh dul isteach iontu.

Páirteanna den Chroí a Phriontáil

Cornea a Chruthú

Chruthaigh eolaithe in Ollscoil Newcastle sa RA coirne 3D-chlóite. Is é an cornea an clúdach trédhearcach, is forimeallaí ar ár súile. Féadfaidh daille dochar mór a dhéanamh don chlúdach seo. Is minic a réitíonn trasphlandú coirne an fhadhb, ach níl go leor coirne ar fáil chun cabhrú le gach duine a bhfuil gá acu leis.

Fuair ​​na heolaithe gaschealla ó choirne daonna sláintiúil. Ansin cuireadh na cealla i glóthach déanta as ailgionáit agus collagen. Rinne an glóthach na cealla a chosaint agus iad ag taisteal trí nozzle aonair an chlódóra. Bhí níos lú ná deich nóiméad ag teastáil chun an fhoirmiú agus na cealla a phriontáil sa chruth cheart. Fuarthas an cruth trí scanadh a dhéanamh ar shúil duine. (I gcás míochaine, dhéanfaí scanadh ar shúil an othair.) Chomh luath agus a cuireadh an meascán glóthach agus cille i gcló, tháirg na gaschealla cornea iomlán.

Níor ionchlannáladh na coirne a rinne an próiseas priontála i súile an duine go fóill. Is dócha go mbeidh sé tamall sula mbeidh siad. Tá an cumas acu cuidiú le go leor daoine, áfach.

Is dúshlán ann féin gaschealla a spreagadh chun na cealla speisialaithe a tháirgeadh atá riachtanach chun cuid shonrach de chorp an duine a dhéanamh ag an am ceart. Is próiseas é a d’fhéadfadh buntáistí iontacha a bhaint amach dúinn, áfach.

Buntáistí a bhaineann le Mion-Orgáin, Orgánaigh, nó Orgáin ar Sliseanna

D’éirigh le heolaithe mionorgáin a chruthú trí phriontáil 3D (agus trí mhodhanna eile). Leaganacha beaga d’orgáin, codanna d’orgáin, nó paistí fíocháin ó orgáin ar leith is ea “mion-orgáin”. Déantar tagairt dóibh le hainmneacha éagsúla i dteannta leis an téarma mionorgán. B’fhéidir nach mbeidh gach cineál struchtúir atá le fáil san orgán lánmhéide sna bunú clóite, ach meastacháin mhaithe iad. Tugann taighde le fios go bhféadfadh úsáidí tábhachtacha a bheith acu, cé nach bhfuil siad in-ionchlannaithe.

Ní tháirgtear mionorgáin i gcónaí ó chealla a sholáthraíonn deontóir randamach. Ina áit sin, is minic a dhéantar iad ó chealla duine a bhfuil galar air. Is féidir le taighdeoirí éifeachtaí na gcógas ar an mionorgán a sheiceáil. Má aimsítear go bhfuil druga cabhrach agus nach bhfuil sé díobhálach, féadfar é a thabhairt don othar. Tá buntáistí éagsúla ag baint leis an bpróiseas seo. Is é ceann amháin gur féidir cógais ar dóigh dó a bheith tairbheach do leagan sonrach an othair de ghalar agus dá ngéanóma ar leith, rud a mhéadaíonn an dóchúlacht go n-éireoidh le cóireáil. Rud eile is ea go bhféadfadh dochtúirí druga neamhghnách nó costasach a fháil d’othar más féidir leo a thaispeáint gur dóigh go mbeidh an druga éifeachtach. Ina theannta sin, d’fhéadfadh tástáil drugaí ar mhionorgáin an gá atá le hainmhithe saotharlainne a laghdú.

Struchtúr a shamhlaíonn an scamhóg

In 2019, léirigh eolaithe in Ollscoil Rice agus in Ollscoil Washington gur cruthaíodh mionorgán a mhamaíonn scamhóg dhaonna i ngníomh. Tá an mion-scamhóg déanta as hidrogel. Tá struchtúr beag cosúil le scamhóg ann a líontar le haer go tráthrialta. Tá líonra soithí atá líonta le fuil timpeall ar an struchtúr.

Nuair a spreagtar é, leathnaíonn an scamhóg insamhalta agus a chuid soithí go rithimeach gan briseadh. Taispeánann an físeán conas a oibríonn an struchtúr. Cé nach bhfuil an t-orgán lánmhéide agus nach ndéanann sé aithris ar na fíocháin go léir i scamhóg an duine, is forbairt an-tábhachtach é a chumas bogadh mar scamhóg.

Roinnt Dúshlán maidir le Bithphriontáil

Is tasc deacair é orgán a chruthú atá oiriúnach le haghaidh ionchlannú. Is struchtúr casta é orgán ina bhfuil cineálacha agus fíocháin éagsúla cille eagraithe i bpatrún ar leith. Ina theannta sin, de réir mar a fhorbraíonn orgáin le linn forbairt suthach, faigheann siad comharthaí ceimiceacha a chuireann ar chumas a struchtúr mín agus a n-iompar casta forbairt i gceart. Bíonn na comharthaí seo in easnamh nuair a dhéanaimid iarracht orgán a chruthú go saorga.

Síleann roinnt eolaithe go ndéanfaimid struchtúir in-ionchlannaithe a phriontáil ar dtús - agus go ceann tamaill eile le teacht, a fhéadfaidh feidhm amháin orgáin a chomhlíonadh in ionad a fheidhmeanna go léir. D’fhéadfadh na struchtúir níos simplí seo a bheith an-úsáideach má dhéanann siad cúiteamh as locht tromchúiseach sa chorp.

Cé gur dócha go mbeidh blianta ann sula mbeidh orgáin bithphriontáilte ar fáil le haghaidh ionchlannán, seans go bhfeicfimid buntáistí nua ón teicneolaíocht roimh sin. Is cosúil go bhfuil luas an taighde ag méadú. Ba cheart go mbeadh todhchaí na priontála 3D maidir le leigheas an-suimiúil chomh maith le corraitheach.

Tagairtí

• Cluas shaorga a chruthaigh printéir 3D agus cealla cartilage beo ó Iris Smithsonian.
• Fód trasphlandaithe déanta ag printéir 3D ón BBC (British Broadcasting Corporation)
• Lámha clóite 3D daite ó Chumann na nInnealtóirí Meicniúla Mheiriceá
• Cruthaíonn Bioprinter páirteanna corpartha saotharlainne saincheaptha le trasphlandú ón Guardian
• An chéad choirne daonna clóite 3D ó sheirbhís nuachta EurekAlert
• Déanann printéir 3D an t-ae is lú riamh ó Eolaí Nua
• Is cosúil le horgáin chlóite Mini 3D an croí agus an t-ae a bhualadh ón Eolaí Nua
• Orgán a dhéanann aithris ar na scamhóga ó Mheicneoirí Coitianta
• Déanann printéir nua 3D cluas, matán agus fíochán cnámh ar feadh an tsaoil ó chealla beo ó Science Alert
• Bithphróiseálaí 3-T chun craiceann an duine a phriontáil ón tseirbhís nua phys.org

Tá an t-alt seo cruinn agus fíor chomh fada agus is eol don údar. Is chun críocha faisnéise nó siamsaíochta amháin atá an t-ábhar agus ní ghlacann sé le comhairle phearsanta nó comhairle ghairmiúil i gcúrsaí gnó, airgeadais, dlí nó teicniúla.