Ученые ведут разработку печатных 3D-имплантатов из стали и титана

Профессора Сусмита Босе и Амита Бандиопаджия демонстрируют сложный металлический имплантат черепа

Медицина всегда рассматривалась как одна из самых перспективных сфер применения технологии 3D-печати. И возможность создавать на ее базе имплантаты, совместимые с человеческой анатомией, действительно стоят всех тех усилий, которые сейчас прикладывают научные сотрудники Университета штата Вашингтон.

Группа ученых под руководством материаловеда Сусмиты Босе и технолога Амита Бандиопаджия при поддержке Национального научного фонда США разрабатывают метод, который позволит создавать самые различные искусственные заменители человеческих костей.

Одной из причин, почему 3D-принтеры стали настолько популярными, является широкий спектр их применения в самых различных сферах производства. Такими возможностями просто не могли не заинтересоваться люди медицины, и сейчас они активно ищут способы интеграции этих возможностей для реализации проектов, связанных с человеческим здоровьем.

Если разработка ученых из Университета штата Вашингтон окажется удачной, то 3D-принтеры, возможно, в самом скором времени начнут применять для производства материалов и заменителей, которые структурно и функционально будут наиболее точно соответствовать и повторять человеческие кости. Впоследствии эти заменители костей можно будет использовать для исправления различных костных нарушений, уродств и очень серьезных травм.

Новая техника создания имплантатов получила название LENS (Laser Engineered Net Shaping) и основывается на плавной интеграции искусственно напечатанной кости с органической тканью. Такой подход позволит существенно увеличить время возможного ношения имплантата без необходимости его замены. При этом сами имплантаты могут выполняться из самых различных материалов, включая сталь, титан и даже керамику.

«Имплантаты широко применяются в современной медицине. Однако нередко бывает так, что врачи сталкиваются с по-настоящему уникальными анатомическими и травматическими случаями, когда заготовленные заранее имплантаты применять нельзя. В таких случаях хирургам приходится переквалифицироваться в настоящих столяров», — объясняет Бандиопаджия.

При традиционных процессах создания искусственных заменителей требуется ручная полировка и доработка созданных имплантатов. Благодаря LENS, материалы можно будет использовать сразу же после того, как они будут изготовлены на 3D-принтере. Никаких доработок для этого не потребуется.

Суть работы LENS заключается в распрыскивании крошечных жидких частиц различных материалов специальным лазерным лучом. При выходе из луча частицы моментально застывают и образуют поверхность. Слой за слоем. Этот метод 3D-печати очень точен и позволяет создавать нужные искусственные заменители в готовой форме и без каких-либо проблем.

Перед началом процесса создания необходимого заменителя, врач проведет компьютерную томографию (КТ) или магнито-резонансное сканирование, для того чтобы правильно создать трехмерную модель поврежденной области человеческого организма. Результаты сканирования загрузят в 3D-принтер LENS, который создаст необходимый имплантат точной формы, идеально подходящий для поврежденной области.

«Самое удивительное во всем этом то, что на создание нужных имплантатов не будут уходить месяцы. Первые результаты можно будет получить в течение всего нескольких часов с момента начала работы. На полноценное производство потребуется еще от пяти до шести часов. На всю работу у доктора может потребоваться до трех дней. Все будет зависеть от степени сложности той или иной необходимой анатомической формы имплантата для конкретного пациента», — подытоживает Бандиопаджия.