تولید دستگاه های کوچک پزشکی برای بدن با روش چاپ سه بعدی جدید
پژوهشگران National Institute of Standards and Technology (NIST) روش جدیدی را برای چاپ سه بعدی ژلها و سایر مواد نرم ایجاد کرده اند. با انتشار در مقاله ای جدید، توانایی ایجاد ساختارهای پیچیده با دقتی در مقیاس نانومتر را دارد. از آنجا که بسیاری از ژلها با سلولهای زنده سازگار هستند، روش جدید میتواند شروعی برای تولید دستگاه های پزشکی نرم و ریز مانند سیستمهای انتقال دارو یا الکترودهای انعطاف پذیر که میتواند به بدن انسان وارد شوند، باشد.
یک چاپگر سه بعدی استاندارد با ایجاد ورقه هایی از مواد (به طور معمول پلاستیک یا لاستیک) و ساخت آنها به صورت لایه به لایه، مانند لازانیا، تا ایجاد کل شی، ساختارهای جامد ایجاد میکند.
Andrei Kolmakov پژوهشگرNIST ، گفت: "استفاده از چاپگر سه بعدی برای ساخت شی از ژل کمی بیشتر یک فرآیند ظریف پخت و پز است." در روش استاندارد، محفظه چاپگر سه بعدی با سوپی از پلیمرهای زنجیره بلند، گروه های طولانی مولکولهای پیوندخورده، حل شونده در آب، پر میشود. سپس "ادویه ها" اضافه میشوند، مولکول های خاصی که به نور حساس هستند. هنگامی که نور از چاپگر سه بعدی آن مولکولهای خاص را فعال میکند، آنها زنجیره های پلیمرها را بهم میچسبانند تا یک ساختار کرکی تار عنکبوت مانند ایجاد کنند. این داربست که هنوز توسط آب مایع احاطه شده است، ژل است.
به طور معمول، چاپگرهای ژل سه بعدی مدرن از نور لیزر ماوراء بنفش یا مرئی برای شروع تشکیل داربست ژل استفاده کرده اند. با این حال، Kolmakov و همکارانش توجه خود را به روش دیگری برای چاپ ژل سه بعدی با استفاده از پرتوهای الکترون یا اشعه ایکس متمرکز کرده اند. از آنجا که این انواع تابش نسبت به نور ماوراء بنفش و مرئی انرژی بالاتر یا طول موج کمتری دارند؛ این پرتوها میتوانند نزدیکتر متمرکز شوند و بنابراین ژلهایی با جزئیات ساختاری ظریفتر تولید میکنند. چنین جزئیاتی دقیقاً همان چیزی است که برای مهندسی بافت و بسیاری از کاربردهای پزشکی و بیولوژیکی مورد نیاز است. الکترونها و اشعه ایکس مزیت دومی هم دارند: آنها برای شروع تشکیل ژلها به مجموعهی خاصی از مولکولها احتیاج ندارند.
اما در حال حاضر، منابع این تابش متمرکز با طول موج کوتاه، میکروسکوپهای الکترونی روبشی و میکروسکوپهای اشعه ایکس، فقط در خلاء میتوانند کار کنند. این یک مشکل است زیرا در خلاء مایع در هر محفظه به جای تشکیل ژل، تبخیر میشود.
Kolmakov و همکارانش در NIST و درElettra Sincrotrone Trieste ، در ایتالیا، این مسئله را حل کردند و با قرار دادن یک مانع فوق نازک، یک ورقه ی نازک از نیترید سیلیسیم، بین خلاء و محفظه ی مایع، چاپ ژل سه بعدی را در مایعات نشان دادند. ورق نازک از مایع در برابر تبخیر محافظت میکند (همانطور که معمولاً در خلاء این کار را انجام میدهد) اما به اشعه ایکس و الکترون اجازهی نفوذ به مایع را میدهد. این روش تیم را قادر میسازد تا از روش چاپ سه بعدی برای ایجاد ژلهایی با ساختارهایی به اندازه ی ۱۰۰ نانومتر، تقریباً ۱۰۰۰ برابر باریکتر از موی انسان استفاده کند. پژوهشگران انتظار دارند که با اصلاح روش خود، ساختارهایی را روی ژل های به کوچکی۵۰ نانومتر، به اندازه یک ویروس کوچک، حک کنند.
برخی از ساختارهای آینده ی ساخته شده با این روش میتوانند شامل الکترودهای قابل تزریق انعطافپذیر برای نظارت بر فعالیت مغز، حسگرهای زیستی برای تشخیص ویروس، میکرورباتهای نرم و ساختارهایی باشند که میتوانند از سلولهای زنده تقلید و با آنها تعامل داشته و محیط رشد آنها را فراهم کنند.
Kolmakov گفت: "ما ابزارهای جدیدی، پرتوهای الکترون و اشعه ایکس را که در مایعات کار میکنند، به چاپ سه بعدی مواد نرم میآوریم." پژوهش او و همکارانش در مقاله ای در ۱۶ سپتامبر به صورت آنلاین در ACS Nano منتشر شده است.
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۰/۹/۲۳/new-۳-d-printing-method-could-jump-start-creation-of-tiny-medical-devices-for-the-body
|