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隨著3D打印材料在醫(yī)療領(lǐng)域變得越來(lái)越普遍，冠狀病毒的出現(xiàn)引發(fā)了對(duì)這種革命性材料的進(jìn)一步需求。
由于供應(yīng)不足以及人類(lèi)希望通過(guò)解決方案來(lái)幫助預(yù)防或減輕冠狀病毒癥狀，導(dǎo)致了3D打印醫(yī)療用品的研究和開(kāi)發(fā)的突然興起。
3D打印技術(shù)也被稱(chēng)為“增材制造”，它是一種數(shù)字技術(shù)，與傳統(tǒng)工藝相比，它可以制造出精度更高、效率更高、成本更低的定制產(chǎn)品。利用人工智能，3D打印還可以創(chuàng)造出新的設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)以前是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，需要花費(fèi)更多的時(shí)間、更少的精度和更浪費(fèi)的傳統(tǒng)制造。
醫(yī)療技術(shù)公司Osteopore (ASX: OSX)執(zhí)行董事Geoff Pocock表示，3D打印也很有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗?jiǎn)化了供應(yīng)鏈。他補(bǔ)充稱(chēng)，目前疫情擾亂了全球制造業(yè)，零部件供應(yīng)中斷對(duì)全球制造業(yè)和生產(chǎn)產(chǎn)生了重大下游影響，因此這種做法尤其可取。
由于傳統(tǒng)工廠(chǎng)已經(jīng)關(guān)閉，通過(guò)傳統(tǒng)制造方式生產(chǎn)材料的公司不得不從其他地方尋找可能具有復(fù)雜規(guī)格的關(guān)鍵零部件。相比之下，3D打印只需要一大塊材料就可以制造出整個(gè)產(chǎn)品，在Osteopore的案例中，它是監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的用于體內(nèi)安全使用的生物可吸收聚合物。
Pocock先生指出，3D打印還有另外兩個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)——具有高度精確的結(jié)構(gòu)精度和為患者量身定制產(chǎn)品的能力。
例如，他說(shuō)，頭部受傷的CT掃描可以用來(lái)為特定的個(gè)人制造一次性產(chǎn)品。之后，骨固定術(shù)可以創(chuàng)造出一種特定的產(chǎn)品，不僅能與患者受傷的確切形狀相匹配，還能創(chuàng)造出再生骨愈合所必需的孔隙、通道和相關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的微觀(guān)結(jié)構(gòu)。Pocock補(bǔ)充稱(chēng):“正是宏觀(guān)結(jié)構(gòu)和精細(xì)細(xì)節(jié)的結(jié)合，是傳統(tǒng)制造方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的?！?/p>
3D打印優(yōu)化通風(fēng)設(shè)備和口罩
與此同時(shí)，在疫情前線(xiàn)，呼吸機(jī)在治療患有急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)的冠狀病毒患者中是至關(guān)重要的，由于病例數(shù)量激增，許多國(guó)家發(fā)現(xiàn)這些病例供應(yīng)不足。這讓比利時(shí)的醫(yī)生們想到了一個(gè)新穎的3D打印瓣膜裝置，可以讓一個(gè)機(jī)械呼吸機(jī)供兩個(gè)人使用，而不是一個(gè)人。
比利時(shí)工程師和no2covid.com的聯(lián)合創(chuàng)始人Dirk Wenmakers和Philippe Caers提出了這個(gè)想法，并開(kāi)發(fā)了一個(gè)3D打印設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。
no2covid.com的3D打印瓣膜使比利時(shí)Geel一家醫(yī)院的呼吸機(jī)容量翻了兩番。
比利時(shí)Geel醫(yī)院的Luc Janssen醫(yī)生說(shuō)，這種一次性的、易于使用的瓣膜可以用來(lái)分離一個(gè)呼吸機(jī)，這樣就可以供兩個(gè)病人使用，并適應(yīng)每個(gè)病人的氣流需求。
此外，3D打印專(zhuān)家Materialise公司透露，他們已經(jīng)找到了解決呼吸機(jī)短缺的另一種方法，并發(fā)明了一種3D打印的無(wú)創(chuàng)PEEP (NIP)面罩連接器，它可以將大多數(shù)醫(yī)院的設(shè)備轉(zhuǎn)換成一種面罩，通過(guò)在肺部制造正壓來(lái)幫助呼吸。
根據(jù)Materialise公司的研究，這種組合口罩可以減少患者使用機(jī)械呼吸機(jī)的時(shí)間，從而使臨床醫(yī)生減少呼吸機(jī)供應(yīng)的壓力。
3D打印醫(yī)療在冠狀病毒以外的需求
除了疫情之外，3D打印醫(yī)療用品已經(jīng)以一種前所未有的方式幫助拯救和改善了人們的生活。
Osteopore是一家成功實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的公司，它通過(guò)3D打印和監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的醫(yī)療植入物來(lái)促進(jìn)自然組織再生。該公司使用一種專(zhuān)利聚合物配方打印支架。這種材料可以隨著時(shí)間的推移溶解，留下健康的骨組織。Osteopore稱(chēng)，這些支架可以“顯著”減少術(shù)后并發(fā)癥，而這些并發(fā)癥通常與永久性植入物有關(guān)。
該公司的Osteoplug是一種生物可吸收的植入物，它包含一個(gè)多孔基質(zhì)，使其充滿(mǎn)骨髓、血液和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以促進(jìn)骨骼再生和重塑。
Osteopore的3D打印產(chǎn)品已通過(guò)FDA、TGA和CE認(rèn)證，并已成功應(yīng)用于20000多個(gè)外科手術(shù)中。
它可以不用螺釘植入，用于修復(fù)神經(jīng)外科手術(shù)造成的毛刺。Osteopore已經(jīng)設(shè)計(jì)出它的Osteomesh來(lái)修復(fù)面部、技術(shù)、面部、頸部、下巴和頭部的骨折和填補(bǔ)手術(shù)缺陷。該網(wǎng)提供了一個(gè)剛性和柔性的支架，以支持骨骼生長(zhǎng)期間。一旦骨再生發(fā)生，它就會(huì)退化。與此同時(shí)，Osteopore的Osteostrip是可生物降解的，設(shè)計(jì)用來(lái)填補(bǔ)開(kāi)顱手術(shù)后的空缺，開(kāi)顱手術(shù)包括從頭骨中取出骨頭，露出大腦。它可以填補(bǔ)顱骨瓣和顱骨之間的空隙，不需要螺釘，并提供高度的結(jié)構(gòu)完整性和與周?chē)堑拈L(zhǎng)期整合。
在最近的一次市場(chǎng)更新中，Osteopore首席執(zhí)行官Goh Khoon Seng表示，盡管冠狀病毒，該公司獨(dú)特的3D打印生物可吸收植入物的需求仍在“增長(zhǎng)”。
生物打印器官
與Osteopore的3D打印骨再生技術(shù)相比，生物打印技術(shù)更進(jìn)一步。加州大學(xué)伯克利分校的研究人員最近發(fā)明了一種具有更大潛力的3D打印人體組織、骨骼、血管、器官甚至食物的設(shè)備。
在漫長(zhǎng)的3D打印過(guò)程中，活細(xì)胞會(huì)因需要復(fù)雜而特殊的溫度和化學(xué)條件而退化。然而，伯克利的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種設(shè)備，使用相同的打印機(jī)同時(shí)創(chuàng)建多個(gè)圖層。然后將這些層堆疊在一起，形成一個(gè)3D結(jié)構(gòu)。添加到該結(jié)構(gòu)中的每一層細(xì)胞都經(jīng)過(guò)低溫冷凍以保存細(xì)胞壽命。伯克利大學(xué)機(jī)械工程教授Boris Rubinsky說(shuō):“目前，生物打印主要用于制造一小塊組織?！?/p>
“3D生物打印的問(wèn)題是，這是一個(gè)非常緩慢的過(guò)程，所以你不能打印任何大的東西，因?yàn)樯锊牧显诖蛴⊥瓿蓵r(shí)就會(huì)變質(zhì)?！?br/>
Rubinsky教授解釋說(shuō):“我們的創(chuàng)新之一是，我們?cè)诖蛴〔牧蠒r(shí)對(duì)其進(jìn)行冷凍，這樣生物材料就可以保存下來(lái)，我們還可以控制冷凍速度?！?br/>
盡管目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但該項(xiàng)技術(shù)的部分目標(biāo)是最終實(shí)現(xiàn)3D打印器官，目前美國(guó)有超過(guò)11.2萬(wàn)人在器官移植名單上。