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3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢測的應(yīng)用

更新時(shí)間:2022-06-22點(diǎn)擊次數(shù):682

     近年來,3D打印技術(shù)在生物醫(yī)藥方面得到廣泛的應(yīng)用,并且也取得了諸多成就。研究人員可以根據(jù)不同患者的需求,采用3D打印個(gè)性化的生物材料,比如助聽器、假肢制造、骨科手術(shù)、人工關(guān)節(jié)、人工外耳和牙齒種植等等方面。而且隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,3D打印技術(shù)也應(yīng)用到醫(yī)學(xué)快速檢測方面,其中美國賓夕法尼亞大學(xué)(Upenn)的科學(xué)家們開發(fā)出了一種低成本的3D打印產(chǎn)品可以快速檢測寨卡(Zika)病毒(圖1)。據(jù)悉這個(gè)3D打印的檢測裝置只有一個(gè)蘇打水罐大小,成本僅2美元,而且無需用電,也不用專業(yè)技術(shù)人員操作?;颊咧恍杼峁┮环萃僖簶颖?,當(dāng)遺傳分析檢測到病毒存在時(shí),裝置中可變色的染料將變成藍(lán)色,由于其攜帶方便,因此也能夠在野外使用。

 

寨卡(Zika)病毒

 

     國內(nèi)某醫(yī)院也將3D打印技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)傷感染檢測方面,傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)熒光定量檢測方法需要集成龐大、昂貴、精密的光學(xué)設(shè)備,不適合戰(zhàn)場創(chuàng)傷感染的現(xiàn)場快速檢測。新興的電化學(xué)方法、HNB比色法、濁度法都需要開蓋操作,易造成氣溶膠污染,檢測靈敏度不高,結(jié)果不易判斷。他們利用BMF的3D打印技術(shù)成功研發(fā)出一款密閉性便攜式檢測裝置,能保證37℃條件下恒溫進(jìn)行擴(kuò)增反應(yīng),并進(jìn)行核酸檢測。該裝置(如圖2所示)包括頂蓋、底墊、反應(yīng)管和檢測容器,其中頂蓋可以拆分,不漏液,底部圓錐體為尖銳硬質(zhì)材質(zhì),底墊為韌性材料,可在外力作用下頂破反應(yīng)管底部,使反應(yīng)液和緩沖液進(jìn)入檢測容器中,使試紙條浸在擴(kuò)增反應(yīng)后液體中,通過試紙條上的顏色變化進(jìn)行核酸檢測。


圖2  裝置主要組成部件

 


     為了保證在現(xiàn)場檢測時(shí)底墊能夠在受力下輕易破裂,保證觀察液體能夠混合,因此需要在該裝置的底部設(shè)計(jì)一層薄膜(如圖3紅圈所示),厚度尺寸必須保證在0.05mm左右,使用傳統(tǒng)的注塑加工方式,這個(gè)薄膜無法直接與裝置成為一體,如果采用后期增加薄膜的方式,整個(gè)制造工藝就會(huì)很復(fù)雜,而且成本會(huì)增加很多,不利于大規(guī)模的推廣使用,而采用3D打印的方式可以一體成型,成本也能夠控制下來。


圖3  薄膜位置


     這層0.05mm薄膜的打印質(zhì)量決定了此檢測裝置的使用效果,客戶經(jīng)過多方考察與對(duì)比,最終選擇了與深圳摩方材料(BMF)合作,BMF做為微納級(jí)超高精度3D打印的*導(dǎo)者之一,其顛.覆性精密加工能力得到客戶的一致認(rèn)可。其技術(shù)主要采用面投影微立體光刻(Projection Micro Stereolithography, PμSL)3D打印技術(shù),非常適用于制作微尺度的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu),有著高分辨率、高精度、跨尺度加工、適用材料廣、加工效率高、加工成本低等諸多特點(diǎn)。


     根據(jù)客戶項(xiàng)目的具體需求,最終選擇S140設(shè)備(圖4)進(jìn)行打印,這款設(shè)備光學(xué)精度達(dá)到10um,打印層厚10~40um,并且可以在同一個(gè)打印樣品中,根據(jù)結(jié)構(gòu)要求設(shè)置不同的層厚,提高打印效率,打印模型最大尺寸為94mm(L)*52mm(W)*45mm(H),而且其支持多種樹脂材料打印,例如韌性樹脂、耐高溫樹脂、生物醫(yī)用樹脂、柔性樹脂等等,能夠最大限度的滿足不同客戶的需求。


圖4   S140設(shè)備簡圖

 

     該裝置是一個(gè)開創(chuàng)性的解決方案,并且是在醫(yī)療檢測使用3D打印的一個(gè)重要示例。再次證明了3D打印技術(shù)將是醫(yī)療行業(yè)*的一部分。