Η 3D εκτύπωση έχει ήδη μεταμορφώσει τον τρόπο που κατασκευάζονται εξατομικευμένες ιατρικές συσκευές — από ακουστικά βαρηκοΐας μέχρι τεχνητά μέλη. Ωστόσο, η εστίαση μέχρι σήμερα ήταν σε στερεά, άκαμπτα υλικά. Τώρα, οι μηχανικοί του MIT κάνουν το επόμενο βήμα: εύκαμπτα πλέγματα (flexible meshes), σχεδιασμένα να προσαρμόζονται στους μαλακούς ιστούς του σώματος.

Πιο κοντά στην ανατομία

Το νέο αυτό υλικό μιμείται τη λειτουργία του κολλαγόνου, της πρωτεΐνης που δίνει ελαστικότητα και αντοχή σε ιστούς όπως οι τένοντες και οι σύνδεσμοι. Χάρη στη γεωμετρία των κυμάτων (wavy structures) που βασίστηκε στη δομή του κολλαγόνου, οι ερευνητές κατάφεραν να ελέγξουν το πόσο «απαλό» ή «σκληρό» είναι το πλέγμα σε κάθε σημείο.

Χρησιμοποιώντας TPU (Thermoplastic Polyurethane) σε συμβατικούς desktop 3D printers, κατάφεραν να εκτυπώσουν πλέγματα που αλλάζουν συμπεριφορά με βάση την ένταση.

Εφαρμογές: Νάρθηκες και επιγονατίδες με “έξυπνη” συμπεριφορά

Η ομάδα του MIT δημιούργησε:

• Νάρθηκα αστραγάλου, σχεδιασμένο ώστε να αποτρέπει την εσωτερική στροφή της άρθρωσης (inversion injury), αφήνοντας ελεύθερη την κίνηση σε άλλες κατευθύνσεις.
• Επιγονατίδα με auxetic mesh, η οποία επεκτείνεται αντί να συρρικνώνεται όταν τεντώνεται, προσφέροντας σταθερότητα σε καμπύλες επιφάνειες όπως το γόνατο.
• Γάντι για ασθενείς με εγκεφαλικό, που προσφέρει αντίσταση σε ακούσιες κινήσεις (clenching), συμβάλλοντας στην αποκατάσταση κινητικών λειτουργιών.

Συνδυασμός υλικών για στοχευμένη στήριξη

Για εφαρμογές όπου απαιτείται περισσότερη σκληρότητα (π.χ. χειρουργικά πλέγματα – hernia meshes), οι ερευνητές συνδύασαν ελαστικά και μεταλλικά υλικά στην ίδια εκτύπωση. Πιο συγκεκριμένα, πρόσθεσαν ίνες από ανοξείδωτο χάλυβα ανάμεσα σε στρώσεις TPU, προσφέροντας στήριξη μόνο όπου είναι απαραίτητο.

Καινοτόμες τεχνικές εκτύπωσης

Η ομάδα επίσης τροποποίησε τη διαδικασία εκτύπωσης, μειώνοντας την επαφή μεταξύ των στρώσεων, για να δημιουργήσει πλέγματα με σχετική κίνηση ανάμεσα στα layers, θυμίζοντας έτσι υφάσματα.

Πρακτική Χρήση και Προοπτικές

Η ευκολία με την οποία αυτά τα πλέγματα μπορούν να προσαρμοστούν, και η δυνατότητα εκτύπωσής τους ακόμα και με βασικούς FDM εκτυπωτές, ανοίγουν τον δρόμο για:

• Εξατομικευμένα ιατρικά βοηθήματα (orthotics),
• Συσκευές αποκατάστασης κινητικότητας,
• Εμφυτεύματα με υψηλή συμβατότητα με το σώμα.

Όπως δήλωσε ο καθηγητής A. John Hart:

“Η ομορφιά αυτής της τεχνικής είναι η απλότητά της και η ευελιξία της — μπορείς να εκτυπώσεις ένα mesh στο σπίτι, και να το προσαρμόσεις όπως ακριβώς το χρειάζεσαι.”