Мировая медицина и 3D-печать: чтобы лучше слышать

Prototypster уже не раз рассказывал о применении 3D-печати в архитектуре, строительстве и дизайне. Наш опыт в создании детали для слухового аппарата костной проводимости стал еще одним подтверждением того, что трехмерная печать используется не только для изготовления продуктов, приносящих эстетическое удовольствие и несущих визуальную информацию.

Недавно к нам обратился заказчик с просьбой напечатать деталь для электронного устройства, выполняющую функцию насадки, с помощью которой оно будет крепиться к голове человека. Электронным устройством было не что иное, как слуховой аппарат костной проводимости. Чтобы все понимали, о какой задаче идет речь, мы немного расскажем о принципах работы устройства.

Как это работает

Звуки, воспринимаемые человеком, передаются во внутреннее ухо двумя путями: посредством воздушного и костного звукопроведения. Скорее всего, многие из вас уже видели, как выглядят аппараты воздушного звукопроведения – в большинстве своем они крепятся к уху снаружи. Однако существуют некоторые заболевания и условия, при которых не рекомендуется использовать традиционные заушные или внутриушные слуховые аппараты.
В таком случае пациентам предлагаются слуховые аппараты, использующие костное проведение звуков. При костном звукопроведении звук передается во внутреннее ухо по костям черепа. Просто магия какая-то!

Имплантируемый слуховой аппарат костного звукопроведения ВАНА (Bone anchored hearing aid) состоит из внешней части, именуемой звуковым процессором, и имплантируемой, включающей титановый костный имплант и проходящую сквозь кожу титановую опору.
Звуковой процессор преобразует, обрабатывает и усиливает акустические колебания, опора преобразует акустические колебания в механические и передает их в имплантированный титановый штифт, который размещается в височной кости за ухом. Prototypster требовалось изготовить деталь, входящую в опору устройства и выполняющую роль насадки. Размеры детали небольшие — высота и диаметр ее всего по 7 мм.

В связи с тем фактом, что при работе аппарата возможен нагрев процессора, нужно было найти максимально безопасный и не деформируемый материал для изготовления детали. Главное условие безопасности – это отсутствие токсичности. Самыми подходящими для данной задачи материалами, на наш взгляд, были фотополимер и полиамид. Фотополимер является высокопрочным материалом, но при этом обладает низкой термостойкостью (до 48 °С). Полиамид долговечен и сохраняет свои свойства при нагреве до 160 °C. Мы решили напечатать модель из обоих материалов.

Деталь, напечатанная из фотополимера и полиамида

По 2D-чертежу заказчика Prototypster подготовил 3D-модель детали, а затем отправил ее на печать. В результате мы получили соответствующую всем требуемым параметрам опору для присоединения процессора к насадке устройства. Трехмерная печать находит всё большее применение в медицине: от печати деталей для различных медицинских устройств, до моделей человеческих органов.

Ухо, которое слышит лучше человеческого

Если можно напечатать деталь для слухового аппарата, почему нельзя напечатать само ухо? Такая идея поселилась в головах ученых Принстонского Университета в Нью Джерси, США. Им удалось напечатать на 3D-принтере функциональное ухо, способное уловить радиочастоты лучше, чем человеческое.

Чем-то напоминает “Удлинители Ушей” – подслушивающие устройства в форме уха, изобретенные братьями Уизли в книге о волшебнике Гарри Поттере. Принстонские ученые, в свою очередь, не прибегая к магии, работают над созданием эффективного и универсального метода слияния электроники с реальными тканями тела.

По словам ведущего исследователя Майкла МакАльпина, ученые “предлагают новый подход совместного выращивания биологических тканей и электроники с использованием технологий 3D-печати”. Данное ухо стало первой попыткой соединить человеческие ткани с электроникой. Напечатанное ухо имеет спиральную электронную антенну. Исследователи соединили электронную антенну с тканями в сложной топологии человеческого уха: воспользовавшись 3D-принтером, они объединили матрицу гидрогеля и клеток человеческого тела, сформировавшие хрящ, с серебряными наночастицами, которые лежали в основе антенны.

Также в структуре имеются два провода, идущие от основания уха и заводящиеся в спиральную улитку (антенну), которая в человеческом организме также называется внутренним ухом. Улитка является частью уха, которая воспринимает звук. В созданном учеными ухе улитка подключается к электродам и также способна улавливать звук.

В настоящее время напечатанное ухо работает только на радиоволнах. Исследовательская группа планирует включать другие материалы, чтобы стало возможным зарегистрировать также и акустические звуки. Дальнейшие исследования и тестирования делают возможным создание истинных бионических органов, которые могут быть использованы врачами для замены частей тела у пациентов.

Источник austinear.com