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深圳市创想三维科技有限公司

3D打印技术改良人工耳蜗植入物的相关研究

文章来源:深圳市创想三维科技有限公司人气:73发表时间:2019-07-27 09:50:06

  在《临床用柔性电极的3d打印》一书中,卧龙冈大学的劳拉·布兰科·佩尼亚提出了她的论文,内容是3d打印机在医学上的益处,特别是在人工耳蜗植入设备中。通常以微小贝壳的形状呈现,当听觉神经受到刺激时,植入物促进听觉。在这项研究中,Peña 3D打印电极阵列提供更复杂的刺激,来试验喷墨打印和导电rLCGO / PDMS同轴纤维的3D打印。


 3D打印机

  耳蜗植入物的成分。CI和相关解剖结构(A):声音处理器(A)、线圈和电磁传感器(B)、电极阵列(C)、耳蜗(D)、听觉神经(D)。CI(B)内部零件和材料:钛或陶瓷外壳(1)的电磁传感器,接收外部声音处理器(2)信号的磁线圈,半导体外电极(3),聚二甲基硅氧烷内铂/铱(90/10)线制成的电极阵列。NE(PDMS)载体和22个铂触点(4),可移动磁铁(来自传感器)(5),PDMS加强件(6)(Wallace,Higgins,Moulton,&Wang,2012)

 

  电极阵列由硅载体中的铂/铱(90/10)导线组成,在远端有22个铂电极触点,每条导线提供刺激患者耳朵的通道。

3D打印机

热和压电(声学)喷墨打印机组件(墨菲和阿塔拉,2014)

 

  “由于该装置植入患者头部,因此用于制造该装置的材料必须确保其安全性和长期功能性,因此,该装置具有生物相容性、抗机械力和随时间稳定。用于植入物制造的与患者组织接触的材料(硅、铂、钛和陶瓷)显示出所需的生物相容性、耐腐蚀性、低反应性和机械阻力,同时确保了电极的导电性和灵活性。”Pe_a在她的研究中说。

 

  虽然银在金属方面具有最好的导电性,但由于反应性和细胞毒性,它也会带来严重的健康问题;然而,铂(Pt)因具有高生物相容性和良好的导电性而适用于医疗应用。


    3D打印机


  潜在3D打印的CI同轴结构。同轴纤维以RLCGO纤维为导电芯,PDMS为绝缘外层。3D打印这些纤维将可以制造一个灵活的,固体结构与多个平行的RLCGO纤维作为电极阵列周围的PDMS。

 

  “为了推进铂前体墨水的喷墨打印,我们的目标是优化打印参数,以便能够在不同方向打印连续的直线,”Pe_a说,“在此之前,评估空气等离子和多多巴胺涂层对PDMS Wettabi的影响。”为了了解最适合打印的表面处理方法,我们还进行了一段时间的检验。”

 

  尽管研究小组试图通过喷墨打印来打印铂前驱体以获得合适的原位导电性,但他们无法创造出所需的导电模式。由于缺乏导电性,他们遇到了重大挑战,尽管该方法具有潜力,但Pe_a表示,需要进一步研究这些模式,以找到更好的解决方案。

 

  接下来,他们探索了以石墨烯纤维为核心,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为外层的同轴结构。石墨烯由于其良好的机械性能、导电性和生物相容性,在3D金属打印和复合材料制造中也得到了广泛的应用。然而,石墨烯纤维需要载体材料,PDMS是一个很好的选择。更好的是,纤维可以涂上铂,以获得更好的导电性和生物相容性。

 

  “模仿电线,RLCGO/PDMS同轴纤维将有一个导电芯(RLCGO纤维),由绝缘PDMS外层包围,”Pe_a说。这类纤维相互挤压,并形成多层,其中RLCGO纤维在PDMS ST内平行排列。这种结构将可以制造一种具有所需导电通道数量的多维电极阵列的柔性、固体、导电结构。”

 

  研究人员为同轴导电纤维定制了一个3D打印装置,优化了制造柔性导电结构的工艺。然而,有一个重大的挑战,当3D打印结构与一个坚实的RLCGO纤维结合,受到了“拖拽”到结构中心的限制,导致研究团队无法找到快速的解决方案。

 

3D打印机

  通过700μm(a)和400μm(b)直径喷嘴打印RLCGO/PDMS同轴光纤。将光纤末端切割干净(a),以消除因拖动RLCGO光纤(b)而产生的任何缺陷,并将RLCGO光纤暴露在截面上。3D打印的连续RLCGO/PDMS光纤,显示在角落拖动RLCGO光纤(C)。3D打印的连续RLCGO/PDMS纤维,转角处半径为3 mm。在第一个循环(d)后停止拖动rlcgo光纤。

 

  “虽然一次打印层需要更多的优化,但一个原型结构有两层,每层有四条平行的RLCGO纤维,用于显示弯曲对其电性能的影响。用于打印工艺开发的纤维不具有很高的导电性,尽管它们的导电性可以通过铂化显著提高,如本文所示。然而,其他具有更高导电性的RLCGO纤维可替代使用。

 

  “这项工作所显示的数据仍然是非常初步的,但很有希望。3D打印工艺的优化必须是CI技术发展的下一步,”Pe_a总结道。

  3D打印在医疗设备和植入物领域取得了巨大的进步,这意味着无论接受过耳蜗植入、鼻腔植入、钛髋植入或更多,许多患者的生活都会发生巨大的变化。


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