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Flexible 3D-gedruckte Netze für Orthesen

Auf 25. Juni 2019 von Ann-Kathrin L. veröffentlicht
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Die MIT-Ingenieure haben 3D-gedruckte und faltbare Netze entwickelt, deren Flexibilität und Stärke angepasst werden kann, um weichere Gewebe wie Muskeln und Sehnen zu imitieren und zu unterstützen. Diese Forschung wird daher Auswirkungen auf den medizinischen Sektor haben, insbesondere bei der Herstellung von maßgeschneiderten medizinischen Geräten wie Prothesen, Hörgeräten oder Orthesen.

Medizinprodukte und Geräte bestehen meist aus festen und unflexiblen Materialien, was die Entwicklung maßgeschneiderter Lösungen behindern kann. Wir wissen, dass 3D-Drucktechnologien einige der Herausforderungen des medizinischen Sektors meistern, indem sie kundenspezifisches Design einfacher und schneller anbieten. Die Entwicklung der 3D-Druckmaterialien ist ein wesentlicher Faktor bei der Bewältigung dieser Herausforderung: Wir sehen zum Beispiel, dass einige Hochleistungsmaterialien wie PEEK aufgrund ihrer Leichtigkeit, Festigkeit und Biokompatibilität für bestimmte medizinische Anwendungen besonders interessant sind. Die MIT-Ingenieure haben daher diese Druckmaterialien genauer untersucht und 3D-gedruckte Netze entwickelt, die ähnlich echtem Gewebe ähneln.

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Die MIT-Forscher wurden von Kollagen inspiriert, um dieses Material zu entwickeln. Kollagen ist ein Strukturprotein, das in den Weichteilen des menschlichen Körpers, aber auch in Bändern, Sehnen und Muskeln vorkommt. Wenn man sich dieses Protein unter dem Mikroskop ansieht, stellt man fest, dass es verschiedenen elastischen Bändern ähnlich ist, die miteinander verflochten sind. Unter Berücksichtigung dieser Kollagenstruktur wurden Wellenmuster entworfen, die dann mit einem thermoplastischen Polyurethan in 3D gedruckt wurden, erklärt der Leiter des Forschungsteams, Pattinson. Er habe dann eine Netzkonfiguration ähnlich einem dehnbaren, aber starken und flexiblen Gewebe konstruiert.

Als Demonstration druckte das Team ein flexibles Netz für eine Knöchelschiene bzw. Orthese. Sie erklären, dass sie die Netzstruktur angepasst haben, um zu verhindern, dass sich der Knöchel nach innen dreht – eine häufige Ursache für Verletzungen – und dass sich das Gelenk frei in andere Richtungen bewegen kann. Sie testeten dieses Netz an verschiedenen gesunden Freiwilligen. Jeder 3D-gedruckte Streifen wurde für jeden einzelnen in einer Ausrichtung angepasst, die den Knöchel stützen sollte, wenn er sich dreht. Dann maßen die Forscher die Steifigkeit jedes Knöchels mit einem Roboter. Abhängig von der Steifigkeit des Sprunggelenks wurden Veränderungen im Netzverhalten beobachtet. Je nach Ergebnis dieser Tests haben die Forscher daher mehr oder weniger starre Fasern eingebaut.

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Die 3D-gedruckten Netze erwiesen sich nach den Tests als weniger steif.

Sie fertigten auch ein Modell einer Knieschiene an, die der Form des Knies beim Bücken folgt. Sie behaupten, dass sie die Strukturen jedes Netzes anpassen und so die möglichen Anwendungen vervielfachen können. Sebastien Pattinson, der die Forschung leitete, fügt hinzu: „Diese Arbeit ist insofern neu, als sie sich auf die mechanischen Eigenschaften und Geometrien konzentriert, die zur Unterstützung von Weichgewebe erforderlich sind. 3D-gedruckte Geräte sind in der Regel sehr groß. Also haben wir versucht, sie flexibler und komfortabler zu machen, indem wir uns ein textilähnliches Material vorstellten.“ Weitere Informationen finden Sie HIER.

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