Биопринтинг вместо доноров?

Список литературы и библиографических ссылок:

Опубликовано: 30.3.2021

Дополнено: 27.4.2021

Просмотров: 5210

Поделиться

3837

Куриное мясо из пробирки – пищевая революция по-сингапурски

2587

Не спится в полнолуние? — Вот почему

33950

Дыхательная гимнастика Стрельниковой для здоровья легких, сердца и не только

28370

Состояние ног – отражение здоровья печени. 9 самых заметных симптомов болезней

13157

Сухой воздух в помещении — опасность для здоровья!

52782

11 основных показателей крови, которые укажут на то, что вы нездоровы

24005

Почему у Вас дергается глаз: основные причины и методы устранения?

50729

Простые тесты, которые помогут проверить, как работает Ваше сердце

19000

Пластический хирург. Чем занимается данный специалист, какие операции проводит, какие патологии лечит?

11799

Какие продукты продлевают жизнь?

265174

Печеночная недостаточность. Причины, симптомы, признаки, диагностика и лечение патологии.

384850

Почечная недостаточность. Причины, симптомы, признаки, диагностика и лечение патологии.

87717

Перелом костей стопы, пяточной и плюсневой. Причины, симптомы, виды, первая медицинская помощь и реабилитация

110483

УЗИ почек. Что такое УЗИ, показания, какие болезни выявляет

97134

УЗИ мочевого пузыря. Что такое УЗИ, показания, какие болезни выявляет

54610

УЗИ поджелудочной железы. Что такое УЗИ, показания, какие болезни выявляет

102791

УЗИ печени и желчного пузыря. Что такое УЗИ, показания, какие болезни выявляет

312065

Колит в правом боку? Печеночная (желчная) колика — причины, симптомы, лечение, неотложная помощь и профилактика

11975

11 напитков, помогающих продлить молодость

238213

Пороки сердца. Пороки митрального клапана.

12735

Здоровье при любом весе

Юридическая информация и безопасность

Методы 3D-печати использовались в различных отраслях для достижения общей цели изготовления продукта. С другой стороны, печать органов — это новая отрасль, в которой биологические компоненты используются для разработки терапевтических приложений для трансплантации органов. В связи с повышенным интересом к этой области, необходимо установить нормы регулирования и этические аспекты. В частности, для этого метода лечения могут возникнуть юридические осложнения от доклинического до клинического перевода.

Регулирование

Текущее регулирование соответствия органов сосредоточено на национальном реестре доноров органов после того, как в 1984 году был принят Национальный закон о трансплантации органов . Этот закон был принят для обеспечения равного и честного распределения, хотя он оказался недостаточным из-за большого спроса. для трансплантации органов. Печать органов может помочь уменьшить дисбаланс между спросом и предложением за счет печати замененных органов для конкретных пациентов; все это невозможно без регулирования. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) отвечает за регулирование биопрепаратов, устройств и лекарств в США. Из-за сложности этого терапевтического подхода расположение органов на спектре не определено. Исследования охарактеризовали печатные органы как многофункциональные комбинированные продукты, что означает, что они находятся между секторами биопрепаратов и устройств FDA; это приводит к более обширным процессам рассмотрения и утверждения. В 2016 году FDA выпустило проект руководства по техническим соображениям для устройств аддитивного производства и в настоящее время оценивает новые заявки на 3D-печатные устройства. Однако сама технология недостаточно развита, чтобы FDA могло напрямую внедрить ее. В настоящее время 3D-принтеры, а не готовые продукты, являются основным направлением того, что оценивается на предмет безопасности и эффективности, чтобы стандартизировать технологию для персонализированных подходов к лечению. С глобальной точки зрения, только органы регулирования медицинских устройств Южной Кореи и Японии предоставили руководящие принципы, применимые к 3D-биопечати.

Есть также проблемы с интеллектуальной собственностью и правом собственности. Они могут иметь большое влияние на более серьезные проблемы, такие как пиратство, контроль качества производства и несанкционированное использование на черном рынке. Эти соображения больше сосредоточены на материалах и процессах изготовления; они более подробно описаны в подразделе «Правовые аспекты 3D-печати» .

Этические соображения

С этической точки зрения существуют опасения относительно доступности технологий печати органов, источников клеток и ожиданий общественности. Хотя этот подход может быть менее дорогостоящим, чем традиционная хирургическая трансплантация, существует скептицизм в отношении социальной доступности этих 3D-печатных органов. Современные исследования показали, что существует потенциальное социальное расслоение для более богатого населения, имеющего доступ к этой терапии, в то время как население в целом остается в реестре органов. Также необходимо учитывать упомянутые ранее источники клеток. Печать органов может уменьшить или исключить исследования и испытания на животных, но также поднимает вопросы об этических последствиях аутологичных и аллогенных источников. Более конкретно, исследования начали изучать будущие риски для людей, проходящих экспериментальные испытания. Как правило, это приложение может вызвать социальные, культурные и религиозные различия, затрудняя глобальную интеграцию и регулирование. В целом этические аспекты печати органов аналогичны общим этическим принципам биопечати , но экстраполируются от ткани к органу. В целом печать органов имеет краткосрочные и долгосрочные юридические и этические последствия, которые необходимо учитывать, прежде чем станет возможным массовое производство.

Цели биопринтинга

Больше всего в биопринтинге заинтересована трансплантология. Опыт практического применения в этой области пока мал, но индустрия постепенно развивается. Проще всего напечатать кожу (не составляет труда взять у человека образец кожного покрова), чтобы потом покрыть ею сильный ожог, например. Что же касается внутренних органов: пока это на стадии разработки и экспериментов на животных.

Органы и ткани сложно печатать, потому что они состоят из огромного количества самых разных клеток. Там и трубчатые структуры, и железистые тела, и хрящевидные элементы, поэтому миру придется еще подождать, прежде чем ученые с этим разберутся.

Развития биопринтинга ждет и текстильная промышленность. Речь идет о спортивных костюмах, которые уже сейчас шьются из биоорганической ткани с внедрением живых клеток. Такие «умные» костюмы подстраиваются под погодные условия (температуры воздуха, влажность) и не позволяют телу человека замерзать или потеть. С развитием биопринтинга получать биоткань будет проще и дешевле, чем сейчас.

Роль дизайнера в биопринтинге

Какую же роль занимает дизайнер в биопринтинге?

Для того чтобы создать искусственный орган или ткань, вначале необходимо разработать их макет, и эта задача лежит на дизайнере. Для этого, кроме навыков проектирования, ему понадобится хорошее знание биологии и анатомии, а также физики и математики.

Компьютерная модель будущего органа должна отражать все анатомические и тканевые особенности будущего органа, в том числе сосудистый рисунок. Кроме того, необходимо рассчитать физические и математические параметры макета.

Для такой работы необходима специальная компьютерная программа, которая позволяет моделировать объекты на клеточном и молекулярном уровнях, прорабатывать возможные варианты их взаимодействия и производить необходимые вычисления.

Пионеры 3D-печати

Хоть первый в мире обычный принтер и появился еще в 1834 году, подумать о том, что спустя пару сотен лет можно будет аналогичным образом печатать человеческие органы, никто не мог. Сегодня компактные принтеры есть во многих квартирах, и люди редко пишут договоры, заявления и объявления руками. Но мысль о печати органов все равно не укладывается в голове.

Печать предметов

Перед тем как наука стала работать в направлении биопринтинга, было развито обычное 3D-печатание, когда на специальном оборудовании получали различные предметы из гипса, пластика и металла. Сначала это были обычные заготовки, но уже сегодня можно заказывать всевозможные детали, фигурки и даже оружие. А в 2014 году в Шанхае напечатали пятиэтажный дом.

Печать органов

В 2002 году биоинженер Томас Боланд понял, что капли чернил в стандартном струйном принтере имеют примерно тот же размер, что и клетки человека – около 10 микрон. В 2003 году ученый запатентовал свое открытие, а уже к 2008 году был создан работающий биопринтер. На нем впервые были напечатаны кровеносные сосуды. Материалом послужили клетки, полученные от курицы. К тому времени биопринтинг уже перестал быть фантастикой.

Первый биопринтер имел 3 печатающие головки. Первые две выводили клетки, а третья отвечала за распределение коллагенового каркаса. Сегодня этот каркас называют биобумагой, которую при необходимости можно растворить, оставив напечатанную часть тела или орган.

Дома из мусора и глины — 30 и 60 кв.м

Итальянская компания WASP напечатала крошечный дом площадью 30 кв. м, себестоимость которого составила всего около $1 000. Постройка получила символичное название Gaia — в честь Геи, древнегреческой богини Земли, поскольку при строительстве использовались только природные материалы.

Инженеры уверены, что экономичную технологию можно использовать для строительства временных убежищ для жертв природных катастроф или беженцев. Дом стал частью проекта «Деревня Шамбала» — первого в мире поселения, где все здания будут напечатанными.

Фото: WASP

Другой проект WASP — футуристичный дом Tecla, созданный в 2021 году вместе с бюро Mario Cucinella Architects. Жилое здание площадью 60 кв. м напечатали за 200 часов.

Фото: dezeen

Принтер компании может использовать в качестве «чернил» как бетон, так и биоразлагаемую смесь из глины, соломы, рисовой шелухи и гидравлической извести. Строительство происходит в два этапа: сначала печатают бетонный каркас стены, а затем принтер заполняет ее внутренний слой глиной. Главное преимущество технологии, которую использует WASP — отсутствие строительного мусора.

Стоимость биопринтинга

Похоже, что до распространения печати человеческих органов на принтере осталось совсем немного, и наше поколение застанет это уникальное изобретение. Сколько будут стоить такие услуги, пока непонятно, но с развитием биопринтинга и с его популяризацией цена начнет постепенно падать.

Высокая стоимость современных 3D предметов и органов связана, скорее, с предварительными работами. Нужно произвести забор биоматериала, подготовить его особым образом, составить специальную программу, загрузить все это в принтер… На это и уходят основные траты. Себестоимость готового изделия не так высока. Например, напечатанная кибернетическая рука стоит около 15 тысяч рублей. А на разработку уходят сотни тысяч.

В любом случае, прогнозируется, что это будет дешевле, чем альтернативные способы лечения. То есть, напечатать с помощью биопринтинга почку получится выгоднее, чем регулярно ходить на процедуру гемодиализа и пожизненно принимать определенные препараты.

Обучение на Дизайнера биопечати (биопринтинга)

В данный момент в нашей стране не существует вузов, где можно получить образование по специальности «дизайнер биопринтинга». Желающим освоить эту профессию необходимо получить дизайнерское и медицинское (или биологическое) образование.

Компания 3D Bioprinting Solutions проводит регулярные стажировки в России в области биопринтинга среди студентов. Участников знакомят со всеми этапами биопечати, от создания макета до работы с оборудованием и материалами. Во время учебы есть возможность написать и защитить свою работу перед ведущими специалистами в области биопринтинга.

Профессионально важные качества:

внимание к деталям;
склонность к командной работе;
интерес к междисциплинарному взаимодействию;
научно-исследовательский интерес.

— Хорошо, а почему ее называют печать? И 3D — это что-то виртуальное?

В данном случае приставка “3D” не имеет никакого отношения к виртуальной реальности, 3D-очкам или чему-то подобному. А вот сам процесс действительно напоминает обычную струйную или лазерную печать на бумаге, которой мы пользуемся каждый день.

В домашних или офисных принтерах струя краски или лазер воздействует на бумагу. В 3D-печати вместо бумаги используется емкость (платформа), наполненная материалом, из которого и будет в дальнейшем состоять полученное изделие.

Современных материалов для 3D-печати слишком много, чтобы перечислять все, но можно выделить основные группы:

• Пластики
• Металлы
• Гипс
• Воск
• Керамика
• Дерево (смеси)
• и др.

Фото с сайта https://i.materialise.com

Фото с сайта https://i.materialise.com

Фото с сайта https://i.materialise.com

Фото с сайта https://i.materialise.com

Почему 3D? Давайте снова обратимся к офисному принтеру. Когда печать одного листа закончена, принтер “выплевывает” готовый лист и заменяет его другим, снова и снова повторяя процесс печати.

Когда 3D-принтер заканчивает печатать один слой, ему тоже нужно “выплюнуть лист”, то есть заменить напечатанный слой материала новым. “Выплюнуть” платформу, наполненную металлическим порошком, достаточно сложно, поэтому в данном случае она просто опускается вниз, а новый слой наносится поверх старого. Таким образом, в процессе печати платформа постоянно опускается вниз, а печатаемые слои накладываются друг на друга, и модель “растет” вверх. Отсюда и возникает третье измерение — высота. Два других, длина и ширина, у нас были и раньше.

Зубы, протезы конечностей и слуховые аппараты

3D печать в медицине уже широко используется в производстве искусственных частей тела – зачастую из пластика или металла – которые контактируют с телом человека, но не контактируют с кровью. Например, зубы, слуховые аппараты и протезы конечностей.

Ранее зубные коронки производились в специальных лабораториях и мастерских. Данный процесс отнимал несколько дней и даже недель. Пациентам приходилось несколько раз посещать врача для примерки протеза. Теперь стоматологи могут просто сделать 3D снимок зуба и изготовить коронку мгновенно на месте.

Технология предоставила людям с ампутированными конечностями, таким как Сидни, возможность выбора – альтернативные инновационные протезы. Студии 3D печати часто сотрудничают с клиентами, чтобы разработать стильные, красивые протезы, которые не нужно будет от всех скрывать, а наоборот захочется продемонстрировать всем.

Некоторые врачи работают с военными ветеранами, которые лишились конечностей, чтобы откорректировать их далекие от совершенства старые протезы. Они используют 3D печать для изготовления протеза, который адаптируется к колебаниям уровня жидкости в организме. В случае необходимости он затягивается или ослабляется, таким образом, протез не вызывает неприятных или болевых ощущений у пациента.

Что такое невесомость и бывает ли она на Земле

Невесомость не равно антигравитация. Это популярное заблуждение. В 400 км от Земли, где со скоростью почти 8 км/с летит Международная космическая станция (МКС), сила притяжения сохраняется на 90% от привычной. Космонавты и предметы парят в воздухе, потому что вместе с МКС находятся в состоянии свободного падения, одновременно опускаясь и смещаясь в сторону. Наша планета их постоянно притягивает: корабль непременно рухнул бы, но поскольку Земля круглая, сохраняется орбитальное движение и постоянная высота. За счет формы планеты МКС постоянно «промахивается» мимо поверхности и продолжает двигаться по орбите дальше. Иначе говоря, падает и не может упасть.

Эффект свободного падения можно ощутить на аттракционах вроде «американских горок» или в скоростном лифте, который стремительно спускается с высокого этажа. На секунды они дарят состояние невесомости или, как ее еще принято называть, микрогравитации.

На некоторых аттракционах высота сначала набирается, а потом резко сбрасывается, вызывая ощущение свободного падения или невесомости. Горки Goliath (Six Flags Great America)

(Фото: June Ryan Lowry for TIME)

Чуть дольше — около 25 секунд — в невесомости можно оказаться в специальном самолете-лаборатории ИЛ-76 МДК. Он поднимается до 6 тыс. метров, после за 15 секунд с резким ускорением под углом 45º набирает высоту до 9 тыс. метров, а потом по плавной дуге (баллистической траектории) при отключенном моторе уходит вниз. В этот момент и наступает невесомость. На высоте 6 тыс. метров двигатели снова заводят и самолет переводится в обычный горизонтальный полет. Пилот выполняет такие «горки» (так называемые параболы Кеплера) 10-15 раз, он удерживает штурвал, не допуская даже малейших отклонений, что физически очень непросто.

Взлетает ИЛ-76 МДК с военного аэродрома «Чкаловский» в Подмосковье. Поучаствовать может любой более-менее здоровый человек, этим занимаются специальные коммерческие агентства, стоимость полета — ₽280 тыс.

В 2016 году альтернативная рок-группа Ok Go из Чикаго сняла в ИЛ-76 МДК клип на песню Upside down and Inside Out. Это первое профессиональное музыкальное видео в условиях невесомости. Самолет-лаборатория имитировал салон пассажирского S7 Airlines, роль стюардесс исполняли многократные призеры чемпионатов по художественной гимнастике Анастасия Бурдина и Татьяна Мартынова.

Для съемок клипа потребовался 21 полет или 2 часа 15 минут невесомости — больше, чем стандартная норма космонавтов в процессе подготовки.

Будут ли печатать на принтере суставы

Технология трехмерной биопечати позволит в недалеком будущем воссоздавать даже комплексные биосистемы – суставы. Биопринтер сможет одновременно использовать разные материалы, в том числе полимеры, на основе которых будут сформированы элементы с высокой жесткостью. Технология придет на помощь тем, кто нуждается в эндопротезировании сустава и страдает от остеоартроза.

Как только научно-исследовательские работы завершатся, биопринтер будет запатентован. Однако ученые пока не называют точные сроки появления этого уникального оборудования на рынке. По прогнозам, в массовом использовании оно появится через 2-3 года.

Печать ткане-инженерных хрящей – это только начало: впереди – печать целых суставов

В планах российских разработчиков – включить операции с такими хрящевыми имплантами в пакет ОМС. Пока же тем, кому рекомендовано лечение артроза коленного сустава или тазобедренного, имеет смысл поберечь поврежденный хрящ и периодически восполнять дефицит синовиальной жидкости с помощью внутрисуставных инъекций. «Нолтрекс» подходит для этих целей как нельзя лучше.

Не печатью единой

На волне популярности 3D-принтеров зарабатывают не только производители товаров, но и продавцы оборудования. 

Каждый производитель разработал собственное технологическое решение с уникальными элементами, что помогло поделить ниши и не создавать накал в конкурентном поле. 

Одним из первых производителей в РФ стал PICASO 3D, ApisCOR создал первый реально работающий строительный 3D-принтер, 3D SLA отвечает за печать металлических изделий. 

На рынке также есть продавцы настольных 3D-принтеров (TOP 3DSHOP, 3D REP), которые сделали ставку на импорт и дистрибуцию. Кроме того, они занимаются 3D-моделированием и печатью под заказ и предлагают станки с ЧПУ и роботизированные системы. 

Для новых игроков пока еще открыт вход в четко сегментированный бизнес, который работает в каждой из перечисленных ниш. При этом для старта обладать уникальной технологией или идеей — не обязательно, достаточно выявить своего клиента и ориентироваться на спрос. 

Кроме того, на рынке существует достаточное количество пустующих ниш, в которые можно заходить и работать. 

— Тогда почему я о ней услышал совсем недавно, если ей почти 40 лет?

У любой технологии есть цикл зрелости — процесс ее становления от появления до исчезновения. Этот процесс может растягиваться на десятилетия и зависеть от многих факторов.

Сегодня промышленная 3D-печать вошли в стадию активного применения. Ее все больше начинают использовать в тех областях, где ранее она была недоступна. 3D-печать постепенно избавляется от прежних проблем, появляются новые материалы и разработки.

Один из вариантов использования 3D-печати в будущем для протезирования и печати человеческих органов.
Пример использования трехмерной печати в судостроении. Статуя была напечатана на 3D-принтере из фотополимера, после чего покрашена и установлена на корабле.

Одновременно с этим, появляется оборудование другого типа, предназначенное для домашнего использования. Производители смогли адаптировать некоторые технологии печати к потребительскому сегменту и сделать их доступными каждому.

Типичный представитель доступных трехмерных принтеров, который можно использовать в домашних условиях

3D-печать на Марсе

Ну и наконец пару слов о полетах на Марс. В 2018 году NASA провел конкурс на тему того, как наиболее эффективно можно будет создавать жилые модели для первой человеческой колонии на Марсе. Победителем стала команда из Арканзаса, которая предложила печатать дома на строительном 3D-принтере из имеющихся на планете материалов — смеси из базальтового волокна, добываемого из марсианских пород, и полимолочной кислоты, полученной из растений, выращенных на Марсе.

Красивая история, но вроде бы очень далекая от реальности. В прошлом году на мировой рынок вышел стартап с российскими корнями Mighty Buildings, который уже в этом году начинает производство и поставку домов покупателям в Калифорнии, созданных на строительном 3D-принтере. Получается, что «Марсианские хроники» обрастают необходимым опытом. Буквально на днях стало известно, что компания закрыла еще один раунд по привлечению инвестиций в размере 40 млн. долларов и планирует расширять производственную базу и увеличивать ассортимент предлагаемых построек.

P.S.

На фото: процесс печати держателя подшипников для еще одного принтера:)

Рассказать о 3D-печати в одном материале невозможно. Это абсолютно новый увлекательный мир для закоренелого гаджетомана. Словами очень сложно передать тот восторг, когда спроектированная лично вам модель из цифровой превращается в физическую. Настоящая магия.

Ко мне часто обращаются знакомые с просьбой напечатать ту или иную деталь. Кому-то понадобилось крепление для GoPro, кто-то готовит модель для литья в метале, а для кого-то остро стоит вопрос установки уникального дизайнерского светильника в спальне.

Все эти задачи можно решить с помощью 3D-печати.

Как увлеченному данной темой человеку, мне тяжело судить интерес к таким материалам вас — читателей. Рассказывать о 3D-печати можно часами, но нужно подавать этот материал структурированно и последовательно.

Если вы готовы к освоению новой сферы и не против превратить уголок вашего дома в полноценную фабрику, я продолжу данный цикл материалов по 3D-печати

Спасибо за внимание:). iPhones.ru

Как живется с китайской фабрикой на кухне.

iPhones.ru

Как живется с китайской фабрикой на кухне.

5 фактов о 3D печати

1. На 3D принтере можно напечатать настоящий автомобиль. В фильме Skyfall про Джеймса Бонда некоторые сцены с погонями и авариями сняты с участием напечатанной на принтере машины Aston Martin DB5 в масштабе 1:3.

Для создания этой модели была привлечена немецкая компания Voxeljet, которая предоставила для съёмок 3 копии шпионского авто. Одна из них даже сохранилась и была впоследствии продана на аукционе за 100 000 фунтов стерлингов.2. Звёзды кино щеголяют в нарядах, напечатанных на 3D принтере. Дизайнер Майкл Шмидт и архитектор Фрэнсис Битонти создали с помощью принтера самое настоящее платье для фотомодели Диты фон Тиз, в котором она щеголяла на мероприятии в нью-йоркском Ace Hotel.3. Через несколько лет на 3D принтере можно будет распечатать человека целиком. На данный момент не проблема распечатать отдельные органы, кожу и кости. Успешное создание различных протезов, начиная от человеческого уха и заканчивая внутренними органами, позволяет надеятся, что первого распечатанного человека мы увидим своими глазами в этом веке.4. На 3D принтере можно распечатывать не только пластиковые модели. В зависимости от исходного материала, изделия могут быть керамическими, деревянными, титановыми, резиновыми или золотыми – всё зависит от твоей фантазии и модели принтера.5. 3D печать существует с 1980-х годов. В те годы Чаком Хиллом была изобретена технология стереолитографии. В ней применялись ультрафиолетовые лазеры для фиксации фотополимера, слой за слоем для создания законченной трёхмерной физической модели.

2016

Старт проекта «Магнитный 3D-биопринтер»

По информации 3D Bioprinting Solutions, проект «Магнитный 3D-биопринтер» стартовал в 2016 году, когда было подписано соглашение с РКК «Энергия» (госкорпорация Роскосмос) о проведении эксперимента на российском сегменте МКС

Ученым было важно проанализировать, как влияет космическая микрогравитация на эффективность процесса создания живых тканей и органных конструктов

Рабочий прототип

Рабочий прототип биопринтера появился осенью 2016 года, после чего начались его испытания, включавшие пробные работы в невесомости.

Для имитации космических условий в пределах земной лаборатории ученые воспользовались сверхмощной магнитной установкой университета Неймегена (Нидерланды), с помощью которой создавался эффект микрогравитации (индукция использовавшихся при эксперименте магнитов составляет 19 тесла). Для финансирования данного испытания компанией 3D Bioprinting Solutions был получен грант Евросоюза. По итогам испытания разработчики увидели, каким образом принтер будет вести себя на МКС, и произвели все необходимые настройки.

Техника на грани фантастики

Как следует уже из названия (англ. printer, от print — печать), всякий принтер представляет собой устройство для печати. И 3d принтер в этом смысле не исключение: он тоже печатает. Но в отличие от своих традиционных собратьев печатает он не изображение или текст, а объёмные трёхмерные предметы. Практически любые.

3d печать — технологический процесс, при котором объёмный предмет создаётся послойно на основе его математической (цифровой) модели. Фантастическое зрелище на самом деле.

Зачем нужны чудеса: преимущества 3d печати

Если внимательно посмотреть вокруг, станет понятно, что большинство окружающих нас предметов (или их составляющие части) либо отлиты из какого-нибудь материала, либо вырезаны (выточены) из монолита. Эти старые добрые технологии, привычные и хорошо известные, позволяют создавать практически всё, что нужно человеку. Так для чего же был разработан и постоянно совершенствуется альтернативный метод 3d печати объектов?

Дело в том, что этот новый способ создания привычных предметов обладает рядом серьёзных преимуществ:

• изготовление предметов осуществляется с высокой точностью до 0,03 мм;
• процесс протекает достаточно быстро, со скоростью до 25 см3 в час;
• существует возможность формирования прочной внутренней геометрической структуры предмета, заполненной воздухом, что позволяет минимизировать вес крупных объектов;
• выбор оптимальной внутренней структуры повышает гибкость и ударопрочность предмета;
• в ходе процесса не образуются непродуктивные отходы материала (обрезки, стружка и т. п.);
• технология полностью автономна и не зависит от каких-либо вспомогательных процессов;
• используемые материалы доступны и разнообразны;
• человеческий труд исключён из технологического процесса, что позволяет существенно снизить себестоимость производства.

Эти особенности, а также широкая сфера использования 3d печати делает создание соответствующего бизнеса вполне многообещающим.

Кому нужны чудеса: сферы применения 3d печати

Достаточно взглянуть по сторонам, чтобы понять: практически всё, что отлито либо вырезано/выточено из цельного куска какого-либо материала, может быть напечатано. Кроме разве что сложных механизмов в сборе и крупногабаритных предметов.

В частности, с помощью 3d принтера возможно создавать:

• комплектующие и запасные части к машинам, механизмам, приборам и оборудованию;
• фурнитуру для мебели и ремонта помещений;
• предметы декора и искусства;
• игрушки и сувениры;
• модели и копии зданий и транспортных средств;
• наглядные учебные пособия;
• кухонную утварь;
• элементы одежды и обуви;
• спортивное снаряжение;
• оружие;
• медицинские протезы.

Основные технологии 3D-печати

На сегодняшний день существует множество технологий объемной печати, но все они так или иначе делятся на несколько методов.

В 3D-принтинге (для лучшего понимания) чертеж принято называть моделью, а полученный предмет — макетом.

Методы печати

Интересно, что методы 3D-печати чем-то напоминают методы обычной (читай — 2D) печати на бумаге.

• Спекание SLS (Selective Laser Sintering). Материал в виде порошка наносится тонким слоем, а затем спекается при помощи лазера. Так, слой за слоем, создается макет.
• Экструзия, или нанесение термопластов (FDM — Fused Deposition Modeling). Сопло принтера (экструдер) расплавляет материал до жидкого состояния и наносит его тонким слоем. Охлаждаясь, пластик вновь кристаллизуется.
• Фотополимеризация. Сопло принтера наносит тонкий слой жидкого фотополимера, который под действием ультрафиолетового облучения затвердевает.
• Стереолитография SLA (Stereo Lithography). Участок жидкого фотополимера засвечивается лазером и затвердевает. Затем образованный затвердевший слой снова помещают в жидкий полимер и засвечивают лазером. Так появляется второй слой.

В зависимости от метода 3D-печати устройство может быть как монохромным, так и цветным. FDM-принтеры, работающие по принципу экструзии, печатают макеты только одним цветом. Хотя есть модели с несколькими печатающими головками, в каждую из которых можно загрузить нить разного цвета.

Биопечать подход

Исследователи в этой области разработали подходы к созданию живых органов с соответствующими биологическими и механическими свойствами. Трехмерная биопечать основана на трех основных подходах: биомимикрия, автономная самосборка и строительные блоки из мини-ткани.

Биомимикрия

Первый подход биопечати называется биомимикрией. Основная цель этого подхода — создание искусственных структур, идентичных естественной структуре тканей и органов человеческого тела. Биомимикрия требует дублирования формы, каркаса и микросреды органов и тканей. Применение биомимикрии в биопечати предполагает создание как идентичных клеточных, так и внеклеточных частей органов. Чтобы этот подход был успешным, ткани должны быть воспроизведены в микромасштабе. Следовательно, необходимо понимать микросреду, природу биологических сил в этой микросреде, точную организацию функциональных и поддерживающих типов клеток, факторы растворимости и состав внеклеточного матрикса.

Автономная самостоятельная сборка

Второй подход биопечати — это автономная самосборка. Этот подход основан на физическом процессе развития эмбриональных органов в качестве модели для воспроизведения интересующих тканей. Когда клетки находятся в раннем развитии, они создают свой собственный строительный блок внеклеточного матрикса, надлежащую клеточную сигнализацию, а также независимую организацию и формирование паттерна для обеспечения требуемых биологических функций и микроархитектуры. Автономная самосборка требует конкретной информации о методах развития тканей и органов эмбриона. Существует модель «без каркаса», в которой используются самособирающиеся сфероиды, которые подвергаются слиянию и расположению клеток, чтобы напоминать развивающиеся ткани. Автономная самосборка зависит от клетки как основной движущей силы гистогенеза, определяющей строительные блоки, структурные и функциональные свойства этих тканей. Это требует более глубокого понимания того, как развиваются механизмы эмбриональных тканей, а также микроокружения, окружающего для создания биопринтированных тканей.

Мини-ткань

Третий подход биопечати представляет собой комбинацию подходов биомимикрии и самосборки, который называется мини-тканями. Органы и ткани состоят из очень маленьких функциональных компонентов. Подход мини-ткани берет эти маленькие кусочки и производит и собирает их в более крупный каркас.

3D-печатная живая ткань

Помимо металлов и пластика, врачи и ученые наполняют 3D принтеры человеческими клетками и печатают из них живые ткани – данный процесс называют биопечатью. В будущем ученые намерены печатать живые органы для пересадки, используя клетки пациента. Некоторые эксперты прогнозируют, что это произойдет уже через 10 лет и принесет революцию в сферу трансплантации органов. Пациенты не будут умирать в ожидании органов, а их иммунная система не станет отвергать донорские органы.

Ученые также намерены использовать живую печатную печеночную ткань в испытании новых лекарственных препаратов на токсичность. Они считают, что такой метод обеспечит более точные результаты, нежели традиционные испытания на животных.

Биомедицинские инженеры используют несколько методов печати органов. Принтери создает пластиковую модель органа, которая затем покрывается человеческими клетками. Или же принтер может выпускать клетки в специальный гель на основе коллагена, которые скрепляет все воедино. В течении нескольких недель клетки вырастают в пластиковых или коллагеновых формах прежде, чем получить из них функциональный орган. После внедрения в тело, формы разрушаются, оставляя после себя лишь человеческую ткань. В случае с детьми это означает, что ткани могут расти вместе с ними, исключая необходимость последующих операций, связанных с ростом организма.

Биоинженерам из Корнельского университета уже удалось напечатать уши, исследователи из Университета Мичигана также испытывают эту концепцию. Многие лаборатории уже используют печатные ткани при испытании новых исходных более совершенных материалаов.

Похожие записи:

Урок 1. что такое бухгалтерский учет простыми словами Промокоды на яндекс директ Как переехать в испанию без денег Как научиться понимать английский на слух Разница во времени — города россии Что такое комиссия и залог при съеме квартиры: и кто платит