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3D打印技术在医学检测的应用

发布时间:2022-06-21      点击次数:152

     近年来,3D打印技术在生物医药方面得到广泛的应用,并且也取得了诸多成就。研究人员可以根据不同患者的需求,采用3D打印个性化的生物材料,比如助听器、假肢制造、骨科手术、人工关节、人工外耳和牙齿种植等等方面。而且随着技术的不断发展,3D打印技术也应用到医学快速检测方面,其中美国宾夕法尼亚大学(Upenn)的科学家们开发出了一种低成本的3D打印产品可以快速检测寨卡(Zika)病毒(图1)。据悉这个3D打印的检测装置只有一个苏打水罐大小,成本仅2美元,而且无需用电,也不用专业技术人员操作。患者只需提供一份唾液样本,当遗传分析检测到病毒存在时,装置中可变色的染料将变成蓝色,由于其携带方便,因此也能够在野外使用。

 

寨卡(Zika)病毒

 

     国内某医院也将3D打印技术应用于创伤感染检测方面,传统的实时荧光定量检测方法需要集成庞大、昂贵、精密的光学设备,不适合战场创伤感染的现场快速检测。新兴的电化学方法、HNB比色法、浊度法都需要开盖操作,易造成气溶胶污染,检测灵敏度不高,结果不易判断。他们利用BMF的3D打印技术成功研发出一款密闭性便携式检测装置,能保证37℃条件下恒温进行扩增反应,并进行核酸检测。该装置(如图2所示)包括顶盖、底垫、反应管和检测容器,其中顶盖可以拆分,不漏液,底部圆锥体为尖锐硬质材质,底垫为韧性材料,可在外力作用下顶破反应管底部,使反应液和缓冲液进入检测容器中,使试纸条浸在扩增反应后液体中,通过试纸条上的颜色变化进行核酸检测。


图2  装置主要组成部件

 


     为了保证在现场检测时底垫能够在受力下轻易破裂,保证观察液体能够混合,因此需要在该装置的底部设计一层薄膜(如图3红圈所示),厚度尺寸必须保证在0.05mm左右,使用传统的注塑加工方式,这个薄膜无法直接与装置成为一体,如果采用后期增加薄膜的方式,整个制造工艺就会很复杂,而且成本会增加很多,不利于大规模的推广使用,而采用3D打印的方式可以一体成型,成本也能够控制下来。


图3  薄膜位置


     这层0.05mm薄膜的打印质量决定了此检测装置的使用效果,客户经过多方考察与对比,最终选择了与深圳摩方材料(BMF)合作,BMF做为微纳级超高精度3D打印的*导者之一,其颠.覆性精密加工能力得到客户的一致认可。其技术主要采用面投影微立体光刻(Projection Micro Stereolithography, PμSL)3D打印技术,非常适用于制作微尺度的复杂三维结构,有着高分辨率、高精度、跨尺度加工、适用材料广、加工效率高、加工成本低等诸多特点。


     根据客户项目的具体需求,最终选择S140设备(图4)进行打印,这款设备光学精度达到10um,打印层厚10~40um,并且可以在同一个打印样品中,根据结构要求设置不同的层厚,提高打印效率,打印模型最大尺寸为94mm(L)*52mm(W)*45mm(H),而且其支持多种树脂材料打印,例如韧性树脂、耐高温树脂、生物医用树脂、柔性树脂等等,能够最大限度的满足不同客户的需求。


图4   S140设备简图

 

     该装置是一个开创性的解决方案,并且是在医疗检测使用3D打印的一个重要示例。再次证明了3D打印技术将是医疗行业*的一部分。