عمل جراحی و ساخت پروتز کاسه چشم با کمک جراحان کشورمان و فناوری‌های بومی چاپ سه بعدی قابل انجام است.

به گزارش چاپ و نشر به نقل از باشگاه خبرنگاران جوان، برخی حوادث رانندگی منجر به شکستگی‌هایی در استخوان افراد می‌شود. محققان کشورمان با فناوری بومی چاپ سه بعدی و عمل جراحی سلامت را به بیماران بازمی‌گردانند.

مدیر شبکه آزمایشگاهی فناوری‌های راهبردی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری از ارائه توانمندی ها و امکانات آزمایشگاه چاپ سه‌بعدی به پژوهشگران خبر داد و گفت: دانشجویان و اعضای هیئت علمی می‌توانند از این خدمات بهره ببرند.

به گزارش چاپ و نشر به نقل از مرکز ارتباطات و اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، رضا اسدی‌فرد  با اشاره به پیوستن آزمایشگاه چاپ زیستی سه بعدی امید آفرینان مهندسی آینده به اعضای شبکه آزمایشگاهی فناوری های راهبردی، بیان کرد: با پیوستن این آزمایشگاه، به شبکه آزمایشگاهی فناوری‌های راهبردی معاونت علمی و فناوری، این امکان برای دانشجویان و اعضای هیات علمی فراهم شده است که از تسهیلات و تخفیفات ویژه معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، برای انجام پژوهش در زمینه چاپ سه بعدی زیستی این آزمایشگاه استفاده کنند.

وی افزود: با پیوستن این آزمایشگاه به شبکه، امکان بهره مندی پژوهشگران از خدماتی چون انواع تکنولوژی‌های چاپ مکانیکی و نیوماتیک، چاپ مواد ترموپلاستیک با دمای بالا، امکان کراسلینک نوری و طول موج فرابنفش، امکان استفاده زیر هود و اختصاصی سازی دستگاه ها و غیره فراهم می شود.

به گفته اسدی‌فرد، توانمندی ها و امکانات آزمایشگاه چاپ سه بعدی زیستی امید آفرینان مهندسی آینده در پایگاه اینترنتی شبکه آزمایشگاهی فناوری های راهبردی در دسترس پژوهشگران و صنایع قرار گرفته است.

وی همچنین تصریح کرد: با توجه به افزایش روز افزون تعداد افراد حاضر در لیست انتظار عمل پیوند عضو و تعداد بسیار کم افراد اهدا کننده عضو در دنیا، تولید بافت‌های زنده و قابل پیوند در محیط آزمایشگاهی از چالش‌های پیش روی دانشمندان به شمار می‌رود.

مدیر شبکه آزمایشگاهی فناوری‌های راهبردی معاونت علمی و فناوری ادامه داد: هر چند روش های مهندسی بافت توانسته اند تا حدودی به موفقیت هایی در این مسیر دست پیدا کنند، اما تلاش برای ساخت بافت‌هایی با هندسه و سلول هایی مشابه بافت بدن همچنان ادامه دارد. روش چاپ سه بعدی زیستی از جمله راه حل های نوین در این زمینه است که امکان قرارگیری سلول و مواد مختلف را در هندسه ای مشابه بافت های بدن را فراهم می کند.

محققان مؤسسه BIOLIFE4D در شیکاگوی آمریکا، موفق‌شدند با بکارگیری تکنولوژی چاپ سه‌بعدی زیستی و با استفاده از سلول‌های بنیادی به‌دست آمده از گلبول‌های سفید خون، قلبی در ابعاد یک کف دست تولیدکنند.

هفده سال پیش، دکتر توماس بولند (Thomas Boland)، پروفسور مهندسی‌زیستی دانشگاه کلمنسون، با اعمال تغییراتی در عملکرد یک پرینتر جوهر‌افشان و استفاده از ژلی حاوی سلول‌های زنده به‌عنوان جوهر، اولین اختراع را در حوزه چاپگرهای زیستی، به‌نام خود ثبت‌کرد. سه سال بعد و در سال ۲۰۰۷، دکتر شین‌یا یاماناکا موفق شد با بازبرنامه‌ریزی سلول‌های بالغ انسانی، آن‌ها را به دوران جنینی بازگرداند و به‌این‌ترتیب ثابت‌کرد روند بلوغ سلول‌ها یک‌طرفه نیست. کشف این روش برای دستیابی به سلول‌های بنیادی، که قابلیت تبدیل‌شدن به هرنوع سلولی در بدن را دارند و به موازات آن پیشرفت‌های قابل‌توجه در حوزه‌ی تکنولوژی‌های پرینت سه‌بعدی، رویای ساخت چاپگرهای سه‌بعدی زیستی را طی سال‌های آتی به واقعیت بدل‌کرد.

چاپگرهای زیستی در بیانی ساده، پرینترهای سه‌بعدی پیشرفته‌ای هستند که فیلامنت مورد استفاده در آن‌ها، ماده‌ای حاوی سلول‌های زنده است. این ماده که بایواینک یا جوهر زیستی نامیده‌می‌شود باید عملکردی مشابه ماتریکس خارج سلولی (ECM) داشته‌باشد تا بتواند محیط مناسب جهت تغذیه، رشد و تکثیر سلول‌ها را ایجادکند. ماتریکس خارج سلولی، شبکه‌ای متشکل از پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها، آب و مواد معدنی است که علاوه‌بر شکل‌دهی ارتباطات میان سلولی، که برای رشد و تقسیم سلول‌ها حیاتی هستند، ساختار و نحوه‌ی عملکرد هر بافت‌ را نیز تعیین‌می‌کند. یکی از اجزاء اصلی ماتریکس خارج سلولی، پروتئینی به‌نام کلاژن است که حدود یک‌سوم از ترکیب پروتئینی بدن را تشکیل‌داده و یکی از عناصر اصلی در ساختار استخوان‌ها، پوست، عضلات، تاندون‌ها و رباط‌ها به‌شمار‌می‌رود و در رگ‌های خونی، قرنیه و دندان‌ها نیز یافت می‌شود. نام این پروتئین که مانند چسبی قدرتمند اجزاء بدن را در کنار یکدیگر نگه‌داشته، برگرفته از واژه یونانی «kólla» به‌معنای «چسب» است. در تکنولوژی‌های پرینت سه‌بعدی زیستی نیز، معمولا ترکیبات کلاژن به‌صورت داربستی ژله‌ای برای حفظ ساختار بافت‌های پرینت‌شده به‌کار می‌روند.

کشف سلول‌ های بنیادی و به موازات آن پیشرفت‌ تکنولوژی‌ های پرینت سه‌ بعدی، رویای ساخت چاپگرهای سه‌ بعدی زیستی را به واقعیت بدل‌کرد.

پیچیدگی ساختار و نحوه‌ی عملکرد ماتریکس خارج سلولی، یکی از موانع اساسی در مسیر تحقق رویای پرینت سه‌بعدی ارگان‌های بدن، با بکارگیری سلول‌های بنیادی انسانی است. رویایی که تحقق آن، به‌معنای فراهم‌آمدن امکان ساخت اعضای پیوندی با استفاده از سلول‌های بدن شخص دریافت‌کننده است، که ریسک پس‌زدن عضو پیوندی را به صفر می‌رساند. هرچند طی سال‌های اخیر، برخی ارگان‌های دارای پیچیدگی کمتر با بکارگیری این تکنولوژی تولیدشده‌اند و پیوند مثانه‌ی ساخته‌شده با چاپگر زیستی به بدن بیمار نیز موفقیت‌آمیز بوده‌است، اما در مورد ارگان‌های پیچیده‌تر مانند قلب، کلیه و شش‌ها، تحقیقات همچنان ادامه دارد. به‌علاوه تبدیل ارگان طبیعی تولید‌شده با ‌این روش به اندامی واقعی، که از طریق عروق خونی تغذیه‌می‌کند و مبنای عملکردش پیام‌های دریافتی از سیستم اعصاب بدن انسان است، فرآیندی پیچیده بوده و پیشرفت تحقیقات در این حوزه را با کندی مواجه‌ کرده‌است.

اخیرا محققان مؤسسه BIOLIFE4D در شیکاگوی آمریکا، به سرپرستی دکتر راوی بیرلا (Ravi Birla)، موفق‌شدند با بکارگیری تکنولوژی چاپ سه‌بعدی زیستی و با استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان القائی، قلب کوچکی در ابعاد یک کف دست تولیدکنند. در زیست‌شناسی سلولی، سلول پرتوان به سلول بنیادی‌ای اطلاق‌می‌شود که پتانسیل تبدیل‌شدن به یکی از سه لایه‌ی جنینی درون‌پوست (پوشش درونی شکم، دستگاه گوارش، ریه‌ها)، میان‌پوست (ماهیچه‌ها، استخوان، خون)، یا برون‌پوست (بافت‌های اپیدرمی و سیستم عصبی) را دارد. یکی از انواع این سلول‌های پرتوان، سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPS یا iPSCs) هستند که به‌صورت مصنوعی از یک سلول غیرپرتوان (معمولا سلول‌ بالغ موجود زنده) به‌دست می‌آیند و ویژگی‌ها و خصیصه‌هایی مشابه سلول‌های بنیادی جنینی (ESCs) دارند. همچنانکه پیش‌تر اشاره‌شد، دکتر شین‌یا یاماناکا، برای اولین‌بار در سال ۲۰۰۷ موفق به ارائه‌ی روشی برای القای سلول‌های بالغ انسانی به وضعیت پرتوانی شد.

در تحقیقاتی که اخیرا به سرپرستی دکتر راوی بیرلا انجام‌ گرفته‌است، ابتدا گلبول‌های سفید دریافت‌شده از فرد داوطلب، به سلول‌های بنیادی پرتوان القائی تبدیل‌می‌شوند و این سلول‌ها پس از تقسیم، سلول‌های بافت ماهیچه‌ای قلب را ایجاد‌می‌کنند. سلول‌های ایجادشده بهمراه مواد مغذی و ترکیبات موردنیاز برای رشد سلولی، جوهر زیستی اختصاصی شرکت BIOLIFE4D را تشکیل‌می‌دهند. این جوهر بهمراه ماده‌ای شفاف که عملکردی مشابه ماتریکس خارج سلولی دارد، از نازل چاپگر زیستی خارج‌شده و حجمی به شکل قلب فرد داوطلب را، به‌صورت لایه‌به‌لایه شکل‌می‌دهد. ابعاد و شکل حجم سه‌بعدی ارائه‌شده به چاپگر زیستی، با استفاده از تصاویر MRI قلب فرد داوطلب تعیین‌می‌شوند. حجم تولیدشده سپس در یک بیورآکتور با قابلیت شبیه‌سازی شرایط زیستی داخل بدن انسان قرارمی‌گیرد تا سلول‌های بافت ماهیچه‌ای، امکان خودساماندهی و ترکیب با یکدیگر برای ایجاد بافتی یکپارچه را بیابند. پس از شکل‌گیری کامل قلب، ماده‌ی شفافِ شبیه‌سازِ ماتریکس خارج سلولی، به‌صورت محلول قابل جداسازی خواهدبود. حجم تولیدشده مانند قلب واقعی دارای چهار محفظه بوده و طبق ادعای شرکت BIOLIFE4D، عملکردهای قلبی در ابعاد واقعی را نیز، تا حدی خواهدداشت. هرچند هنوز مشخص نیست که آیا این قلب امکان تپیدن در بدن فرد دریافت‌کننده‌ی پیوند را نیز دارد یا خیر.

نویسنده: طاهره شهیدی

منبع: زومیت

محققان روشی برای پرینت زیستی بافت‌های زنده طی چند ثانیه ابداع کرده‌اند که با کمک آن حتی می‌توان یک عضو کامل بدن را به‌طور کامل چاپ کرد.

به گزارش چاپ و نشر به نقل از انگجت، پرینت زیستی پتانسیل زیادی برای درمان جراحت‌ها، آزمایش داروها یا حتی جایگزین کردن یک عضو کامل بدن انسان دارد؛ اما در حال حاضر قابلیت‌های پرینت و سرعت آن محدود است؛ بنابراین نمی‌توان بر اساس یک تصور بافت خاصی را پرینت کرد؛ اما به‌زودی این روند تغییر می‌کند. محققان دانشگاه EPFL با همکاری مرکز پزشکی Utrecht نوعی سیستم نوری ابداع کرده‌اند که قابلیت پرینت زیستی بافت‌های پیچیده و زنده را طی چند ثانیه دارد. در مقایسه با روش‌های فعلی کنونی، چنین روندی یک پیشرفت مهم به‌حساب می‌آید.

این روش که «پرینت زیستی حجمی» نام دارد، با تاباندن لیزر به یک لوله در حال چرخش و حاوی هیدروژلی مملو از سلول‌های بنیادی، بافت را به وجود می‌آورد. می‌توان بافت ایجاد شده را با متمرکز کردن انرژی لیزر روی نقاط خاصی از آن جامدسازی کرد و به‌این‌ترتیب طی چند ثانیه یک شکل ۳ بعدی ساخت.

پس‌ازآن می‌توان سلول‌های اندوتلیال را به بافت افزود. سلول‌های اندوتلیال یا یاخته‌های لایه درون‌رگی، بسته به مایعی که با آن در رگ تماس دارند به دو گونه لنفی و عروقی تقسیم می‌شوند. لایه‌‌ی درون‌رگی تمامی درون تمامی اجزای سیستم گردش خون را می‌پوشاند ازجمله قلب و درون‌شامه قلب تا مویرگ‌های بسیار کوچک.

 البته باید توجه داشت بافت پرینت شده با این روش، فقط چند اینچ عرض دارد. به گفته محققان بااین‌وجود ازلحاظ کلینیکی کارآمد است. تاکنون از این روش برای پرینت دریچه‌های قلب مانند، یک بخش پیچیده استخوان فمور (استخوان ران) و منیسک استفاده شده است. جالب آنکه این پرینتر می‌تواند بخش‌هایی بسازد که داخل یکدیگر قفل می‌شوند.

 البته این پرینتر هنوز برای استفاده در دنیای واقعی آماده نیست اما کاربردهای آن بسیار مشهود است.

محققان معتقدند با کمک آن می‌توان با سرعتی خارق‌العاده اعضای بدن را مخصوص هر فرد پرینت کرد. این پرینتر برای تولید ایمپلنت و ترمیم بخش‌های مختلف بدن کارآمد است.

جدیدترین تحقیقات انجام شده توسط محققان کالج فناوری اطلاعات امارات نشان می دهد که روبات های ساخته شده با فناوری «چاپ سه بعدی» به زودی جایگزین انسان ها در عملیات خطرناک می شوند.

به گزارش چاپ و نشر؛ ایران نوشت: پروژه مذکور که توسط فدایی نجار محقق اصلی تحقیقات هوش مصنوعی و استادیار دانشکده فناوری اطلاعات  (CIT) و همکاری شرکت R & D طرح ریزی شده است در تلاش است تا روبات هایی منحصر به فرد را به کمک فناوری چاپ سه بعدی طراحی کرده و جایگزین انسان کند. در حقیقت هدف اصلی این طرح ساخت روبات هایی کاربردی برای عملیات های خطرناک از جمله باز کردن کیسه و یا بسته های خطرناک است.

 نجار در توضیح بیشتر این ایده می گوید: دیگر نیازی به اعزام انسان ها به عملیات خطرناک نیست؛ چرا که تنها کافی است روبات ها را به مأموریت فرستاده و از دور کنترلش کنید. این بدان معنا است که دفع بمب از این پس تنها با حضور روبات ها انجام می شود.

وی در عین حال تأکید می‌کند: ما با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی روبات های بسیار ارزان قیمت طراحی و ساخته ایم تا بدین طریق مشکل هزینه ای سرسام آور در ساخت روبات ها را حل و فصل کنیم.

محققان این طرح اعلام کردند که چاپگرهای سه بعدی هزینه ساخت یک روبات امدادرسان در مواقع خطرناک را به مبلغی بالغ بر 25 هزار دلار آمریکا تقلیل داده است. این در حالی است که برای ساخت روبات مشابه بدون کمک گیری از فناوری چاپ سه بعدی باید 200 هزار دلار هزینه کرد. محققان امیدوارند که این طرح در زمانی کمتر از 6 ماه به مرحله اجرا رسیده و روبات های چاپ شده سه بعدی در زمانی بسیار اندک جایگزین انسان ها در عملیات خطرناک شوند.

 

موادی که در شرایط گوناگون خواصشان تغییر می‌کند کاربردهای بسیاری در صنایع مختلف خواهند داشت. اخیراً تیمی بین‌المللی از دانشمندان موفق به توسعه نوعی خلاقانه از آن‌ها شده‌اند. با قابلیت سخت شدن زیر نوع خاصی از نور و نرم شدن در تاریکی، ماده جدید قابلیت‌های جدیدی برای صنعت چاپ سه‌بعدی به همراه خواهد داشت، زیرا می‌توان از آن به‌عنوان یک‌پایه موقتی برای سازه‌های پیچیده استفاده کرد که پس از اتمام کار محو می‌شود.

به گزارش چاپ و نشر؛ این ماده به دست دانشمندانی از دانشگاه کویینزلند استرالیا، دانشگاه گنت بلژیک و انستیتو تکنولوژی Karlsruhe آلمان ساخته‌شده و از ساختاری پلیمری تشکیل‌شده که قادر به تغییر ساختارش در نور و بازگشتن به حالت اولیه در تاریکی است. مواد اصلی که مشخصات تغییرپذیر آن را ممکن می‌کنند هم ترکیبات شیمیایی ارزانی هستند که تیم در ساخت این ماده از آن‌ها استفاده کرده است. از این مواد می‌توان به جفت مولکول‌های «triazolinediones» و نفتالین اشاره کرد که در قرص‌های ضد بید استفاده می‌شود.

ین مواد به آن کمک می‌کنند تا زمانی که تحت نور LED سبز قرار دارد حالت جامدش را حفظ کند؛ اما وقتی دانشمندان آن را مدتی در تاریکی رها کردند پیوندهای شیمیایی شروع به جدا شدن کردند و ماده جامد تبدیل به مایعی روان شد. بااین‌حال پس از روشن شدن چراغ‌ها دوباره حالتی سخت به خود گرفت؛ اما کم نور کردن چراغ‌ها نیز باعث می‌شود ماده حالتی بین مایع و جامد به خود بگیرد. به گفته دانشمندان چنین خاصیتی در دنیای مواد مشابهی ندارد و با درکمان از شیمی تناقض دارد.

 

روند تغییرات فیزیکی این ماده در نور و تاریکی

«در حالت عادی، برای شکستن زنجیره‌های مولکولی مواد باید از طول‌موج‌های مختلف نور، مواد شیمیایی قوی یا گرما استفاده کنیم، اما در این مورد ما از نور LED سبز برای تثبیت ماده استفاده می‌کنیم. برای شکستن پیوندهای آن نیز راه‌کاری بسیار ساده وجود دارد: تاریکی. چراغ را روشن کنید و ماده دوباره سخت می‌شود و استحکام و ثباتش را به دست می‌آورد.»

 

در ساخت این ماده از مواد شیمیایی ارزان استفاده شده است

این تیم اسم ماده جدیدشان را «ماده دینامیک تثبیت شده با نور» گذاشته‌اند و امیدوارند راه را برای انواع جدیدی از مواد که از نور به شکل کارآمد استفاده می‌کنند باز کند. از این ماده می‌توان در صنعت چاپ سه‌بعدی برای ساخت پل‌ها و سازه‌های کنسول دار استفاده کرد که با تکنیک‌های کنونی امری بسیار پیچیده است، زیرا چاپگرهای سه‌بعدی فعلی کار ساخت را به‌صورت لایه‌لایه انجام می‌دهند.

پروفسور «کریستوفر بارنر» از دانشگاه کویینزلند درباره قابلیت‌های این ماده در صنعت چاپ سه‌بعدی می‌گوید: «زمان که سازه‌ای مانند پل را با چاپگر سه‌بعدی می‌سازید، به ماده‌ای ثانویه برای ساخت پایه‌ها نیاز دارید که بعد از اتمام کار جدا شود. با استفاده از این ماده می‌توان کار چاپ را زیر نور انجام داد و پس از اتمام آن چراغ‌ها را خاموش کرد تا اجزای اضافه آب شوند و از سازه اصلی محو شوند.»

 

فناوری، مدل‌های واقع‌گرایانه‌ای را در اختیار پزشکان قرار می‌دهد که می‌توانند از آن‌ها برای تمرین و برنامه‌ریزی جراحی استفاده کنند.

آنچه در تصویر زیر دیده می‌شود، یک لوب کبد است، در سمت راست یک نمونه‌ی گوشتی و خونی که از یک اهداکننده‌ی پیوند جدا شده است و در سمت چپ، یک نمونه‌ی پلاستیکی برای نشان دادن مجاری صفراوی، سرخرگ‌ها و سیاهرگ‌ها که لایه لایه به‌وسیله‌ی یک چاپگر چاپ سه‌بعدی ایجاد شده است.

هدف این فناوری، کمک به جراحان برای برنامه‌ریزی و تمرین رویکردهای پیچیده و آموزش جراحان تازه‌کار با شبیه‌سازی است که همچون یک عضو حقیقی رفتار می‌کند.

جراحان فرآیند آناتومیکی پیچیده‌ای راه هدایت می‌کنند. آن‌ها باید با دقت و سرعت درمورد محل برش‌ها و بخیه‌ها تصمیم‌گیری کنند. کار آن‌ها با این واقعیت که آناتومی انسان‌ها با هم یکسان نیست، دشوارتر هم می‌شود. آن‌ها برای آماده شدن و برنامه‌ریزی، به‌طور منظم از تصاویر دو بعدی سی‌تی اسکن یا MRI استفاده می‌کنند. اما با پیشرفت‌های اخیر در زمینه‌ی چاپ سه‌بعدی اعضای بدن، آن‌ها در حال روی آوردن به مدل‌های واقع‌گرایانه‌ی سه‌بعدی هستند که برای هر بیمار اختصاصی است. چنین مدل‌هایی برای آموزش بیماران، آموزش‌های عمومی و برنامه‌ریزی و تمرین مخصوصا رویکردهای دشوار مورد استفاده قرار گرفته است. اما در آینده، مدل‌های سه‌بعدی، (فیزیکی یا مجازی) می‌توانند به ابزار معمولی برای آموزش جراحان یا تعیین موقعیت عمل جراحی تبدیل شوند.

پژوهشگران به‌منظور چاپ سه‌بعدی، ابتدا برش‌های دو بعدی دیجیتال متوالی حاصل از سی‌تی اسکن یا MRI را در یک نقشه‌ی توپوگرافیک که ساختارهای پیچیده را در سطوح مختلف ارگان برجسته می‌کند، با هم ترکیب می‌کنند. سپس چاپگرها مدل‌ها را لایه به لایه می‌سازند؛ گاهی اوقات با استفاده از یک جوهرافشان برای ریختن قطرات رزینی که به‌وسیله‌ی تابش نور فرابنفش فیکس می‌شود و گاهی نیز با استفاده از پلیمری که به محض خارج شدن از دستگاه چاپ، سخت می‌شود.

این تکنولوژی برای نخستین بار در دهه‌ی ۱۹۸۰ توسعه پیدا کرد. در آن زمان، چنین چاپگرهایی گران و مواد آن‌ها محدود بود. اما پیشرفت‌های اخیر موجب ارزان‌تر شدن آن به‌صورتی شده که حتی برای کاربران خانگی نیز قابل استفاده است. همچنین پیشرفت در روش‌های چاپ و نرم‌افزارها، دانشمندان و مهندسین را قادر ساخته است که ساختارهای پیچیده‌ای از رنگ و بافت را با دقت بالا چاپ کنند. براین اساس، ایجاد مدل‌های بسیار دقیق و واقع‌گرایانه از اعضای بدن امکان‌پذیر شده است.

نیزار زین، متخصص گوارش کلینیک کلویلند، در سال ۲۰۱۲ و پس از مطالعه‌ی مقاله‌ای درمورد ساخت خانه با استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی و ظرفیت آن در رابطه با اکتشافات فضایی، ایده‌ی چاپ سه‌بعدی اعضای بدن را مطرح کرد. او می‌خواست بداند که آیا این روش می‌تواند موجب ایمن‌تر شدن پیوند کبد شود یا خیر. هر کبد دارای شبکه‌ی پیچیده منحصربه‌فردی از سرخرگ‌ها، سیاهرگ‌ها و مجاری صفراوی است و یک برش اشتباه می‌تواند موجب بروز عوارض جدی و حتی مرگ اهداکننده و دریافت‌کننده شود. بنابراین زین، گروهی از دانشمندان از رشته‌های مختلف مانند پزشکی، متخصصان تصویربرداری و مهندسین و طراحان نرم‌افزار را به کار گرفت تا برای راهنمایی فرایند جراحی، یک کبد سه‌بعدی از بیمار را با رزین تولید کنند.

زین یادآور می‌شود که نمونه‌ی اولیه‌ی آن‌ها خام بود؛ درست مانند کودکی که با خمیر بازی چیزی می‌سازد. اندازه‌ی آن کمتر از یک چهام کبد طبیعی بود، چندان شفاف نبود و برای بافت‌های مختلف دارای کدهای رنگی نبود. اما همین مدل موجب امیدواری جراحان شد، مخصوصا که آن‌ها درحال بحث درمورد پرونده‌ی مهمی بودند که در آن یک اهداکننده‌ی کبد روی میز جراحی دچار مشکل جدی شده بود. زین به یاد می‌آورد که یکی از آن جراحان می‌گفت چنین مدلی شاید بتواند جان اهداکننده را نجات دهد.

زین این مدل را پالایش کرد و در سال ۲۰۱۳ شروع به مطالعه‌ی این موضوع کرد که چگونه یک مدل سه‌بعدی کبد با اندازه‌ی طبیعی، می‌تواند نحوه‌ی برنامه‌ریزی جراحی‌ها را تغییر دهد. او در یک مطالعه‌ی کوچک اولیه نشان داد که این مدل‌ها ازنظر شکل و آناتومی با اندام‌های زنده سازگاری دارند. مدل‌های زین و گروهش در بیش از ۲۰ جراحی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. زین می‌گوید در بسیاری از موارد، نگاه کردن به مدل موجب شده است که جراحان نحوه‌ی برش اندام را تغییر دهند و حتی در یک مورد موجب شد جراحان به این نتیجه برسند که آن اهداکننده مناسب نیست. اکنون گروه زین در مسیر چاپ مدل‌های سه‌بعدی تومورهای پیچیده‌ی کبدی برای درک نحوه‌ی اتصال آن‌ها به کبد و بنابراین برنامه‌ریزی عملیات جراحی قرار دارند. او می‌گوید: هرچه ما در مورد آناتومی و ساختارهای بیمار بیشتر بدانیم، عمل جراحی بهتر انجام خواهد شد.

مدل‌های سه‌بعدی اعضای بدن می‌توانند به آموزش پزشکان نیز کمک کنند. احمد غازی، اورولوژیست دانشگاه روچستر می‌خواست مدل‌های واقع‌گرایانه‌ای از کلیه بسازد که عمل جراحی را شبیه‌سازی کند. او می‌گوید: من چیزی می‌خواستم که مانند یک کلیه‌ی واقعی باشد و خونریزی کند.

جراحان کلیه اغلب با برداشت تومورها از اندامی رو‌به‌رو هستند که پر از عروق خونی است. آن‌ها قبل از اینکه این عضو با خون مسدود شده و شروع به مردن کند، ممکن است تنها ۳۰ دقیقه زمان داشته باشند.

گروه غازی برای ساخت یک مدل کلیه، چربی، روده‌ها و دیگر بافت‌های شبیه‌سازی‌شده را در حفره‌ای مانند حفره‌ی شکمی لایه لایه روی هم قرار دادند. غازی می‌گوید:

(به کمک این مدل) جراح قادر است که عمل را از ابتدا تا انتها انجام دهد.

او و همکارانش مدل‌های عمومی را به‌منظور آموزش و نیز نمونه‌هایی را با استفاده از تصاویر اسکن بیماران برای شبیه‌سازی جراحی‌های خاص ساخته‌اند. غازی این سیستم را با همکاری ۵ جراح متخصص و ۱۰ جراح مبتدی روی رویه‌ی معمول ولی چالش‌برانگیز شکستن سنگ‌های بزرگ کلیه آزمایش کرد. متخصصان، این مدل را بسیار واقع‌گرایانه یافتند و جراحان مبتدی معتقد بودند این مدل‌ها به تمرین جراحی قبل از انجام عمل جراحی واقعی کمک می‌کند.

نیکول ویک، متخصص تصویربرداری زیست‌پزشکی نیز تأثیر مدل‌های کلیه را روی برنامه‌ریزی جراحی مورد بررسی قرار داده است. در یک مطالعه‌ی سال ۲۰۱۷، او و همکارانش از سه جراح باتجربه خواستند که ۱۰ جراحی پیچیده‌ی متفاوت کلیه را مرور کنند. آن‌ها ابتدا تصاویر دو بعدی بیماران را مرور کردند و برنامه‌ی جراحی آن‌ها را شرح دادند. یک هفته بعد، این کار را با مدل سه‌بعدی تکرار کردند. در تمام موارد، حداقل یکی از جراحان، استراتژی خود را تغییر داد و میزان اطمینان آن‌ها در مورد برنامه‌ی جراحی بیشتر شده بود.

زین می‌گوید که در ساخت مدل‌های سه‌بعدی اعضای بدن، انتخاب مواد بستگی به استفاده‌ی مورد نظر دارد. پلاستیکِ سخت، برای تجسم ساده‌ی سه‌بعدی وقتی هدف جزئیاتی مانند شکل یک تومور یا انحنای عروق و مجاری نباشد، مناسب است. اما مواد انعطاف‌پذیر و اسفنجی شامل سیلیکون‌ها، پلاستیک‌های نرم و هیدروژل‌ها واقعی‌تر به‌نظر می‌رسند. خاصیت انعطاف‌پذیری آن‌ها می‌تواند خواص مکانیکی بافت زنده را تقلید کند و یک اندام تمرینی را مهیا می‌کند که جراحان می‌توانند آن را باز کرده و عرض و عمق برش‌های لازم برای انجام عمل را برنامه‌ریزی کنند. همچنین، مدل‌های نرم‌تر می‌توانند شامل ویژگی‌های دیگری مانند حسگرهای فشار باشند که اطلاعات بیشتری را در اختیار جراحان قرار خواهد داد.

غازی و همکارانش انواع مختلفی از مدل‌ها را با بافت‌های ویژه ایجاد کرده‌اند. آن‌ها به‌جای چاپ مستقیم، از چاپ سه‌بعدی برای ایجاد قالب‌های دقیق استفاده می‌کنند. سپس هیدروژل‌های تخصصی را درون این قالب‌ها تزریق می‌کنند؛ پلاستیک‌های ژله‌‌مانندی که در ساختار آن‌ها ۷۰ درصد آب وجود دارد و طوری تنظیم می‌شوند که همچون عضلات، چربی و عروق خونی واکنش نشان دهند. آن‌ها حتی مایعاتی را به این ساختارها اضافه می‌کنند، به‌صورتی که همان‌طور که در جراحی‌های واقعی اتفاق می‌افتد، برش عروق خونی یا دیگر مجاری موجب خونریزی یا چکه کردن آن‌ها ‌شود.

مایکل مک‌آلپاین، مهندس مکانیک دانشگاه مینه‌سوتا به‌عنوان ابزار آموزشی جراحان، مدل‌های سه‌بعدی پروستات ایجاد کرده است که دارای ویژگی‌های مکانیکی بافت حقیقی هستند. تیم او از نمونه‌های پروستات جداشده از بیماران سرطانی برای آزمایش ویژگی‌هایی نظیر استحکام و انعطاف‌پذیری در این مدل‌ها استفاده کرده است. آن‌ها حتی مدل‌های پروستات را با حسگرهای حساس به فشار ساخته‌شده از هیدروژل‌ها و سیلکون‌های لاستیکی مجهز کردند. حسگرها می‌توانند فشار اعمال‌شده به‌وسیله‌ی آندوسکوپ یا قیچی‌های جراحی را اندازه‌گیری کنند و اطلاعات مفیدی را در اختیار پزشکان قرار دهند.

مشخص نیست که چه تعداد از بیمارستان‌های آمریکا مدل‌های سه‌بعدی اعضای بدن را چاپ می‌کنند. ویلیام ویدوک، رادیولوژیست دانشگاه میشیگان می‌گوید:

من گمان می‌کنم که بیشتر بیمارستان‌های متوسط و بزرگ حداقل در حال تلاش برای انجام این کار هستند.

مراکز پزشکی مجهز و متخصص اکنون می‌توانند برخی از انواع مدل‌های سه‌بعدی دارای جنس پلاستیکی سخت را در ازای کمی بیش از چند صد دلار چاپ کنند. شرکت‌هایی مانند Lazarus 3D و Materialise نیز در حال حاضر به تولید مدل‌های ارگان با استفاده از داده‌های تصویربرداری مشغول هستند. اما سازمان‌های نظارتی و شرکت‌های بیمه درمانی هنوز از این تکنولوژی عقب هستند. فقط یک بسته‌ی نرم‌افزاری که به‌وسیله‌ی Materialise توسعه پیدا کرده، تأیید FDA را برای ساخت فایل‌های چاپ مورد استفاده در تشخیص بیماری دریافت کرده است. بیمه برای ایجاد چنین مدل‌های اختصاصی برای بیمار، پولی پرداخت نمی‌کند.

مدل‌های چاپ‌شده اعضای بدن ممکن است گامی بزرگ به‌سوی توسعه‌ی مدل‌های سه‌بعدی مبتنی برکامپیوتر باشد که از واقعیت افزوده استفاده می‌کند و در آن جراحان از هدست‌ها و ابزارهای دیگری برای مشاهده و دستکاری نمایش‌های سه‌بعدی استفاده می‌کنند. در اصل، غازی قصد داشت که کارش را به این شیوه آغاز کند اما به‌زودی به سمت مدل‌های فیزیکی حرکت کرد: هنوز نمی‌توان یک اندام مجازی را با احساس درست برش داد؛ یا اینکه از این مطلب آگاه شد که اگر یک عضو در بخش‌های مختلفی برش داشته شود، چقدر خونریزی اتفاق خواهد افتاد. او در حال حاضر، برای تهیه‌ی مدل‌های فیزیکی به‌عنوان ابزاری واقع‌گرایانه برای توسعه‌ی نرم‌افزار برنامه‌ریزی جراحی‌های مجازی در حال کار با شرکت‌های واقعیت مجازی است. مک آلپاین می‌گوید: در آینده، جراحی‌های تمرینی با استفاده از تصویربرداری سه‌بعدی (واقعیت مجازی یا مدل‌های فیزیکی چاپ‌شده) می‌توانند به‌جای استثناء تبدیل به یک رویه‌ی معمول شوند. من فکر می‌کنم که این رویه بسیار معمول خواهد شد.

منبع: زومیت

 

محققان چینی اولین استخوان بیولوژیک را با فناوری چاپ سه بعدی تولید کردند. این فناوری فرصت های جدیدی را برای ساخت ایمپلنت های ارتوپدی در آینده ای نه چندان دور به محققان ارائه خواهد کرد.

محققان دانشگاه پلی تکنیک واقع در شمال غربی استان شانسی که بیش از 15 سال را صرف توسعه استخوان های مصنوعی کرده اند با ترکیب مواد و ساختار مکانیکی استخوان هایی بیولوژیک و سازگار با استخوان های طبیعی را به شکل سه بعدی چاپ کردند.

به گفته وانگ یانن رهبر این پروژه تحقیقاتی، اغلب چاپگرهای سه بعدی استخوانهایی از مواد پلیمری و فلزاتی نظیر تیتانیوم را تاکنون طراحی و تولید کردند. این در حالی است که این مواد به هیچ وجه با بدن انسان سازگاری نداشته و به دلیل عدم استحکام در مدت زمانی کم دچار سایش و جابجایی می شود.

محققان چینی با آگاهی از مشکلات حاضر، صدها راه حل متفاوت برای ایجاد یک اتصال دهنده طبیعی را آزمایش کرده و در نهایت داربستی قوی و سازگار با محیط بیولوژیکی بدن برای چاپ استخوان  را آغاز کردند. آن ها موفق شدند با مواد کاملا طبیعی استخوانی سازگار با بدن انسان را چاپ کرده و در بدن چندین خرگوش آزمایشگاهی کاشتند. با گذشت اندک زمانی، استخوان های چاپ شده با استخوانهای طبیعی بدن خرگوش ها هماهنگ شده و مشکل حرکتی این نمونه های آزمایشی را رفع کردند.

در حال حاضر تیم وانگ یانن در تلاشند تا با کمک فناوری چاپ سه بعدی غدد عروق و فولیکول های مو را تولید کنند. وانگ می گوید: "این فن آوریها با با قابلیت بالقوه بالینی، می تواند به بیماران مبتلا به نقایص استخوانی و آسیب های پوستی کمک نموده و مشکلات عدیده ان ها را در کوتاهترین پروسه زمانی حل و فصل کند.

محققان زرهی ابداع کرده اند که از کنارهم قرار گرفتن لایه های نازک فیبری مقاوم به گرما و با کمک پرینتر ۳ بعدی تولید می شود و در برابر گلوله، ضربه چاقو و غیره از بدن سربازان دفاع می کند.

به گزارش چاپ و نشر به نقل از دیلی میل، به زودی نیروهای پلیس و سربازان می‌توانند از جلیقه ضدگلوله ای استفاده کند که شبیه لباس ابر قهرمان تخیلی «مرد آهنین» است.

محققان دانشگاه لوگبروگ با همکاری سازمان MODبا کمک پرینتر سه بعدی یک زره بسیار مقاوم ابداع کرده اند. این زره را می‌توان مناسب بدن هر فرد تولید کرد.

این زره متشکل از لایه فیبرهای مقاوم به گرما و نازکی است که به سرعت در کنار هم قرار می‌گیرند تا یک پنل حفاظتی بسازد. این پنل را می‌توان در جلیقه‌های سربازان و نیروی پلیس نیز به کار برد. این پنل همچنین در برابر ضربه‌های سهمگین یا اصابت چاقو از بدن انسان محافظت می‌کند.

به گفته محققان این دانشگاه چنین پنل مقاومی می‌تواند از قفسه سینه سرباز محافظت کند. همچنین ابداع چنین زرهی لباس‌های سنگین و بدون انعطاف نیروهای نظامی را حل می‌کند.

این زره آزمایشات را با موفقیت پشت سر گذاشته و محققان امیدوار هستند سرمایه برای آزمایش‌های آینده آن را تأمین کند.

منبع: خبرگزاری مهر

یک شرکت دانش‌بنیان ایرانی توانست با تمرکز روی ابزار‌های دقیق و تولید چاپگر‌های سه‌بعدی ایران‌ساخت، بخشی از نیاز کشور به این محصول فناور را تأمین کند.

به گزارش چاپ و نشر به نقل از مرکز ارتباطات و اطلاع‌رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، خلق تصویر‌های ساده روی لوح‌های سنگی و چوبی، نخستین گام‌های بشر برای به تصویر کشیدن و عینی ساختن رویاهایش بود. هزاران سال گذشت تا این ایده در شکل و قالب اختراع چاپگر، واقعیت بگیرد. اما کار به همین جا ختم نشد. عینیت بخشیدن به تصویر‌های چاپی، کار مهم و خارق‌العاده دیگری بود که شاید تصور اولیه انجام آن دور از ذهن به نظر می‌رسید. همان ذهن چند بعدی، مملو از نورون‌های عصبی و نگهدارنده افکار احساسات، عقاید و باورها، این ایده را واقعیت بخشید.

اکنون شرکتی دانش‌بنیان که در حوزه ابزار‌های ساخت و تولید دیجیتال کار می‌کند، با تولید بومی چاپگر‌های سه‌بعدی ایران ساخت این رویا را واقعیت بخشیده است.

سید امیرحسین نیکوکار رئیس هیأت مدیره شرکت دانش‌بنیان «سی‌زان پردازش کویر» با بیان این‌که ابزار‌های ساخت دقیق، جزو اولویت‌های این شرکت دانش‌بنیان است، اظهار کرد: در حوزه چاپگر‌های سه بعدی، بر روی سه فناوری کار کرده‌ایم که نخستین حوزه، فناوری چاپگر‌های فیلامنتی، است.

نیکوکار، به تولید چاپگر‌های سه بعدی رزینی اشاره کرد و گفت: همچنین چاپگر‌های مخصوص مواد اولیه که حالتی خمیری دارند از دیگر محصولاتی است که روی فناوری آن کار شده است. به طور خاص در این حوزه، چاپگر سفال را به بازار عرضه کرده‌ایم.

این فعال فناور، از تحقیق و توسعه روی چاپگر‌های سه‌بعدی مورد استفاده در حوزه تجهیزات پزشکی گفت و ادامه داد: تحقیق و توسعه بخش قابل توجه این شرکت دانش‌بنیان را شکل می‌دهد و بر همین اساس، از حیث تنوع فناوری اوضاع به مراتب بهتری نسبت به دیگر رقبا داریم، زیرا تقریبا در تمامی حوزه‌های فناوری مرتبط با چاپگر‌های سه‌بعدی، تحقیق و توسعه داریم.

رئیس هیأت مدیره سیزان پردازش کویر، کیفیت هم‌پای نمونه‌های خارجی با قیمت به مراتب پایین‌تر را جزو مهم‌ترین مزایای رقابتی این محصولات این شرکت برشمرد و گفت: این دستگاه با قیمتی معادل یک دهم نمونه خارجی و امکاناتی هم‌تراز با کیفیت‌ترین نمونه‌های خارجی به بازار هدف ارائه می‌شود.

به گفته نیکوکار، طیف متنوعی از شرکت‌های دولتی، پژوهشگاه‌ها و دانشگاه‌ها از مشتریان این محصول دانش بنیان به شمار می‌روند. اگرچه بخش مشتریان بخش خصوصی نیر به خوبی از این محصول استقبال کرده‌اند، اما عمده فروش در نمایشگاه تجهیزات آزمایشگاهی ساخت ایران و توسط مراکز علمی و پژوهشی بوده است.

این فعال فناور، به اشتغال ۵ نفر از متخصصان رشته‌های مکانیک، الکترونیک و حوزه مواد اشاره کرد و گفت: بسته به نوع فناوری چاپگر، فعالیت افراد متخصص روی آن متفاوت است، اما به طور کلی، افرادی متخصص و دانش‌آموخته از حوزه‌های گوناگون علمی، بر روی ساخت انواع گوناگون این چاپگر‌ها کار می‌کنند.

وی با بیان این‌که شرکت‌های ایرانی در زمانی مناسب و با دانش فنی خوبی در حوزه چاپگر‌های سه بعدی ورود پیدا کردند، افزود: از آن‌جایی که از توانمندی دانشی و عملیاتی لازم برای تولید این چاپگر‌ها برخورداریم، محصولات کیفی و رقابتی قابل توجهی از سوی تولیدکنندگان ایرانی به بازار عرضه شده است. این موضوع راه را برای فروش محصولات ایرانی در بازار و ورود به بازار‌های منطقه‌ای هموار می‌کند.

به گفته این فعال فناور، خوشبختانه دانشگاه‌ها، مراکز علمی و پژوهشی نیز در این حوزه دستاورد‌های خوبی داشته‌اند و به پیشرفت دانش و فناوری این حوزه کمک کردند. بنابراین، با توجه به کیفیت مطلوب و قیمت مقرون به صرفه نوع ایرانی چاپگر‌های سه بعدی استقبال از تولیدات سازندگان درخور توجه بوده است.