Table of Contents

ويعيد التطور السريع في الصناعة المضافة، المعروف عادة بالطباعة 3D، تشكيل المشهد العام لتصميم الأجهزة الطبية وإنتاجها، ومن بين التطبيقات الواعدة للغاية تكييف مكونات أجهزة الصراف الصناعية المغلقة بالنظم والتي تُستخدم في نهاية المطاف في إنتاج المواد الاصطناعية التي تُستخدم في صنع أجهزة الصرافة والتي تُستخدم في صنع أجهزة الصراف الآلي والتي تُستخدم في صنع المواد الاصطناعية التي تُفحص نوعية المواد التقليدية.

فهم نظام بانكرياس الأثري وحالة التوحيد

فالبنكرياس الاصطناعي ليس بديلاً واحداً بل نظاماً يجمع بين ثلاثة عناصر أساسية: رصد مستمر للغلوكوز، ومضخة إنسولين، وخوارزمية للمراقبة، وقد يعتمد نمط الترميز المشترك بين الغلوكوز، والمضخة على الأنسولين، وتستخدم الخوارزمية بيانات لتعديل التسليم في الوقت الحقيقي.

فالعمل على التعاطي أمر حاسم لأنه لا يوجد لدى مرضين مواسير مماثلة للجسد، أو توزيع بدينات تحت الجلد، أو حساسية الجلد، ويمكن للمستشعر الذي يجلس على البطن المكشوف أن يسبب الألم، أو يقلل من الدقة، أو يؤدي إلى الفشل المبكر، وبالمثل، فإن مناظرة مضخة الأنسولين التي تُدرج في زاوية دون المستوى الأمثل قد تؤدي إلى حدوث استئصال غير متسق.

Key 3D Printing Technologies in Medical Device Manufacturing

(أ) استخدام عدة أساليب تصنيع مضافة لإنتاج مكونات متداخلة صناعية، كل منها له مزايا مميزة. نمذجة مستعملة [FDM] تستخدم الألوان البلاستيكية مثل PLA-------PETG أو تعدد الكربونات الطبية.

:: ترشيد العناصر المرصدية والمصنوعات الحساسة

ومستشعر الأشعة السينية هو أكثر مكونات النظام حساسية، وهو يتألف عادة من كهرباء صغيرة مضافة دون نطاق، ومسكن يلتزم الجلد، ومرسل يرسل البيانات دون سلك.

المساكن المجهزة بالاستشعار الشخصي

ويمكن أن تسبب الشظايا الاصطناعية القياسية تهيج الجلد أو تفشل في الامتثال للمنحينات، إذ يمكن تصميم مسكن مخصص لمسح ثلاثي الأبعاد وطباعته بحيث يطابق كونه البطن، ويخفض رد فعل الفول السوداني والجلد، ويمكن طبع مواد مرنة مثل TPU (البوليوريثان العنيف) لخلق أسلاك أكثر قابلية للتنفس، وسهلة، توزع الإجهاد.

التدريج والمواءمة البيولوجية

ويمكن التصنيع الإضافي من إنشاء مستلزمات استشعار ذات جدران أرق وخصائص متكاملة يمكن أن تكون مستحيلة للبيع. كما أن راتنجات جيش تحرير السودان المصدقة على اتصال الجلد (مثلاً، من الاستمارة أو الأسيغا) يمكن أن تنتج أجهزة كشف قابلة للتنافس البيولوجي تحمي الإلكترونيات بينما تبقى غير متجانسة، كما طبع الباحثون أشعة مصغرة - إسقاطات غير واضحة

معمل الإزدحام و الدراث

وتأتي تدابير الاختبار الموحدة بآليات ثابتة للإضافة. ويمكن للمكيفين أو المجهزين المطبعيين أن يضبطوا زاوية وعمق جهاز الاستشعار بحيث يضاهي سميك طبقة الفرد الفرعية ويقلل من شأن المصابون بالطحال، وبالنسبة للمرضى الضحلين، فإن إدخال المصابين بنسيج أكثر حساسية، مما يضمن أن تصل الأشعة إلى السائل المعالجة الفوقية الصحيحة.

وللمزيد من القراءة، تقدم إدارة الأغذية والمخدرات في الولايات المتحدة التوجيه بشأن الأجهزة الطبية ذات الطباعة الثلاثية الأبعاد، بما في ذلك الاعتبارات المادية واختبار الأداء. انظر FDA: 3D Printing of Medical Devices].

العناصر التطبيقية في مجال الإنسولين: المضخات، والناولا، والمكونات

وتسلم مضخات الانسولين جرعات مجهرية من خلال الكانتولا المدمجة في الأنسجة دون المدارية ويمكن أن تستفيد خزان المضخة والحمام والضخ من جميع هذه المواد من طباعة ثلاثية الأبعاد.

تصميمات كانولا على الوجه الأمثل

أما المعدن العادي أو الناسور التيفلونية فهي مستقيمة، ولكن التصنيع المضاف يمكن أن ينتج مجسات أو يُحدّد جيولوجيات تقلل من الصدمات النفسية في الأنسجة وتحسن تشت الأنسولين، ويمكن للناور المطبوع بالموانئ المجهرية أن يوزع الأنسولين على منطقة أكبر، مع التقليل إلى أدنى حد من التراكم المحلي واللازمي للدم، وقد تم اختبار الناسور المرنة التي طُبّة مع جيش تحرير السوداني في شكل منتجات قابلة للمقارنة.

المساكن المأهولة بالزمن والشكل المستقر

أما المضخات فهي ملوثة بحزام أو في جيب، ولكن شكلها الرجعي الجامد قد يكون غير مريح أثناء النوم أو التدريب، حيث يمكن أن يُؤمَّن السكن بطريقة غير مباشرة بحيث يلائم خصوم صومعة المريض أو فخذه أو ذراعه العليا.

الحلول المترابطة

فالحمام الذي يربط المضخة بمجموعة النسيج هو نقطة فشل مشتركة، ويمكن تصميم أجهزة الاتصال ذات الطباع 3D مع قياسات هندسية متداخلة، تمنع قطع الأقارب والقطع العرضي، وتتيح التوابيت السريع ذات السمات المطبوعة الجاهزة الاستبدال بسهولة دون أدوات، ولأن الموصلات صغيرة ومعقدة، وتطبعها بقطعة واحدة، تزيل خطوات التجميع وتخفض مخاطر التسرب.

فعلى سبيل المثال، طبع فريق في جامعة كامبريدج مكيفاً لمستودعات الضخ في الأنسولينات يسمح للمرضى باستخدام الحقن المعيارية مع نموذج محدد للضخ، مما يوسع نطاق توافق الجهاز ويمكن الاطلاع على تفاصيل هذه الابتكارات في ورقة منشورة في [()] تصنيع الصنع الاصطناعي (2022): [FLT:]Jour.

التكامل والإسكان: الكشف عن المذهب والطاقة

وكثيرا ما يجري خوارزمية المراقبة على مراكب مصغرة مخصصة تُقام داخل المضخة أو جهاز مستقل. ويتيح الطباعة 3D حزمة، وأجهزة كشف خاصة بمريضين تحمي الإلكترونيات بينما تُعدّ بشكل مريح ضد الجسم.

مقياس الوسم للمتحولين و مضخات السحب

وتستخدم نظم عديدة حديثة للبنكرياس الاصطناعي " مضخة للصيد " تتمسك مباشرة بالجلد. ويتيح الطباعة ٣ دال لجهاز الضخ أن يتكون من خنازير الفرد، مما يقلل من البصمة ويحسن المصل، كما يمكن أن يوضع جهاز إرسال لجهاز التصوير المركزي في قذيفة مصممة خصيصا تتطابق مع صورة جهاز الاستشعار، مما يكفل وجود وصلة مأمونة.

منع المياه والتأجير

ويمكن أن تنتج الصناعات التحويلية الاصطناعية قنوات للغاز وختمية تدمج في السكن، وتخلق المواد المطبوعة التي تستخدم السيليكون ختماً مُلحّاً يمنع حدوث اعتداءات في الوقت الذي يسمح فيه باختراع البطاريات، أما بالنسبة للأجهزة التي يلزم أن تُرتدى أثناء الاستحمام أو السباحة، فإن الضميمة ذات الطباعة العادية يمكن أن توفر حماية موثوقة دون إضافة سائب.

النزاهة الهيكلية والحد من الوزن

ويمكن أن تحافظ هياكل التذاكر المطبوعة داخل المساكن على القوة مع تقليل الوزن، ويتيح تحليل العناصر الحيوية، إلى جانب التصميم المتجانس، إنشاء أضلاع ذات شكل عضوي توزع حمولات بعيدا عن الإلكترونيات الحساسة، وينتج عن ذلك نظام أقصر وأكثر راحة لا يزال يتحمل الآثار اليومية.

مزايا الطباعة 3D في تنمية البانكرياس الفنية

وتمتد فوائد التصنيع المضافة إلى أبعد من مجرد التكييف، والمزايا التالية تدفع إلى اعتماد الباحثين ومصنعي الأجهزة التجارية على السواء.

التصميم السريع والتصاميم

ويتطلب تقليدي لصيد الحقن استخدام أدوات باهظة التكلفة تستغرق أسابيع لإنتاجه، حيث يمكن تصميم مفهوم في مادة CAD، يطبع بين ليلة وضحاها، ويختبر في اليوم التالي، مما يعجل دورة الابتكار، ويتيح للمهندسين صقل خرائط الهندسة، ومواقد الضخ، والوصلات البينية الموصلية بسرعة، والنماذج المتخلفة رخيصة ومن السهل التخلص منها، مما يشجع على استكشاف الجرأ.

إنتاج الباتشات الصغيرة - الأثرية

وبالنسبة للمؤشرات النادرة للأمراض أو لمجموعات المرضى الخاصة (مثلاً، الأمهات الحوامل، وأمهات الأطفال)، قد يكون حجم الإنتاج منخفضاً جداً لتبرير الإنتاج الجماعي.

تعزيز التوافق البيولوجي والراحة

والمواد المصدق عليها للاستخدام الطبي - مثل راتنجات من طراز USP، وثانية متعددة الإيثر، وسيليكونات طبية - متاحة الآن بأشكال مطبوعة ويمكن تعقيم المكونات المطبوعة من هذه المواد عن طريق أكسيد التلقاح أو الأثيلين.

دمج المعالم المعقدة

ويتيح الطباعة ٣ دال إيجاد سمات يمكن استحالة اتباعها في الأساليب الاصطناعية: القنوات الداخلية لاستعمال أجهزة الاستشعار، والمقاطعات ذات المواصفات التي تتواءم مع حلقات حزام المريض، أو الهياكل المخربة التي تعزز تهوية الجلد، وهذه السمات المتكاملة تقلل من عدد الأجزاء وتبس ِّط التجميع، مما يؤدي إلى أجهزة أكثر موثوقية.

العلاج الأمثل للمرضى

وعندما تصمم العناصر حسب الفرد، يتحسن أداء النظام، ويصل الكانتولا التي تُعقد في أقصى درجة من الاتزان إلى الأنسولين بقدر أكبر من الاتساق، ويقلل جهاز الاستشعار الذي يتوافق مع البطن المكشوف من الحركة الأثرية، وهذه المكاسب الإضافية تترجم إلى رقابة أكثر تشددا على الجليد، وتقل فيها الأحداث الافتراضية.

التحديات والنظر في التنظيم

ورغم إمكانياتها، فإن إدماج الطباعة من 3D في صناعة البنكرياسات الصناعية يواجه عقبات.

المطابقة الحيوية للمواد والتعقيم

ولا يتم الموافقة على جميع المواد المطبوعة من أجل الاتصال بالجلد أو اللبس الطويل الأجل، بل إن راتنجات قابلة للتجزئة من جراء التعقيم المتكرر أو عند التعرض لتركيبات الأنسولين، ولا بد من إجراء اختبارات صارمة لضمان عدم استئصال الأجزاء المطبوعة أو فقدان الاستقرار البعدي، كما أن التجهيز بعد الولادة مثل التطعيم بالأشعة فوق البنفسجية أو التلميع أو التغ الطلاء يجب التحقق منه لكل مزيج من المواد المحتوية.

عملية الموافقة التنظيمية

وتحتاج هيئة تنمية الحراجة وغيرها من الهيئات التنظيمية إلى نظام واضح لإدارة الجودة بالنسبة للأجهزة الطبية ذات الطباعة العالية، لأن عملية الطباعة يمكن أن تُحدث تفاوتاً (تذبذب الطلاء، والسخرية، والأبعاد)، ويجب على المصنعين أن يثبتوا أداء متسقاً عبر البطاريات، وبالنسبة للأجهزة الخاصة بالمريضات التي لا يمكن إنتاجها إلا مرة واحدة، فإن التوجيه الذي تقدمه الهيئة بشأن " الأجهزة الطبية المصممة بصورة غير متطورة " ().

القابلية للتقسيم وإعادة الإنتاج

وفي حين أن أجهزة الطباعة من 3D في خفافيش صغيرة، فإن توسيع نطاقها إلى آلاف الوحدات يشكل تحديات في مجال الإنتاج وضمان الجودة، ويجب أن يتم معايرة الطباعة، ويجب أن يتم تعقب المواد كثيراً، ويجب إدماج عمليات التفتيش (اختبار الاختراق، اختبار القذف) في الإنتاج، وأن تستخدم النهج الهجينة - الطباعة من 3D لقطع العرف وترميم الحقن لغير الموحَّد من الأرض المتوسطة.

التكلفة وإمكانية الوصول

ولا تزال الطابعات الصناعية 3D والمواد المصدق عليها باهظة التكلفة، مما يحد من إمكانية الوصول إلى العيادات الأصغر أو أفرقة البحث، ومع ذلك، فإن التكاليف تتناقص مع تزايد نمو التكنولوجيا وتكاثرها من مصادر مفتوحة، فقد أثبت المجتمع المحلي بالفعل وجود عناصر مطبوعة من طراز DIY، وإن لم تكن هذه المكونات موافق عليها من قبل.

الاتجاهات المستقبلية: الطباعة الحيوية والنظم المتكاملة الكاملة

ويمكن للباحثين، وهم يتطلعون إلى المستقبل، أن يؤدي الطباعة بواسطة ثلاثية الأبعاد إلى إيجاد فطائر حيوي حقاً، ويستكشفون الطباعة الأحيائية القائمة على التطفل ] لروادة خلايا بيتا آمنة داخل نطاق حمائي من الهيدروجيل، ويمكن زرع هذه البنايات دون توقف، مما يخفف من الضخات الخارجية المحلية.

وفي موازاة ذلك، يجري وضع نماذج أولية لنظم الوصلات المغلقة ذات الطباعة الكاملة، وقد يدمج جهاز مطبوع واحد جهازاً لمسح الغلوكوز، ومضخة صغيرة، ودائرة مراقبة محلية في رقعة مرنة، بحيث تكون هذه النظم قابلة للتصريف، وغير مكلفة، ومصممة خصيصاً لجهاز التشريح الفردي، ودليل حديث عن تركيبة البصمات الثلاث التي طبعت من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا " تركيبة أحادية " .

وثمة سبيل آخر مثير هو 4Dطباعة ]، حيث تتغير المكونات المطبوعة بمرور الوقت استجابة لدرجات الحرارة، أو تركيزات الفلفل أو الجلوكوز، ويمكن أن يؤدي الناسور الذي يتوسع بعد الإدخال إلى الترسيخ نفسه، أو جهاز استشعار يُغضِي حساسيته تلقائياً، إلى تحسين الأداء بشكل كبير.

For more on bioprinting pancreatic constructs, see ACS Biomaterials Science & Engineering].

خاتمة

ويحول الطباعة بواسطة الطبع بواسطة الأشعة المصورة، تصميم وصنع مكونات البنكرياس الاصطناعية، مما يتيح مستوى من التكييف كان غير قابل للاستدامة من قبل، ومن المسكنات المشعرة الشخصية والآلام المثلى إلى مضبوطات الضخ المشتعلة، وأجهزة التصنيع المضاف التي تناسب أفضل، وتؤدّي بشكل أكثر اتساقاً، وتزيد من راحة المرضى، وفي حين أن التحديات في المواد، والموافقة التنظيمية، والتعقيدات ما زالت قائمة، وتتسارع، وتزداد سرعة البحث، وتزداد سرعة التطلع إلى جانب