人工膵部品やセンサーをカスタマイズする3d印刷の役割

連続したグルコースのモニターの部品およびセンサーをカスタマイズする

CGMセンサーは、システムで最も繊細なコンポーネントです。 これは、通常、小さな電極インサートの皮に付着するハウジング、およびデータをワイヤレスで送信する送信機で構成されます。 3Dプリンティングにより、各要素をテーラーすることができます。

パーソナライズされたセンサーハウジング

標準的な付着力のパッチは皮の苛立ちを引き起こしますまたはカーブに合わせる失敗できます。3Dスキャンおよび印刷を使うと、習慣ハウジングは患者の腹部の輪郭に一致し、皮の皮の取り消しおよび皮の反作用を減らすように設計することができます。TPU (熱可塑性のポリウレタン)のような適用範囲が広い材料は通気性、圧力を均等に分配する柔らかい基盤を作成するために印刷することができます。ある設計はルート センサー ワイヤーに印刷されたチャネルを組み込むか、または足跡区域を増加させることなしでより大きいsensを収容するために。

ミニチュア化とバイオコンパチビリティ

添加剤製造は、センサーハウジングを薄く、成形不可能な機能を統合することができます。SLA樹脂は、皮膚の接触(例えば、FormlabsまたはAsiga)のために認定され、無オブジェを残しながら、電子機器を保護するバイオコンパシブルエンクロージャを生成できます。研究者は、マイクロネドルアレイをプリントしました。それは、痛みのない皮膚層を貫通する小さな投影です。信号の品質を維持しながら、インサート深さを減らすことができます。 [FLT] と [F] の3つの導光子を[F] 導光器[F] と [F] を[F] 導光子] に比較します。

カスタマイズされた浸透の角度および深さ

標準CGMは固定インサート機構が付属しています。 3Dプリントアダプターまたはアプリケーターは、個々のサブカット層の厚さに合わせてセンサーフィラメントの角度と深さを調整することができます。 リーン患者にとって、浅いインサートは不快感を低下させます。 より適切な角度を持つ人にとって、センサーが相互の流体を確実に到達することを確認してください。 このようなカスタマイズは、臨床試験を試行する前に、プリントテストフィクスチャと試行錯誤を検証し、試験を検証するのに簡単です。

更に読み取るためには、米国食品医薬品局は、材料検討や性能試験を含む3D印刷医療機器のガイダンスを提供します。 ]] FDA:医療機器の3D印刷を参照してください。

インシュリン配達部品をカスタマイズ:ポンプ、カンヌラス、コネクタ

インシュリンポンプは、サブカタン組織にインサートされたカンヌラを介してマイクロ用量を配信します。ポンプの貯水池、配管、注入セットはすべて3D印刷から恩恵を受けることができます。

最適化されたカンヌラのデザイン

標準的な金属またはテフロンのcannulasはまっすぐです、しかし添加物の製造業はティッシュのtraumaを減らし、インシュリンの分散を改善する曲げられたか、またはステップされた幾何学を作り出すことができます。マイクロ サイド ポートが付いている印刷されたcannulaはより大きい区域にインシュリンを、最小にし、ローカル蓄積およびlippohypertrophyを解放できます。SLAと印刷される適用範囲が広い樹脂のcannulasはプロダクトに比較できる流動度を維持している間皮を抗するためにテストされ、示されていました。

カスタムポンプハウジングとウェアラブルフォームファクター

ポンプはベルトかポケットで身に着けていますが、睡眠か練習の間に不快な長方形の形はできます。3D印刷を使うと、ハウジングは患者のウエスト、腿または上部の腕に合うように人間工学的に輪郭を付けられたことができます。多材料の印刷は電子工学のための堅い中心を結合し、皮の慰めのための柔らかい外の層。ハウジングはまた個々の衣類の習慣に合わせる習慣クリップ、ベルト ループ、か磁気付属品を組み込むことができます。

相互接続ソリューション

ポンプを注入セットに接続する配管は、一般的な故障点です。3Dプリントされたコネクターは、キニや誤った切断を防ぐ、ひずみを取り除く幾何学で設計することができます。クイックリリースのカップリングは、印刷されたスナップフィット機能を使用して、簡単に交換することができます。コネクタは小さくて複雑なので、それらを1ピースに印刷するとアセンブリの手順がなくなり、漏れのリスクが低減されます。

例えば、ケンブリッジ大学のチームは、患者が特定のポンプモデルで標準的なシリンジを使用することを可能にするカスタムインシュリンポンプ貯水器アダプタを印刷し、デバイスの互換性を拡張しました。そのようなイノベーションの詳細は、]に公表された紙で見つけることができます。 (2022])] ] [FLT:添加剤製造のジャーナル。

統合とハウジング:アルゴリズムと電源を閉じる

制御アルゴリズムは、ポンプや別々の装置内に収納された専用のマイクロコントローラで頻繁に実行されます。 3D印刷により、コンパクトで、患者固有のエンクロージャが搭載され、電子機器を保護し、体に快適にフィットすることができます。

センサー送信機およびパッチ・ポンプのための習慣適合

現代の人工膵システムは、皮膚に直接付着する「パッチポンプ」を使用します。 3D印刷により、ポンプ本体は、足跡を減らし、美的を改善し、個々の肢の湾曲に形成することができます。 CGMの送信機は、センサーのプロファイルに一致するカスタム印刷されたシェルに保管することができ、安全なスナップフィット接続を保証します。

防水および金張り

添加剤の製造は、ハウジングに統合されるガスケットおよびシーリングチャネルを作り出すことができます。 シリコーンベースの印刷可能な材料は、電池を通気させる間湿気の侵入を防ぐ圧縮シールを作成します。 シャワーまたは水泳中に着用する必要がある装置のために、カスタム印刷されたエンクロージャはバルクを追加することなく信頼性の高い保護を提供することができます。

構造の完全性および重量の減少

ハウジング内で印刷された格子構造は、重量を減らすときに強度を維持することができます。 遺伝子設計と結合された有限要素分析により、敏感な電子機器から負荷を分散する有機型肋骨の生成が可能になります。 結果は、より軽く、毎日の影響に耐えるより快適なシステムです。

人工膵臓開発における3D印刷の利点

添加剤製造の利点は、単純なカスタマイズよりもはるかに拡張されます。 以下の利点は、研究者と商用デバイスメーカーの両方の採用を駆動しています。

急速なプロトタイピングおよび反復的な設計

従来の射出成形は、生産に数週間かかる高価なツーリングを必要とします。 3D印刷では、コンセプトはCADで設計することができ、印刷一晩、翌日テストすることができます。 この速度は、技術革新サイクルを加速し、エンジニアはセンサーの幾何学、ポンプの輪郭、およびコネクタインターフェイスを急速に精製することができます。 失敗したプロトタイプは、安価で、廃棄が容易で、大胆な探査を奨励します。

コスト効果の高い小型バッチ生産

まれな病気の徴候または特別な忍耐強い人口(例えば、小児科、妊婦)のために、大量生産を正当化するために生産の容積が余りに低いかもしれません。 3Dの印刷は小さい操業を経済的にすることによってこのギャップを橋渡しします。 クリニックは禁止された組み立て費用を通さないで独特な解剖学的必要性のためのダースン注文のセンサー ハウジングを発注できます。

生体適合性と快適性の向上

医薬品用材料(USPクラスVI樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、医療用グレードのシリコーンなど)は、印刷可能な形態で入手可能です。これらの材料から印刷された部品は、オートクレーブまたはエチレンオキサイドで滅菌することができます。カスタム輪郭は、圧力ポイントと皮膚刺激を減らし、摩耗時間と患者の満足度を向上させることができます。

複雑な機能の統合

3Dプリンティングは、有害な方法と不可能な機能の創造を可能にします。センサー配線用の内部チャンネル、患者のベルトループと整列するスナップフィットクリップ、または皮膚換気を促進する多孔構造。これらの統合機能は、部品数を減らし、アセンブリを簡素化し、より信頼性の高いデバイスに導きます。

患者様固有の治療の最適化

コンポーネントが個々のものに合わせると、システムの性能が向上します。最適な深さに座るカンヌラは、より一貫性のあるインスリンを実現します。曲げられた腹部に合わせるセンサーは、モーションアーティファクトを削減します。これらの増分率は、より厳しいグリセミックコントロールと低刺激的なイベントに変換します。

課題と規制の考慮事項

人工のパンクレアス製造に3Dプリントを組み込む可能性はありますが、ハードルに直面しています。

素材 生体適合性および殺菌

印刷可能な材料は、皮膚の接触や長期摩耗のために承認されていません。バイオコンパシブル樹脂でさえ、繰り返し滅菌下やインスリン処方にさらされた場合に劣化する可能性があります。 印刷された部品が化学物質を落とさないか、寸法安定性を失うことを確実にするために、厳しいテストが必要です。 ポスト処理 - 紫外線硬化、研磨、またはコーティングなどの - 各材料のデバイスの組み合わせのために検証される必要があります。

法規制承認プロセス

FDA および他の規制機関は、3D 印刷医療機器の明確な品質マネジメントシステムを必要とします。印刷プロセスは、分散性(層接着、気孔率、寸法)を導入できるため、製造業者は、バッチ間で一貫した性能を発揮しなければなりません。カスタム、患者固有のデバイスのために、一度だけ生成される可能性があるため、規制経路は複雑です。FDA の「製造医療機器」に関するガイダンスはフレームワークを提供しますが、各設計は個々のレビューを要求します。

拡張性と再現性

3Dプリントは、小ロットでエクセルスをプリントする一方で、スループットと品質保証の課題を数千単位にスケールアップします。プリンターは、キャリブレーションされなければならない、材料は追跡されなければならない、検査(マイクロCT、抗張テスト)は、生産に統合する必要があります。 ハイブリッドアプローチ - カスタム部品や標準成形用の3Dプリントを使用して、中盤地面をオフします。

コストとアクセシビリティ

工業3Dプリンターと認定材料は高価で、小規模なクリニックや研究グループへのアクセスを制限します。しかし、技術成熟とオープンソースの設計は、増殖、コストが低下します。 Open人工的なパンクレアシステム]]]]コミュニティは、すでにDIY印刷可能なコンポーネントを実証していますが、FDAが承認されていない。

未来の方向:バイオプリンティングと完全統合システム

今後、3Dプリンティングは、真の生体的膵臓の創造を可能にすることができます。研究者は、保護ハイドロゲルの足場内のインシュリン - 分裂ベータ細胞を堆積させるために、の抽出物ベースのバイオプリンティング[を探索しています。これらの構造は、潜水的に注入され、ネイティブパンクレアを模倣し、外部ポンプやセンサーの必要性を排除することができます。

並列で、3D 印刷されたクローズド ループ システムが試作品化されています。単一の印刷装置は、グルコース センサー、マイクロポンプ、および柔軟なパッチ内のローカル制御回路を統合する可能性があります。そのようなシステムは使い捨て可能で安価で、個々の解剖学に合わせて調整されます。MIT の最近の校正-コンセプトは、単一の 3D 印刷のすべての 3 つの機能を組み合わせた「バイオニック 膵臓」パッチをプリントしましたが、それは初期の動物実験に残っています。

もう一つのエキサイティングなアベニューは、温度、pH、またはグルコース濃度に応じて、印刷されたコンポーネントが時間をかけて形状を変更した[4Dプリンティング[です。 インサートがそれ自体を固定した後に拡大するカンフラ、または感度を自動的に調整するセンサーは、劇的に性能を向上させることができます。

よりバイオプリントの膵構造については、 ] を参照してください。ACSバイオマテリアルサイエンス&エンジニアリング]。

コンテンツ

3Dプリンティングは、人工膵部品の設計と製造を変革し、以前は達成不可能だったカスタマイズのレベルを可能にします。 パーソナライズされたセンサーハウジングと最適化されたカンヌラスから人間工学に基づいたポンプエンクロージャまで、添加剤製造は、より一貫性のあるパフォーマンスを発揮し、患者様の快適性を向上させるデバイスを提供します。 マテリアルの課題、規制当局の承認、およびスケーラビリティが維持される一方で、継続的な研究と落下コストは採用を加速する約束します。 テクノロジーが成熟するにつれて、完全なビジョンは、パーソナライズされた臨床検査システムを含む人々を閉鎖し、さらには、生物多様性を向上させるよう願っています。