Роль 3d друку в налаштуванні компонентів штучного підшлункової залози та датчиків

Налаштування компонентів та датчиків безперервного глюкози

Датчик CGM - це найнесподиліший компонент системи. Він, як правило, складається з крихітних електродів, вставлених підшкірно, корпусу, який дотримується шкіри, і передавач, який надішляє дані безпроводу. 3D-друк дозволяє інженерам адаптувати кожен елемент.

Персоналізований датчик корпусів

Стандартні клейові патчі можуть викликати подразнення шкіри або не відповідати кривим. При скануванні 3D і друку, окреме житло може бути призначене для відповідності контуру черевної порожнини пацієнта, зменшення лущення та шкірних реакцій. Гнучкі матеріали, такі як TPU (термопластичний поліуретан) можна друкувати для створення дихаючої, м'якої основи, яка рівномірно розподіляє стрес. Деякі конструкції включають друковані канали для маршруту, датчика дроту або для розміщення більшого сенсуючої зони без збільшення відбитків ніг.

Мініатюризація та біокомпаність

Добавка виробництво дозволяє корпусам датчиків з тоншими стінами та інтегрованими функціями, які неможливо формувати. SLA смоли сертифіковані для контакту зі шкірою (наприклад, з формлаб або Asiga) може виробляти біосумісні корпуси, які оберігають електроніка, залишаючись ненав'язливими. Дослідники також роздрукували мікронередні масиви - тонові проекції, які проникають зовнішній шар шкіри без болю - зменшення глибини вставки при підтримці якості сигналу. A 2023 дослідження сенсори та приводи B показали 3D-принтований датчик глюкози з традиційними мікро-поглибами, які покращили чутливість, що покращується.

Індивідуальні кути вставки і глибини

Стандартні CGM з фіксованими механізмами вставки. 3D-принтовані адаптери або аплікатори можуть регулювати кут і глибину занурення датчика, щоб відповідати індивідуальній товщині шару. Для худих пацієнтів вставка мілковода знижує дискомфорт; для тих, з більшою жировою тканиною, більш глибокий кут забезпечує датчик, що досягає міжступінчастої рідини надійно. Такий налаштунтування є прямопередбачуваним для прототипу і валідувати з друкованими вимірювальними світильниками перед переміщенням до клінічних випробувань.

Для подальшого читання, Адміністрація з харчової та наркотичної допомоги США забезпечує настанову на 3D-принтованих медичних пристроях, включаючи розгляд матеріалів та тестування продуктивності. Див. FDA: 3D друк медичних виробів.

Налаштування компонентів для доставки інсуліну: насоси, Канателі та роз'єми

Насоси інсуліну доставляють мікротермоди через Канану вставляють в підшкірну тканину. Насосний резервуар, трубка і настійний набір, всі можуть скористатися від 3D-друку.

Оптимізований дизайн Cannula

Стандартний метал або тефлон каннула є прямими, але добавка для виробництва може виробляти вигнуті або степові геометереї, які знижують травму тканин і покращують дисперсія інсуліну. Друкована канву з мікросередніми портами може розподіляти інсулін на більшій площі, мінімізуючи місцеве накопичення і ліпогіпертрофію. Гнучка смола канюль, надрукована SLA, були протестовані в в в вітро і показали, щоб витримати покініння при підтримці витратних ставок, порівняних з комерційними продуктами.

Спеціальні корпуси насоса та зносні формові фактори

Насоси носять на пояс або в кишені, але їх жорсткі прямокутні форми можуть бути незрівняні під час сну або вправ. При 3D-друкі корпус може ергономічно облаштувати під час талії пацієнта, стегна або верхньої руки. Багатотомний друк поєднує жорстке ядро для електроніки та м'який зовнішній шар для комфорту шкіри. Корпус також може включати спеціальні кліпи, поясні петлі або магнітні вкладення, що пошиті на звички індивідуального одягу.

Рішення для підключення

Трубка, яка з'єднує насос до інфузійного набору, є загальною точкою збою. 3D-принтовані роз'єми можуть бути розроблені з процідами-реліфом геометереями, які запобігають змиванню і випадковому з'єднанню. Швидко випускають муфти з друкованими функціями оснащення дозволяють легко замінювати без інструментів. Оскільки роз'єми невеликі і складні, друкують їх в одному шматку, усуває етапи складання і зменшує ризик витоку.

Наприклад, команда в Університеті Кембриджа друкована спеціальний адаптер для резервуарів для інсуліну, який дозволило пацієнтам використовувати стандартні шприци з конкретною моделлю насоса, що розширює сумісність пристрою. Деталі таких нововведень можна знайти в папці Додаткове виробництво (2022): Журнал добавок .

Інтеграція та житло: Закриття алгоритму та джерела живлення

Алгоритм керування часто працює на спеціально розробленому мікроконтролері, що знаходиться в насосі або окремому пристрої. 3D-друк дозволяє компактно, пацієнто-специфічні заготовки, які оберігають електромережі, зберігаючи при цьому фурнітура з комфортом проти тіла.

Призначений для передавачів датчиків та насосів для патчів

Багато сучасних штучних систем підшлункової залози використовують «пашний насос», який дотримується безпосередньо до шкіри. 3D-друк дозволяє корпус насоса, який має формуватися на кривизні кінцівки, зменшуючи відбитки ніг і покращуючи естетичність. Перетворювач для CGM також може бути домофонована в індивідуально-принтерованій оболонці, яка відповідає профілю датчика, забезпечуючи безпечне оснащення.

Гідроізоляція та вентиляція

Добавка виробництва може виробляти прокладки і герметизовані канали, які інтегровані в корпус. Силіконові друковані матеріали створюють стиглі герметики, які запобігають потраплянню вологи, що дозволяє акумуляторно-пожежний. Для пристроїв, які необхідно носити під час душіння або плавання, на замовлення можна забезпечити надійний захист без додавання насипного.

Структурна інтегрність та зменшення ваги

Латице конструкції, надруковані всередині корпусу, можуть підтримувати міцність при зниженні ваги. Аналіз фініту, що поєднується з генеативним дизайном, дозволяє створювати органічно-формні ребра, які розподіляють навантаження від чутливої електроніки. Результатом є більш легкий, більш комфортний режим, який все ще витримує добові впливи.

Переваги 3D-друку в розробці штучного підшлункової залози

Переваги виробництва добавки, що випускається далеко за простою налаштовкою. Наступні переваги є прийняттям як дослідниками, так і для виробників комерційного пристрою.

Швидкий прототипування та ітеративний дизайн

Традиційна ін'єкційна форма вимагає дорогих інструментів, які займає тижнів для виробництва. З 3D-друком, концепція може бути розроблена в САД, надруковані на ніч і протестований наступний день. Ця швидкість прискорює інноваційний цикл, що дозволяє інженерам рефінувати датчик геометереї, контури насосів і інтерфейси роз'єму швидко. Непроблемні прототипи є дешевими і легко дискардувати, захоплюючі болдери розвідки.

Виробництво малих печей

Для рідкісних хвороб показань або спеціальних популяцій хворого (наприклад, педіатрія, відхаркувальні матері), обсяг виробництва може бути занадто низьким, щоб виправдати масове виробництво. 3D друк міст це проміжок, зробивши невеликі проходи економічним. Клініка може замовити десятки користувальницьких сенсорних корпусів для унікальних анатомічних потреб без невиліковних витрат на встановлення.

Покращена біокомпаність та комфорт

Матеріали сертифіковані для медичного застосування — так, як USP Class VI смоли, поліефірний ефірний кеттон (PEEK), а також силіконові засоби медичного класу, доступні в друкованих формах. Компоненти, що друкуються з цих матеріалів, можуть бути стерилізовані через автоклав або оксид етилену. Спеціальні контури знижують точки тиску і роздратування шкіри, покращуючи час носіння і задоволеність пацієнта.

Інтеграція комплексних функцій

3D-друк дозволяє створювати функції, які неможливо буде з підрактивними методами: внутрішні канали для сенсорної проводки, оснащення напругою, що вирівнюють з стрічкою пацієнта, або пористими конструкціями, які сприяють вентиляційній війні шкіри. Ці інтегровані функції знижують кількість деталей і полегшують збірку, що призводить до більш надійних пристроїв.

Оптимізація лікування пацієнтів

При складових пошиті до індивіда, нормативи системи. Навіс, який сидить на оптимальній глибини, забезпечує інсулін більшою консистенцією. Датчик, який відповідає вигнутому череві, зменшує рух артефактом. Ці нерівномірні наростки переносять в більш тісний гліко-гемічний контроль і менше гіпоглікемічних подій.

Виклики та нормативні акти

Незважаючи на свій потенціал, інтеграція 3D-друку на штучні підшлункової залози виробництва граней черепи.

Матеріал Біокомпатентність і стерилізація

Не всі друковані матеріали схвалені для контакту шкіри або тривалого зносу. Навіть біосумісні смоли можуть деградуватися при повторній стерилізації або при впливі на інсуліноутворення. Рогорний контроль необхідний для того, щоб друковані частини не лікували хімічних речовин або втратили мірну стійкість. Постомообробка - наприклад, УФ-лікування, полірування або покриття - м'язуються для кожного матеріалу, що є придатним.

Нормативно-доровочний процес

FDA та інші нормативні органи вимагають чіткої системи управління якістю для 3D-друкованих медичних пристроїв. Оскільки процес друку може ввести варіабельність (шарова адгезія, пористість, розміри), виробники повинні продемонструвати послідовну продуктивність по пакетах. Для користувача, пацієнто-специфічні пристрої - які можуть бути виготовлені тільки один раз, - нормативна шляхова шлях може бути складним. Інструкція FDA на "Додатково виготовлені медичні пристрої" забезпечує каркас, але кожен дизайн часто вимагає індивідуального огляду.

Скальбільність та репродукція

При цьому 3D друк виділяється на невеликих пакетах, масштабування до тисяч одиниць задає виклики в повному обсязі та якості. Принтери повинні бути калібровані, матеріали повинні бути багатовідкладені, і перевірок (мікро‐КТ, випробування на розрив) повинні бути інтегровані в виробництво. Гібридні підходи -використовуючи 3D друк для індивідуальних деталей та лиття під тиском для стандартизованих.

Вартість та доступність

Промислові 3D принтери та сертифіковані матеріали залишаються дорогими, обмежуючи доступ до менших клінік або дослідницьких груп. Однак, як технології зрілих і відкритих ресурсів розробки проліфують, витрати падають. Відкрити штучну систему Pancreas] співтовариство вже продемонстрував ДИЯ друковані компоненти, хоча вони не є FDA-про схваленими.

Напрями майбутнього: Біопринтування та інтегральні системи

Щодо цього, 3D-друк може дозволити створення дійсно біоартеріальної підшлункової залози. Дослідники дослідження Екструзія-на основі біопринтування] для введення інсулінорезектурних бета-клітин в захисному гідрогелеві скафольді. Ці конструкції можуть бути імплантовані підшкірно, зміщуючи рідні підшлункової залози і усунути необхідність зовнішніх насосів і датчиків.

Паралельно, повністю 3D-друковані закриті системи-лококопів є прототиповані. Одиночний друкований пристрій може інтегрувати датчик глюкози, мікропамп, локальний контрольний контур в гнучкому патчі. Такі системи будуть одноразові, недорогі, а також адаптовані до індивідуальної анатомії. Останнім доказом є визначення від MIT, надруковані на патч «біонік підшлункової залози», що поєднує всі три функції в одній 3D-принтерській збірці, хоча це залишається на ранній тесті тварини.

Ще один захоплюючий проспект 4D-друк , де друковані компоненти змінюють форму з часом у відповідь на температуру, pH або концентрацію глюкози. Cannula, яка розширюється після вставки до того, щоб закріпити себе, або датчик, який автоматично налаштовує його чутливість, може різко поліпшити продуктивність.

Для отримання більш детальної інформації про біопринти, див. ACS Biomaterials Science & Engineering.

Висновок

3D-друк є трансформацією дизайну та виготовлення штучних компонентів підшлункової залози, що дозволило рівні налаштування, які раніше не зберігалися. З персоналізованих датчиків корпуси та оптимізованих каннуласів до ергономічних запобіжників насоса, добавка виробництва забезпечує пристрої, які краще підходять, виконують більш послідовно і покращують комфорт пацієнта. Під час завдань у матеріалах, нормативному загоджуванні та масштабованості залишаються, постійні дослідження та витрати, що падають, обіцяє прискорити прийняття. Як технологія зріла, бачення повністю персоналізованої, закритої системи, - цепси навіть, включаючи біопринтовані тканини, що значно ближче до клінічної реальності, пропонуючи поновлювну надію мільйонам людей, що живуть з діабетом.