A impressão 3D dos vasos sanguíneos do cérebro com silicone pode melhorar e personalizar a neurocirurgia

Uma nova técnica de impressão 3D usando silicone pode fazer modelos precisos dos vasos sanguíneos em seu cérebro, permitindo que os neurocirurgiões treinem com simulações mais realistas antes de operarem, de acordo com nossa pesquisa publicada recentemente em Ciência.

Muitos neurocirurgiões praticam cada cirurgia antes de entrar na sala de cirurgia baseado em modelos do que eles sabem sobre o cérebro do paciente. Mas os modelos atuais que os neurocirurgiões usam para treinamento não imita bem os vasos sanguíneos reais. Eles fornecem feedback tátil irreal, carecem de detalhes estruturais pequenos, mas importantes, e muitas vezes excluem componentes anatômicos inteiros que determinam como cada procedimento será realizado. Réplicas realistas e personalizadas de cérebros de pacientes durante simulações pré-cirúrgicas podem reduzir erros em procedimentos cirúrgicos reais.

3D impressãono entanto, poderia fazer réplicas com o toque macio e a precisão estrutural que os cirurgiões precisam.

A impressão 3D é normalmente considerada como um processo que envolve a colocação de camada após camada de plástico derretido que se solidifica à medida que uma estrutura autoportante é construída. Infelizmente, muitos materiais macios não derreta e solidifique novamente da mesma forma que o filamento de plástico que as impressoras 3D normalmente usam. Os usuários só conseguem uma foto com materiais macios como silicone– eles devem ser impressos em um Estado líquido e então irreversivelmente solidificado.

Modelando líquidos em 3D

Como você faz uma forma 3D complexa de um líquido sem acabar com uma poça ou uma bolha caindo?

Os pesquisadores desenvolveram uma abordagem ampla chamada impressão 3D embutida para este fim. Com esta técnica, a “tinta” é depositada dentro de um banho de um segundo material de suporte projetado para fluir ao redor do bico de impressão e reter a tinta no local logo após o afastamento do bico. Isso permite que os usuários criem formas complexas a partir de líquidos, mantendo-os presos no espaço tridimensional até que chegue a hora de solidificar a estrutura impressa. A impressão 3D incorporada tem sido eficaz para estruturar uma variedade de materiais macios como hidrogéis, micropartículas e até células vivas.

No entanto, imprimir com silicone continua sendo um desafio. O silicone líquido é um óleo, enquanto a maioria dos materiais de suporte são à base de água. O óleo e a água têm um alto tensão interfacialqual é o força motriz por que as gotas de óleo assumem formas circulares na água. Essa força também faz com que as estruturas de silicone impressas em 3D se deformem, mesmo em um meio de suporte.

Pior ainda, essas forças interfaciais fazem com que os recursos de silicone de pequeno diâmetro se quebrem em gotículas à medida que são impressos. Muita pesquisa foi feita para fazer materiais de silicone que podem ser impressos sem um suportemas essas modificações pesadas também modificam as propriedades com as quais os usuários se preocupam, como o quão macio e elástico é o silicone.

Silicone para impressão 3D com AMULIT

Como pesquisadores que trabalham na interface de física da matéria macia, engenharia mecânica e Ciência de materiaisdecidimos enfrentar o problema da tensão interfacial desenvolvendo um material de suporte feito de óleo de silicone.

Pensamos que a maioria das tintas de silicone seria quimicamente semelhante ao nosso material de suporte de silicone, reduzindo drasticamente tensão interfacial, mas também diferentes o suficiente para permanecerem separados quando montados para impressão 3D. Criamos muitos materiais de suporte candidatos, mas descobrimos que a melhor abordagem era fazer uma emulsão densa de óleo de silicone e água. Pode-se pensar nisso como maionese cristalina, feita de microgotículas de água em um continuum de óleo de silicone. Chamamos este método manufatura aditiva em tensão interfacial ultrabaixa, ou AMULIT.

Com nosso meio de suporte AMULIT, conseguimos imprimir silicone de prateleira em alta resolução, criando recursos tão pequenos quanto 8 micrômetros (cerca de 0,0003 polegadas) de diâmetro. As estruturas impressas são tão elásticas e duráveis ​​quanto suas contrapartes tradicionalmente moldadas.

Esses recursos nos permitiram imprimir em 3D modelos precisos dos vasos sanguíneos cerebrais de um paciente com base em uma varredura 3D, bem como um modelo de válvula cardíaca funcional com base na anatomia humana média.

Impressão de silicone 3D na área da saúde

O silicone é um componente crítico de inúmeros produtosdesde bens de consumo cotidianos, como utensílios de cozinha e brinquedos, até tecnologias avançadas nas indústrias eletrônica, aeroespacial e de saúde.

Os produtos de silicone são normalmente feitos despejando ou injetando silicone líquido em um molde e removendo o molde após a solidificação. A despesa e a dificuldade de fabricar moldes de alta precisão limitam os fabricantes a produtos com apenas alguns tamanhos, formas e designs predeterminados. A remoção de estruturas delicadas de silicone dos moldes sem danos é uma barreira adicional, e os defeitos de fabricação aumentam ao moldar estruturas altamente intrincadas.

A superação desses desafios pode permitir o desenvolvimento de tecnologias avançadas à base de silicone no setor de saúde, onde implantes personalizados ou imitações de estruturas fisiológicas específicas do paciente podem transformar o atendimento.

Este artigo é republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.