4D gedruckt bifurcated Stents mit Kirigami-inspirierten Strukturen

Formgedächtnispolymere können so programmiert werden, dass sie ihre Form ändern, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. 3D-Drucker können diese Formen erzeugen, indem sie Schichten nach Schichten stapeln, sodass wir jede erdenkliche Form machen können. In diesem Video zeigen wir, wie wir Stents herstellen können, die bei der Lieferung auf eine kompakte Form geschrumpft werden können, und im richtigen Moment die komplexeste Form wiedererlangen können.

Durch den Einsatz dieser Methode ist es möglich, maßgeschneiderte Stents für jeden Patienten zu entwerfen, da alles, was entworfen werden kann, mit dem 3D-Drucker exakt hergestellt werden kann. Stellen Sie den Durchmesser des proximalen Hauptgefäßes auf 25 Millimeter ein. Legen Sie dann die Durchmesser des distalen Hauptgefäßes und des Seitenasts auf 22 Millimeter fest.

Legen Sie die Gesamtlänge der Schiffe auf 140 Millimeter fest. Als nächstes stellen Sie die Länge des proximalen Hauptgefäßes auf 65 Millimeter, das distale Hauptgefäß auf 75 Millimeter und den Seitenzweig auf 65 Millimeter ein. Das Computermodell des verzweigten Gefäßes wird dann mit einem 3D-Drucker zur Sicherungsabscheidung und einem Polycarbonat-Filament gedruckt.

Erstellen Sie einen kastenförmigen Behälter, in dem das 3D-gedruckte Teil untergebracht ist. Stellen Sie die Behälterabmessungen auf 110 mal 105 mal 70 Millimeter ein und verwenden Sie eine Acrylplatte. Mit einem 3D gedruckten verzweigten Gefäß in der Mitte der Box platziert, gießen Sie das Silikon vorsichtig in den Behälter, um Blasenbildung zu minimieren.

Trocknen Sie das flüssige Silikon und härten Sie es für 36 bis 48 Stunden aus. Nach dem Aushärten das erstarrte Silikon aus dem Behälter nehmen und halbieren, um das 3D-gedruckte Teil zu entfernen. Schließen Sie sich dem geteilten Silikon an der Schnittebene an.

Der resultierende gegsellte Körper ist das Blutgefäß-Mock-up. Entwerfen Sie den Stamm des bifurcated Stent nach welligen Mustern ähnlich wie herkömmliche Stents, und entwerfen Sie die zweifarbigen Zweige zu einem Zylinder. Stellen Sie für den Stamm den Durchmesser auf 22 Millimeter und die Länge auf 38 Millimeter ein.

Legen Sie für den Ast den Durchmesser auf 18 Millimeter und die Länge auf 34 Millimeter fest. Legen Sie schließlich die Gesamtlänge des Stents auf 72 Millimeter fest. Drucken Sie den bifurcated Stent in einem 3D-Drucker für die Sicherung der Ablagerungsmodellierung mit einem Formspeicherpolymerfilament.

Die Hauptzusammensetzung dieses Filaments ist Polyurethan. Verwenden Sie Schneidsoftware zum Modellschneiden und zur Steuerung der Einstellungen des 3D-Druckers. Stellen Sie die Extrudertemperatur auf 230 Grad Celsius und die Temperatur des Druckerbetts auf Raumtemperatur ein.

Legen Sie außerdem die Schichthöhe auf 0,1 Millimeter fest, um den Treppeneffekt zu minimieren. Legen Sie dann die Druckgeschwindigkeit auf 3, 600 Millimeter pro Minute fest, und legen Sie den Prozentsatz der Innenfüllung auf 80 Prozent fest. Schließen Sie die Unterstützerbildung während des Drucks ein, die benötigt wird, da das Innere der Struktur hohl ist.

Glätten Sie die Oberfläche, da raue Oberflächen die Gefäße durch Abrieb beschädigen können. Entfernen Sie die Unterstützer mit Fräsern. Die Unterstützer sind im Inneren des Stents befestigt.

Beim Entfernen der Stents, üben Sie äußerste Vorsicht, um zu vermeiden, die Stents zu reißen. Reiben Sie die Oberfläche gegen Schleifpapier, um die Schichtlinien, Steinen oder Flecken auf der bedruckten Oberfläche zu entfernen. Wiederholtes Polieren kann erforderlich sein, wenn die Unterstützer von den Fräsern entfernt werden.

Vor dem Lackieren, reinigen, sanden und trocknen Sie die Stentoberfläche. Malen Sie die Oberfläche mit einem Spray an einem gut belüfteten Ort und tragen Sie eine persönliche Maske. Schützen Sie vor Übersprühen, indem Sie dünne Schichten wiederholter Farben auftragen.

Verwenden Sie schwarze Farben, um den Kontrast zwischen dem Silikongefäß-Mockup und dem Stent zu verstärken. Legen Sie die zweifarbigen Stents in warmes Wasser, so dass die Temperatur über der Glasübergangstemperatur liegt. Wenn der Stent aufgeweicht wird, drücken Sie die eine Hälfte des Zweiges gegen die andere Hälfte.

Nest eine Hälfte in der anderen Hälfte. Führen Sie denselben Verschachtelungsprozess für den anderen Zweig aus. Anschließend werden die beiden Zylinderhälften in einem geschlossen.

Falten Sie nun die beiden Zweige in einen Zylinder, damit sie durch das Hauptschiff fahren können. Tauchen Sie das Silikongefäß Mockup in den Tank mit warmem Wasser gefüllt. Richten Sie das Mockup so aus, dass das Hauptschiff oben und die Zweige darunter liegen.

Legen Sie nun den gefalteten, zweifarbigen Stent in die Öffnung des Silikongefäß-Mockups ein. Richten Sie den gefalteten, zweifarbigen Stent so aus, dass seine Zweige zur Öffnung hin ausgerichtet sind. Der gefaltete, gespaltene Stent beginnt sich auszudehnen, und die unteren Zweige werden so geteilt, dass jeder Zweig vom Bifurkationskern der Y-förmigen Gefäße zu seinem Paarungsweg gleitet.

Der Stent verwendet kiragami Struktur, um den bifurcated Stent in ein kompaktes zylindrisches Rohr zu falten, die sehr geeignet ist, durch die engen Wege der Blutgefäße zu gleiten. Das Formgedächtnispolymer ermöglicht es der gefalteten Struktur, zu ihrer ursprünglichen Form zurückzukehren, wenn die Temperatur die Glasübergangstemperatur erreicht. Die ursprüngliche Form passt sich den verzweigten Gefäßen an.

Stellen Sie sicher, dass Sie die Temperatur des Druckerbettes auf Raumtemperatur einstellen. Wir erlebten unerwünschte Verformungen der Struktur, wenn die Temperatur des Druckerbettes höher eingestellt wurde. Das Polyurethan kann durch ein Polymer ersetzt werden, das eine Formgedächtniswirkung hat.

Die optimale Temperatur oder das Auswendigden ist jedoch je nach verwendetem Material unterschiedlich. Das Verfahren erzeugt bifurcated Stents, die in ein Y-förmiges Blutgefäß mit einer einzigen Operation eingeführt werden können. Im Vergleich zu mehreren Operationen verwenden wir für herkömmliche Stents.

Unsere Methode kann verwendet werden, um koronare Herzkrankheit und Blutgefäße durch Plaques blockiert zu behandeln. Das Verfahren kann auch Durchgangswege wie Gallengang, Bronchien und Harnleiter öffnen.