Drukowane w 4D rozwidlone stenty ze strukturami inspirowanymi Kirigami

Polimery z pamięcią kształtu można zaprogramować tak, aby zmieniały kształt, gdy zachodzą określone warunki met. 3D drukarki mogą wytwarzać te kształty, układając warstwy po warstwach, co pozwala nam uzyskać dowolny kształt, jaki można sobie wyobrazić. W tym filmie pokazujemy, w jaki sposób możemy produkować stenty, które po dostarczeniu można zmniejszyć do zwartej formy i przywrócić do najbardziej złożonego kształtu w odpowiednim momencie.

Dzięki zastosowaniu tej metody możliwe jest zaprojektowanie stentów dostosowanych do potrzeb każdego pacjenta, ponieważ wszystko, co można zaprojektować, można dokładnie wyprodukować za pomocą drukarki 3D. Ustaw średnicę bliższego naczynia głównego na 25 milimetrów. Następnie ustaw średnice dystalnego naczynia głównego i bocznej gałęzi równe 22 milimetrom.

Ustaw całkowitą długość naczyń równą 140 milimetrów. Następnie ustaw długość bliższego naczynia głównego na 65 milimetrów, dystalnego naczynia głównego na 75 milimetrów, a bocznego odgałęzienia na 65 milimetrów. Model komputerowy rozgałęzionego naczynia jest następnie drukowany za pomocą drukarki 3D do modelowania osadzania topionego i włókna poliwęglanowego.

Stwórz pojemnik w kształcie pudełka, w którym pomieści się wydrukowana w 3D część. Ustaw wymiary pojemnika na 110 na 105 na 70 milimetrów i użyj płyty akrylowej. Za pomocą wydrukowanego w 3D rozgałęzionego naczynia umieszczonego na środku pudełka, delikatnie wlej silikon do wnętrza pojemnika, aby zminimalizować tworzenie się pęcherzyków.

Wysuszyć płynny silikon i utwardzać go przez 36 do 48 godzin. Po stwardnieniu usuń zestalony silikon z pojemnika i przetnij go na pół, aby usunąć część wydrukowaną w 3D. Ponownie połącz podzielony silikon w płaszczyźnie cięcia.

Powstałe w ten sposób połączone ciało jest makietą naczynia krwionośnego. Zaprojektuj pień rozwidlonego stentu zgodnie z falistymi wzorami podobnymi do konwencjonalnych stentów i zaprojektuj rozwidlone gałęzie jako cylinder. W przypadku pnia ustaw średnicę na 22 milimetry, a długość na 38 milimetrów.

W przypadku gałęzi ustaw średnicę na 18 milimetrów, a długość na 34 milimetry. Na koniec ustaw całkowitą długość stentu na 72 milimetry. Wydrukuj rozwidlony stent w drukarce 3D do modelowania osadzania topionego za pomocą filamentu polimerowego z pamięcią kształtu.

Głównym składem tego filamentu jest poliuretan. Użyj oprogramowania do krojenia modeli do krojenia i kontrolowania ustawień drukarki 3D. Ustaw temperaturę ekstrudera na 230 stopni Celsjusza, a temperaturę stołu drukarki na temperaturę pokojową.

Ustaw również wysokość warstwy na 0,1 milimetra, aby zminimalizować efekt schodów. Następnie ustaw prędkość drukowania na 3 600 milimetrów na minutę i ustaw procent wypełnienia wnętrza na 80 procent. Uwzględnij formację podpory podczas drukowania, która jest potrzebna, ponieważ wnętrze konstrukcji jest puste.

Wygładź powierzchnię, ponieważ szorstkie powierzchnie mogą uszkodzić naczynia w wyniku ścierania. Usuń podpory za pomocą noży. Wsporniki są przymocowane po wewnętrznej stronie stentu.

Podczas usuwania stentów należy zachować szczególną ostrożność, aby uniknąć rozerwania stentów. Przetrzyj powierzchnię o papier ścierny, aby usunąć linie warstwy, prążki lub skazy na zadrukowanej powierzchni. Może być konieczne wielokrotne polerowanie w miejscach, w których podpory są usuwane przez frezy.

Przed malowaniem oczyść, przeszlifuj i wysusz powierzchnię stentu. Pomaluj powierzchnię sprayem w dobrze wentylowanym miejscu i załóż maskę osobistą. Chronić przed nadmiernym natryskiwaniem, nakładając cienkie warstwy powtarzających się farb.

Użyj czarnych farb, aby zwiększyć kontrast między makietą naczynia silikonowego a stentem. Umieść rozwidlone stenty w ciepłej wodzie tak, aby temperatura była wyższa od temperatury zeszklenia. Gdy stent zmięknie, dociśnij jedną połowę gałęzi do drugiej połowy.

Zagnieźdź jedną połowę w drugiej połowie. Wykonaj ten sam proces zagnieżdżania w drugiej gałęzi. Następnie dwie połówki cylindrów są zamykane w jedną.

Teraz złóż dwie gałęzie w jeden cylinder, aby mógł przejść przez główne naczynie. Zanurz silikonową makietę naczynia w zbiorniku wypełnionym ciepłą wodą. Ustaw makietę tak, aby główne naczynie znajdowało się powyżej, a gałęzie poniżej.

Teraz włóż złożony, rozwidlony stent do otworu makiety naczynia silikonowego. Ustaw złożony, rozwidlony stent tak, aby jego gałęzie były skierowane w stronę otworu. Złożony, rozwidlony stent zacznie się rozszerzać, a dolne gałęzie podzielą się tak, że każda gałąź przesunie się w kierunku swojej ścieżki godowej z rdzenia bifurkacyjnego naczyń w kształcie litery Y.

Stent wykorzystuje strukturę kiragami, aby umożliwić rozwidlonemu stentowi złożenie się w zwartą cylindryczną rurkę, która jest bardzo odpowiednia do przesuwania się po wąskich ścieżkach naczyń krwionośnych. Polimer z pamięcią kształtu pozwala złożonej strukturze powrócić do pierwotnego kształtu, gdy temperatura osiągnie temperaturę zeszklenia. Oryginalny kształt ściśle przylega do rozgałęzionych naczyń.

Upewnij się, że temperatura stołu drukarki jest ustawiona na temperaturę pokojową. Doświadczyliśmy niepożądanego odkształcenia konstrukcji, gdy temperatura stołu drukarki została ustawiona na wyższą. Poliuretan można zastąpić polimerem, który ma efekt pamięci kształtu.

Jednak optymalna temperatura lub zapamiętywanie różni się w zależności od użytego materiału. Procedura wytwarza rozwidlone stenty, które można wprowadzić do naczynia krwionośnego w kształcie litery Y za pomocą jednej operacji. W porównaniu z wieloma operacjami, które stosujemy w przypadku konwencjonalnych stentów.

Nasza metoda może być stosowana w leczeniu choroby wieńcowej i naczyń krwionośnych zablokowanych przez blaszki miażdżycowe. Zabieg może również otworzyć przejścia, takie jak drogi żółciowe, oskrzela i moczowody.