原标题:护目镜不够?打印一个——3D打印 如何帮助抗击疫〓情?
新冠疫情在世界☉范围爆发,各国医疗系统超负荷运转。面对汹涌疫情,中世纪的人们也许只≡能束手就擒,但在当今△社会,除了医学进步◣,其他新技术的发展也为我们提供了很多对抗病魔的武器,比如, 3D打印技术 。
由于医疗物资需求激◎增,全球供应链承担着巨大的压力。一些3D打印技术公司加入了救火队员的行列,从检测用品到个人※防护用品……3D打印技术派上了大用场。
鼻咽拭子不∑ 够?打印!
美国马→萨诸塞州Formlabs公司主营业务▽是销售3d打印机 。2020年3月,他们突然№接到了一笔大订单: 生产10万支鼻咽拭子㊣,每天。
鼻咽拭子◆是一种带有鬃毛的柔性小棒,可以插入待检验人员↓的鼻子中采集分泌▅物样本。这看似不起眼的小玩意Ψ 儿,却是进行Covid-19检测的必需品▓↘◣ [1] 。
鼻咽拭子是进行Covid-19检测的必需品 | Wikimedia Commons
为了提高鼻咽拭子供应量,美国食品药品监督管理局 (FDA) 与多家研究机构进行协ξ商,共同制定了一份指南,指导通过3D打印技术制造鼻咽拭ξ 子。于是,包括 Formlabs在内㊣的多家3D打印公司 ,纷纷开足马力制造鼻咽拭√子, 预期总产量很快●提高到每周400万个 。
3D打印制造
鼻咽拭子只※是抗疫战线中的一个小环节。对抗█新冠疫情, 更重要的设备◇是呼吸机】 。呼吸机,顾名思义,用来帮▓助病人呼吸,也是治疗新冠肺炎这类疾病的必需品。
呼吸机←可以重复使用㊣ ,但其中的连接管路、面罩阀门等关键零件多为需要替换的一次性产品,如果这些零件出现供应短缺,就会影〖响呼吸机的使用,进而◣影响患者的治疗。
此时,3D打印技术凭借快「速设计、个性化生∩产、无需︽模具等优势,成为了医疗体系●中的一根“救命稻草”。
3D打印的牙╳齿 | 图虫创意
在意大利,医院普遍使用文丘里氧气面罩,其中的关键零部件,就是 文丘里阀 (Venturi valve) ,通过调节阀门的粗细,可以改变面罩内氧气的浓度。
文丘里面罩 | 参考资料[2]
但文丘@ 里阀是消耗品,每8小时就需要更换,以防止病毒滋生和交叉感染。2020年3月13日,意大利北部伦巴第◣大区布雷西亚省基亚里的一家地方医院】,一度陷入◆了文丘里阀消耗殆尽的情况,多位患者的生命面临威胁,于是医院向外界发出求助。一家名为Isinnova的科技公司立刻伸出援手,直接将一台3D打印机带到了医■院, 在短短数小时内就◥完成了模型设计并启动々了生产▼ 。
随后24小时内,技术员们利用6台3D打印ζ 机成功生产出100个文丘里阀,缓解了ζ 医院的燃眉之急,也为挽救患者生命争取了时间。
意大利技术创新部长肯 定3D打印文丘里阀的积极作〓用 | twitter
个人防护物♀资,
3D打印◤也带来了新的答案
除了检测用品和治疗仪ξ器,面罩、护目镜之类的防护物资对保护『奋战中的医护人员也是必不可少。但是,这些防护用品①的供不应求,一度也成为世界性的『难题。
如何快速制造个人防护物□ 资?3D打印再次提供①了解决方案。
通过模型的优化设╱计,美国哥伦比亚大学的研究人员利用3D打印技※术极大缩短了制造防护面具的时间, 仅需原♂有时间的三分之二,就可以打造出满足☉医护需求的面罩 [3] 。
面罩的3D打印过程、面罩分装◤和将面罩送到医护人员手中 | 参考资料[3]
对抗新冠肺【炎过程中,口罩消耗量巨∞大,一度告急,而且,现有的口罩设计也有一定的改卐进空间,比如通↓气阀的过滤性能尚有欠缺。Mirai Productions公司的研究人√员 重新设︼计了3M口罩上的■换气塞,并利用3D打印技术将它们打印出来 。这些新型换气塞可∞以提高对气雾液滴的防护能→力,从而更〓好地防止病毒传播 [4] 。
3M口罩上的换气塞 | 图虫创意
重要的防╳护用品还包括护目镜。北京大⊙学第一医院呼吸科主任王广发曾复盘自己感染新冠肺炎◥的过程,分析原因极有可能是未佩戴护ㄨ目镜导致。 国内的3D打印公司迅速参与到护目镜生产中来 ,比如, 2020年2月,湖南云箭集团仅用一周时间,就实现从零研制到定型ㄨ生产,生产的第一批500套护目镜2月10号就驰援抗“疫”一线 [5] ;甘肃普瑞特科技有限公司在兰州周边医院采∮集了100多例㊣医护人员面部数据,经过反复试验和试穿戴,最终确定生产尼龙和树脂两种材质的护目镜,2020年3月初,“不会产生水雾和勒痕”的护目镜也已经送】到了兰州部分医院医护人员手中 [6] 。
除了佩戴舒适,更▅重要的是,3D打印过程 可以在几乎没有人员参与的卐情况下进行 ,这样生产的防护物资可以最大程度减少感染风险。
湖南云箭集团有限公司利用3D打印█技术生产医用护目镜 | www.861china.com
能否㊣直接打印一个“肺”?
即使有新技术加持,生命在疾病面前仍是脆弱的。新冠肺炎对病人〇肺部损伤巨大,有些患者需要移植肺移植手术,但并非▅所有患者都能幸运地等来适合的肺源。
首例新冠肺炎病例双肺移植手术 | 澎湃新闻
现在,3D打印已▅经可以制造出耳朵、血管和』骨头……那么,有没有可能,3D打▓印一个肺?
有可能的,虽然这要比打印医疗物资难①太多。最主要的难题在于: 肺部的气道和血管互】相交织,形成了复杂的三维拓扑结构 。
2019年,来自美国莱斯大学等机构的研究者们合作开发了一种分形拓】扑算法,为复杂缠绕的血管提供了一↑种有效的建模方法 [7] 。在这一建模」方法的基础上,研究人员用数字技术将建好的模型分割成数千个单独的层,并使用柔软的生物相容性凝▽胶作为原料,进行高精度○的逐层打印,最终〓成功打印出了一个人工肺,可以将空气泵○入以模仿呼吸,当〗血液流过“肺”中网络时,就可←以为红细胞提供氧气。
错综缠绕的血管网络 | 参考资料[7]
得益于3D打印的精确控制,这个仅有硬币大小的人工肺,其 内部最小的血管直径只有0.3毫米 ——这项研究目前只是对3D打印肺部做@出了初步的尝试,与能够实际应用还有很ξ 大差距。
比硬币@还小的3D打印肺部 | 参考资料[8]
好在,对技术←的探索,科□学家一直在继续。
“危”与“机”往往相生相伴,在这次疫情期间,曾在【大众认知中被视为“新鲜黑科技”的3D打印技术,由于可定制、 高度灵活 等特点,为医疗领域提供了很大助力。前路漫漫,或许它可以做更多。
作者名片
作者:小希
编辑:圆的方块
题图来源: www.861china.com
[1]https://www.3dprintingmedia.network/3d-printed-airway-stents-fda-approved/
[2] Tokarczyk A. J., Greenberg S. B., Vender J. S. Oxygen Delivery Systems, Inhalation Therapy, and Respiratory Therapy. Benumof and Hagberg's Airway Management (Third Edition), 2013, 301-323.
[3]https://blogs.cul.columbia.edu/spotlights/2020/03/23/columbia-university-librarians-provide-guide-and-design-for-3d-printable-face-shields/
[4]https://www.3dprintingmedia.network/hong-kong-makers-fought-covid/
[7]Grigoryan B., et al. Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels. Science, 2019, 364, 458-464 DOI: 10.1126/science.aav9750
[8] Queeny Dasgupta1 and Lauren D. Black III (2019) A FRESH SLATE for 3D bioprinting. Science. DOI: 10.1126/science.aay0478