“工程师3D打印柔性网状物 用于踝关节和膝关节支撑”

3d打印、助听器、牙冠和肢体假肢，是目前可以为个人患者进行数字化设计和定制的医疗器械。 但是，这些装置一般设计为更换或支撑身体骨架和其他刚性部分，同时一般用固体较不柔软的材料印刷。

现在，麻省理工学院的工程师们设计了灵活的3d打印网材料。 具有柔软性和韧性，能够模拟和支撑肌肉和肌腱等柔软组织。 他们可以定制每个网格中许多复杂的结构。 他们设想强韧、有弹性的织物状材料包括脚踝、膝盖支撑、疝网等可植入设备，非常适合人的身体。

作为演示，该队为脚踝支架打印了灵活的网格。 他们调整了网的结构，以免脚踝向内旋转。 这是伤害的一般原因。 另外，允许关节向其他方向自由移动。 研究人员还设计了膝盖支架，使其在弯曲时也与膝盖一致。 同时，他们在其顶部表面缝上三维印刷网，生产出符合佩戴者指关节、能抵抗中风后可能发生的无意识咬合的手套。

这个工作是新的。 因为它专注于支持软组织所需的机械性能和几何形状。 塞巴斯蒂安·帕丁森说他是麻省理工学院的博士后研究员。

帕丁森现在是剑桥大学的教师，是发表在高级功能材料杂志上的研究的主要作者。 马萨图，包括: meghan huber，sanha kim，jongwoo lee，sarah grunsfeld，ricardo roberts，gregory dreifus，christoph meier和刘磊，还有sun jae机械

随着胶原蛋白的浪潮

这个队灵活的网格灵感来自灵活舒适的面料。

3d打印的服装和设备很重，帕丁森说。 我们考虑了使纺织品和纺织品等3d打印结构更加柔软舒适的方法。

帕丁森在胶原蛋白中发现了更多的灵感。 胶原是构成身体大部分软组织的结构蛋白质，存在于韧带、肌腱和肌肉中。 在显微镜下，胶原蛋白就像弯曲、交织的股线一样，像松散编织的弹性带。 拉伸一下，这个胶原蛋白一开始很简单。 因为结构中的扭结会变直。 但是，一旦紧张，股线就难以延伸。

受胶原蛋白分子结构的启发，pattinson设计了波纹图案，并以热塑性聚氨酯为印刷材料进行了3d打印。 然后，他做了一个有弹性但强韧的类似柔软布料的网状配置。 他设计的波浪越高，网格就会以越低的应变拉伸，然后变得越硬。 这个设计基本上可以定制网格的柔软度，有助于模仿软组织。

研究人员印刷了长长的带状网，测试了几位健康志愿者的脚踝支撑。 对每个志愿者，小组都沿脚踝外侧的长度贴上表带，并预测向内旋转将支撑脚踝。 然后，他们把每个志愿者的脚踝放入脚踝僵硬测量机器人中，从逻辑上命名为anklebot -。 这是由hogan研究所开发的。 anklebot将脚踝向12个不同的方向移动，测量各自运动时施加在脚踝上的力。 通过使用网格和不使用网格，了解网格如何影响踝部不同方向的刚度。

发现一般情况下，网格在翻转中提高踝关节的刚性，向其他方向移动时比较不受影响。

该技术的优点在于简单性和多功能性。 hart说，网格可以用基本的桌面3-d打印机制作，同时可以定制机械结构，使之与软组织准确匹配。

比/ S2/]更硬，更凉爽的窗帘

这个队的脚踝支撑是用比较有弹性的材料做的。 然而，在其他应用，例如可嵌入的疝网中，包含更硬的材料是有用的，也可能是适当的。 因此，该团队开发了通过在弹性网格区域印刷不锈钢纤维，将更坚固、更硬的纤维和线材结合成柔软的网格，从而需要更硬的性能，在钢材上印刷第三弹性层的做法。 把硬线夹放在里面。

刚性和弹性材料的结合，使网在某种程度上更容易延伸。 然后开始变硬，提供更强的支持以防止肌肉过度训练等。

该小组还开发了另外两种技术，使打印网具有纺织品一样的质量，在运动中也能轻松地合身。

帕丁森说，纺织品如此柔软的原因之一是纤维可以轻松地相互移动。 他们还想模仿3d打印部件的功能。

在以前流传的3-d印刷中，材料是用加热喷嘴逐层印刷的。 加热的聚合物被挤出后，会与其下层结合。 帕丁森发现，在打印完第一层后，稍微抬起打印喷嘴，从喷嘴喷出的材料就会花更长的时间落在下层，从而冷却材料。 结果，就不那么粘了。 通过这样印刷网格图案，帕丁森可以不完全粘合，而是建立相互可以自由移动的层。 另外，他在多层网格中展示了这几个，那个网格被复盖，可以按照形状制作高尔夫球。

最后，该团队设计了包含拉伸结构的网格。 拉伸后，图案会变宽。 例如，可以打印由拉伸后变宽的结构组成的网格，而不是像普通网格那样收缩。 该特性可以用于支持身体高度弯曲的表面。 为此，研究人员将膨胀的网片设计成潜在的膝盖支架，发现与关节相符。

帕丁森说，有可能制造与人体接触的各种设备。 可以想象，手术网、矫形器、甚至支架等心血管装置可能会从我们展示的各种结构中受益。

该研究部分得到国家科学基金会、麻省理工学院新一代计划、麻省理工学院eric p .和evelyn e. newman基金的支持。

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