新利18官方3D打印柔性网脚踝和膝盖支架

借助3D打印技术，助听器、牙冠和义肢假肢等医疗设备现在都可以进行数字化设计并为个体患者定制。新利18官方然而，这些设备通常被设计用来替代或支撑骨骼和身体的其他刚性部分，而且通常是由固体、相对不灵活的材料打印出来的。

现在，麻省理工学院的工程师们设计了柔韧的3D打印网状材料，他们可以调整其柔韧度和韧性来模拟和支持肌肉和肌腱等较软的组织。他们可以在每个网格中定制复杂的结构，他们设想这种坚韧而有弹性的织物状材料将被用作个性化的可穿戴支撑，包括脚踝或膝盖支撑，甚至是可植入设备，如疝网，更适合人体。

作为演示，该团队打印了一个可弯曲的网格，用于脚踝支架。他们定制了网状结构，以防止踝关节向内弯曲——这是受伤的常见原因——同时允许关节向其他方向自由移动。研究人员还制作了一种膝盖支撑设计，它可以在膝盖弯曲时与膝盖保持一致。此外，他们还生产了一种3D打印的网状手套，它的表面缝有网格，与佩戴者的指关节相吻合，为中风后可能出现的不自主握紧提供了阻力。“这项工作是新的，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(Sebastian Pattinson)说，他在麻省理工学院(MIT)做博士后时主持了这项研究，现在在剑桥大学任教。

骑胶原蛋白的波

该团队的柔性网格的灵感来自于织物柔韧、舒适的本质。帕丁森说:“3D打印的衣服和设备往往非常笨重。“我们试图思考如何使3D打印结构更灵活和舒适，就像纺织品和织物。”

帕丁森在胶原蛋白中找到了进一步的灵感，胶原蛋白是构成人体软组织的一种结构蛋白，存在于韧带、肌腱和肌肉中。在显微镜下，胶原蛋白可以像弯曲的、交织在一起的线，类似于松松编织的松紧带。当被拉伸时，胶原蛋白最初很容易拉伸，因为其结构中的扭结会变直。但一旦绷紧，这些线就很难延伸。

受胶原蛋白分子结构的启发，帕丁森设计了波浪图案，并用热塑性聚氨酯作为打印材料进行3d打印。然后，他制造了一个网状结构，看起来像有弹性的、坚韧的、柔韧的织物。他设计的波浪越高，网格在变得更硬之前就能在低应变下被拉伸得越多——这一设计原则可以帮助定制网格的弹性程度，并帮助它模仿软组织。

研究人员打印了一条网状的长条，并在几个健康志愿者的脚踝上测试了它的支撑力。对于每一个志愿者，研究小组在脚踝外侧粘贴了一条长条，他们预测如果脚踝向内转动，其朝向会支持脚踝。然后，他们将每个志愿者的脚踝放入一个测量脚踝刚度的机器人中。这个机器人被命名为Anklebot，合乎逻辑，它是由霍根的实验室开发的。踝关节机器人向12个不同的方向移动脚踝，然后测量每次移动时踝关节所受的力，有网格和没有网格，以了解网格如何影响踝关节在不同方向上的刚度。

总的来说，他们发现网格在倒置过程中增加了踝关节的刚度，而在向其他方向移动时相对不受影响。“这项技术的美妙之处在于它的简单和多功能性。网格可以在一个基本的桌面3D打印机上制作，而且力学可以被量身定制，以精确匹配那些软组织，”机械工程副教授a . John Hart说。

硬,冷却器窗帘

该团队的踝关节支架使用了相对有弹性的材料。但对于其他应用，如可植入疝网，加入一种更硬的材料可能是有用的，同时也同样适用。为此,研究小组开发出一种更强和更严格的纤维和线程合并到一个柔软的网,通过印刷不锈钢纤维/地区一个弹性网格需要严厉的属性,然后打印第三钢弹性层的三明治硬线网。

刚性和弹性材料的结合可以让网格轻松拉伸到某一点，然后开始变硬，提供更强的支撑，例如，防止肌肉过度拉伸。

该团队还开发了另外两种技术，使打印网格具有几乎织物般的质量，使其易于与身体吻合，即使在运动中。帕丁森说:“纺织品如此灵活的原因之一是，这些纤维可以很容易地相对移动。”“我们还想在3d打印部件中模仿这种能力。”

在传统的3D打印中，材料通过加新利18官方热的喷嘴逐层打印。当加热的聚合物被挤压时，它与下面的层结合。帕丁森发现，一旦他打印出第一层，如果他稍微抬高打印喷嘴，从喷嘴出来的材料会花更长的时间落到下面的层上，给材料时间冷却。这样一来，它的粘性就会降低。通过以这种方式打印网格图案，帕丁森能够创造出一层，而不是完全粘合在一起，彼此可以自由移动，他在一个多层网格上展示了这一点，它覆盖在一个高尔夫球的形状上。

最后，该团队设计了包含auxetic结构的网格——当你拉动它们时，图案会变得更宽。例如，他们能够打印网格，其中的结构，当拉伸时，会变得更宽，而不是像普通的网格会收缩。这个特性对于支撑身体的高度弯曲的表面很有用。为了达到这个目的，研究人员在潜在的膝关节支撑设计中设计了一个人造网，并发现它与关节相吻合。帕丁森说:“制造各种与人体相连的设备是有潜力的。”外科手术网、矫形器，甚至像支架这样的心血管设备——你可以想象，所有这些都可能受益于我们展示的各种结构。”