Um medizinische Implantate per 3D-Druck direkt in den Körper eines Patienten zu implantieren, haben Forscher der Concordia University eine Methode entwickelt, um Flüssigkeit in Kunststoff zu wandeln. Hochfrequente Schallwellen werden beim Direct Sound Printing (DSP) eingesetzt, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Da die Kosten für die benötigte Hardware gesunken sind, hat der 3D-Druck an Attraktivität gewonnen. Seine Anwendung hat in vielen Bereichen zugenommen, auch wenn er immer noch nicht so kosteneffizient ist wie andere Verfahren, wie z. B. das Kunststoffspritzgießen. Ein Forscherteam der Concordia University hat sich die Möglichkeit zunutze gemacht, mit Hilfe des 3D-Drucks medizinische Geräte in den Körper eines Menschen zu implantieren, ohne dass dafür ein chirurgischer Eingriff erforderlich ist.
Wie die Forscher diese Woche bekannt gaben, kommt bei diesem Verfahren der direkte Schalldruck zum Einsatz, bei dem hochfrequente Schallwellen für einen winzigen Bruchteil einer Sekunde auf eine Fläche aus flüssigem Harz fokussiert werden. Das Verfahren ist äußerst effizient und schnell und führt zur Bildung einer kleinen Gasblase mit ausreichend Energie, um eine chemische Reaktion auszulösen, die das Harz aushärtet.
Die Möglichkeit, das mit festen Materialien verbundene Problem zu überwinden, indem man mit Hilfe von Schall in das Innere eines Körpers oder Geräts vordringt, könnte zur Herstellung eines Implantats im Körper dienen, ohne dass ein vorgefertigtes Implantat verwendet und chirurgisch in den Körper eingesetzt werden muss. Die Forscher testeten die neue Technologie mit einem Modell aus Schweinehaut, wie es bei der Erprobung medizinischer Geräte in den frühen Phasen oft üblich ist.
In einem in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Artikel erklärten die Concordia-Forscher, dass „DSP die Möglichkeit bietet, nicht-invasiv tief in den Körper zu drucken“. Keinem Patienten wurde einer der in der Studie verwendeten Prototypen implantiert, die sowohl Ohren als auch Nasen umfassten.
Die meisten 3D-Druckverfahren verwenden Licht oder Hitze, um die Komponenten zu festigen. Bei der Verwendung von Schall kann die Energie stattdessen auf die gewünschte Stelle fokussiert werden und durch einen als Kavitation bezeichneten Prozess eine winzige Blase erzeugen. Die Temperaturen können bis zu 27.000 Grad Fahrenheit erreichen, was heißer ist als die 10.000 Grad heiße Oberfläche der Sonne, und der Druck ist etwa 1.000 Mal so hoch wie der von Luft auf Meereshöhe.
Auch wenn es den Anschein hat, dass dieses Verfahren eher schädlich als nützlich ist, so findet es doch nur für eine sehr kurze Zeit in einem sehr kleinen Bereich statt. Dadurch kann das Verfahren ohne Auswirkungen auf die Umgebung eingesetzt werden.
Laut Concordia-Forscher Muthukumaran Packirisamy „haben wir festgestellt, dass wir verschiedene Materialien drucken können, darunter Polymere und Keramiken. Als Nächstes werden wir mit Polymer-Metall-Verbundwerkstoffen experimentieren, und schließlich wollen wir diese Technik auch zum Drucken von Metall einsetzen.“