由自感應壓阻材料3D 打印的智能支架改善對脊柱側彎的治療

文/ 本刊編譯（原文來自JEC）

一種3D打印的新型輕質(zhì)背部支架能夠感知如何有效地適應病人，從而改善了對脊柱側彎的治療。

脊柱側彎是脊柱畸形的一種常見形式，影響了大約3%的人口，最常見于10 歲至15 歲的年輕人。通常，這些年輕人可以利用背部支架來進行矯正，在停止生長之前，要一直戴著背部支架。

雖然背部支架治療是有效的,但穿戴它可能會帶來一些不舒服，而且可能需要一個耗時的反復試驗過程，才能找到最適合每個病人的方案。

來自英國和美國的一個工程師和醫(yī)護人員團隊，將聚丙烯這種輕質(zhì)可回收的塑料與碳納米管結合起來，創(chuàng)造了一種多孔材料，這種材料能夠感知到其在使用過程中所承受的壓力（和應力）。

這些研究人員介紹說，這種材料可被用于創(chuàng)造一種智能支架，該支架能夠檢測到它對人體施加的壓力，從而有助于更好地精細調(diào)整支架，使治療過程更加舒適。

在發(fā)表于《ACS Applied Materials and Interfaces》雜志上的一篇新的論文中，由格拉斯哥大學領導的團隊描述了置于聚丙烯無規(guī)共聚物材料中的碳納米管是如何使這種材料能夠在其結構上形成一個導電網(wǎng)絡。

他們利用3D 打印，采用這種材料創(chuàng)造出網(wǎng)格狀的結構，并使它們承受靜力和循環(huán)載荷，同時測量這種智能復合材料在負載下的電阻變化。

這種對材料壓阻變化的測量，有助于在未來創(chuàng)造一種智能支架，允許醫(yī)療人員看到身體的哪個部位對支架施加了最大的壓力。

他們的測試表明，即使經(jīng)過了100 次加載和卸載循環(huán)，這種材料仍保留了感知材料所經(jīng)歷的張力的能力，說明它足夠智能，可以用在支架上。

格拉斯哥大學James Watt 工程學院的Shanmugam Kumar 博士是這篇論文的通訊作者。來自美國德克薩斯州A&M 大學、馬薩諸塞州總醫(yī)院和麻省理工學院的同事們也為這項研究作出了貢獻。

Kumar 博士說，脊柱側彎是一種令人痛苦并使人虛弱的疾病，雖然目前的支架比以前好很多，但仍有很大的改進空間。

“我們開發(fā)的這種自感應材料具有很大的潛力，可以使下一代的支架得到改進。我們希望未來脊柱側彎患者可以獲得醫(yī)生的單獨評估，以便可以用3D 打印的方式，單獨針對其自身條件為他們制造最適合的支架。”Kumar 博士說道，“在穿戴幾個星期后，他們可以回到他們的醫(yī)生那里，利用來自壓阻式應變傳感支架的讀數(shù)來對支架進行調(diào)整，使它更加有效，這樣，就不再需要目前臨床醫(yī)生不得不依賴的反復試驗過程?！?/p>

Kumar 博士表示，這有助于病人更精確地調(diào)整支撐在不同方向的剛度，好的數(shù)據(jù)能夠告知調(diào)整支架的最佳時間和方式，從而使它們與采用傳統(tǒng)制造方法由被動材料制成的剛性支撐相比，有了明顯的改進。除了提供可調(diào)整的機械和功能特性外，這種智能復合材料的多孔設計還使得該支架更加輕質(zhì)。

“我們熱衷于探索這項技術在實際中的應用，為此，我們正在與英國的醫(yī)生開展早期的交流，同時，一家醫(yī)療器械公司想要看看有沒有在臨床中試用這些支架的可能性?！?/p>

該團隊發(fā)表于《ACS Applied Materials and Interfaces》雜志上的論文題目是“用于自感應壓阻材料增材制造的碳納米管摻雜熱塑性納米復合材料的合成與表征”。這項研究得到了阿布扎比國家石油公司的資助。